Curso de Pós-Graduação em Arquitetura Bioclimática
Sustentabilidade e Eficiência Energética
Módulo 2
Conforto Térmico
Profa. Dra. Cláudia Barroso-Krause
GPAS-FAU/UFRJ
outubro/2009
AB
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Sustentabilidade e Eficiência Energética
Módulo 2 – Conforto Térmico
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 3
1 O CONFORTO, AS FONTES DE DESCONFORTO E O USUÁRIO ................... 5
1.1 O novo cenário de nossos projetos arquitetônicos: as intervenções humanas e
o microclima ........................................................................................................... 5
1.2 O homem e suas necessidades ambientais ................................................... 10
2 O HOMEM, SUAS NECESSIDADES HIGROTÉRMICAS, A EDIFICAÇÃO..... 12
2.1 Trocas higrotérmicas entre o homem e o seu entorno livre............................ 13
2.2 As trocas térmicas entre o homem, a edificação e seu entorno ..................... 16
3. TROCAS POR RADIAÇÃO ENTRE A CONSTRUÇÃO E O ENTORNO ......... 17
3.1 Arquitetura e trocas por radiação ................................................................... 21
4 TROCAS POR CONDUÇÃO ENTRE A CONSTRUÇÃO E O ENTORNO- ....... 29
4.1 Condução e Resistência à passagem de calor .............................................. 30
4. 2 O conceito de massa térmica ........................................................................ 32
4.3 Arquitetura e trocas por condução ................................................................. 33
5 TROCAS POR CONVECÇÃO ........................................................................... 35
5.1 Trocas por convecção entre a construção e seu entorno ............................... 37
5.2 Arquitetura e trocas por convecção ................................................................ 41
5.3 Cobertura e ventilação ................................................................................... 45
5.4 Ventilação e Umidificação .............................................................................. 48
5.5 – Outras situações de conforto higrotérmico no projeto ................................. 50
6- O DIAGNÓSTICO DO MICROCLIMA: OS INSTRUMENTOS DE
PROGNÓSTICO PARA O PROJETO .................................................................. 53
6.1 - O Diagrama bioclimático de Givoni ............................................................. 54
6.3-Diagrama solar ............................................................................................... 60
7 RESUMO DAS PRINCIPAIS DIRETRIZES DE PROJETO ............................... 64
GlOSSÁRIO .......................................................................................................... 66
BIBLIOGRAFIA CONSULTADA E DE APOIO ..................................................... 71
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INTRODUÇÃO
Esta apostila propõe, em linguagem simples, as informações básicas para o início da
abordagem bioclimática do projeto sujeito à climatização mista com opção prioritária pela
não climatização. Apresenta além do texto principal, um glossário simples, que explica os
principais conceitos utilizados (sublinhados no texto) e instrumentos úteis para
acompanhar o desenvolvimento da concepção do projeto.
Ela não pretende resolver os problemas ligados ao bioclimatismo e a conservação de
energia em edificações em clima tropical brasileiro, nem apresentar em detalhes todo o
resumo do conhecimento disponível sobre o assunto, mas apresentar noções básicas
que, compreendidas pelos arquitetos, possam ser incorporadas ao processo de
concepção arquitetônica permitindo a otimização do projeto face a seu entorno climático
e às necessidades de seus futuros ocupantes.
A pesquisa em qualidade das construções em clima tropical úmido vai muito mais longe e
tem sido objeto de pesquisa intensa. Nossos centros universitários - de Norte a Sul do
país - e institutos de pesquisas tecnológicas vêm procurando integrar e adequar os
princípios físicos da transmissão de calor e as necessidades de caráter ambiental dos
diversos tipos de usuários às nossas diversidades climáticas, culturais e às nossas leis
de uso do solo. Muitas das informações aqui transmitidas vêm dessa massa
multidisciplinar de pesquisadores. Outras, de uma geração anterior, a quem o pioneirismo
deve ser reconhecido.
Especificamente a pesquisa em conforto higrotérmico nas edificações tem procurado
tomar uma nova atitude frente à arquitetura. Ela procura definir uma abordagem do
projeto da construção desde seu início em ligação “íntima” com o lugar, seu entorno, o
clima e os hábitos construtivos locais. Ela procura preservar a liberdade de escolha, mas
associando-a a sua responsabilidade ambiental. Viemos nos dar conta que fomos um
pouco longe demais, ao ter confiança cega no uso de equipamentos para resolver a
posteriori aspectos do conforto ambiental no interior das edificações.
A arquitetura do século XX se caracterizará talvez (ao menos do ponto de vista histórico)
por ter dado exagerada importância à tecnologia, a exclusão de qualquer outro valor.
Esta dependência atual em relação ao controle mecânico do ambiente interior, em
detrimento da exploração dos fenômenos climáticos naturais para satisfação de nossas
exigências de conforto.
Embora tenha havido um grande acúmulo de conhecimento, o acesso a essa informação
já disponível constitui hoje um dos grandes problemas em todas as áreas, inclusive a da
construção. À medida que os fenômenos envolvidos tornam-se mais complexos e que a
gama de materiais e técnicas possíveis se aperfeiçoam, nos defrontamos na prática, com
a dificuldade de acesso a esse saber.
Assim, em geral, arquitetos, construtores e, sobretudo auto-construtores, deixam de lado
estas informações, mesmo disponíveis, por se apresentarem sob forma técnica,
complexa e fastidiosa. Donde os erros, ou no mínimo riscos consideráveis na concepção
do projeto arquitetônico. Com isso, a qualidade do ambiente resultante acaba sempre
diferente - e em geral bem inferior - do esperado.
Para o profissional já “em campo” permanece certa dificuldade na matéria. Quando sem
tempo para reciclar, com hábitos já enraizados, acaba com dificuldades para incluir,
desde os primórdios do projeto, os conceitos necessários a uma boa inserção de sua
arquitetura no meio. No entanto, comprovadamente, este é talvez o momento mais
importante da concepção onde há mais liberdade de escolha (implantação, partidos,
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materiais, etc.), escolha essa que “engessará” para sempre (ou até uma reforma) a
edificação.
Esta apostila procura, dentro deste quadro, uma primeira aproximação ao arquiteto dos
conceitos da Física da Construção, no sub-tema da higrotermia, sempre inserida dentro
do universo projetual. Neste contexto, alguns fenômenos complexos foram omitidos,
como efusividade e difusividade, por exemplo, podendo, uma ver compreendidos os
fenômenos básicos, serem buscados na busca de novas e mais eficientes alternativas
construtivas.
Que não se espere obter daqui valores precisos do comportamento higrotérmico do
projeto após sua construção. Estes dados serão sempre resultados de um trabalho
especializado, de um nível de detalhamento muito superior. Mas espera-se que as
informações sejam úteis para orientá-los na iniciação da abordagem bioclimática do
projeto.
Como última lembrança, nestes tempos de legislação brasileira de eficiência energética
em edificações em vias de implementação, quanto mais se conseguir chegar à
compreensão das teorias apresentadas nas apostilas, tanto maior será a liberdade de
escolha do partido, da volumetria, dos materiais, etc., enfim do projeto arquitetônico
global, sem perda da qualidade para o ambiente resultante interno e externo, ou a fatura
de eletricidade associada.
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1 O CONFORTO, AS FONTES DE DESCONFORTO E O USUÁRIO
1.1 O novo cenário de nossos projetos arquitetônicos: as intervenções humanas e
o microclima
Os grandes centros urbanos assistiram recentemente a uma variação importante no seu
microclima, em função da mudança de ritmo da atividade humana.
Milhares de deslocamentos diários dos automóveis, a refrigeração (ou o aquecimento) e
a iluminação intensiva dos edifícios e dos locais públicos, e mesmo a presença dos
milhares de seres humanos constituem hoje, fonte de calor e de tipos diversos de
poluição (ruídos, poeiras, hidrocarburetos e vários produtos das combustões) e
determinam o microclima urbano.
Se a estes fatores se associam situações geográficas especiais, assistimos, tanto em
São Paulo como em Atenas e na cidade do México - situadas em uma depressão e fora
do alcance dos ventos de alta velocidade - a um acúmulo destes digamos subprodutos
das atividades humanas, gerando um adensamento dos gases e uma situação de
poluição muito forte.
Figura 1: Fachada de escritório, Papeete, Tahiti
Figura 2: Vista São Conrado, Rio de Janeiro.
Fonte: Autor, 2003
Fonte: Autor, 2005
Construções em “paredão” como observado em Acapulco no México ou em Copacabana
no Rio de Janeiro impedem tanto o acesso dos ventos locais aos quarteirões internos,
quanto do Sol às ruas estreitas e aos andares mais baixos das edificações, prejudicando
a qualidade do ar em climas úmidos quer frios quer quentes.
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Figura 5: Efeito barreira provocado pelo urbanismo
Fonte: Autor, 2003
Figura 6: Disponibilidade de Recursos naturais e
ocupação urbana
Fonte: Internet, 2004
Ou seja, ao concentrar suas atividades em um só lugar - a cidade - o homem modifica
seu microclima: acontecem temperaturas médias mais elevadas, há a modificação do
regime de chuvas, o aumento da nebulosidade devido à poluição do ar. As chuvas, sendo
rapidamente evacuadas para o sistema de esgoto, pelo excesso de solo impermeável,
não têm tempo de refrescar o solo e o ar, salvo perto dos parques e jardins. Bairros
inteiros passam a sofrer com o calor no verão e na meia-estação.
Figura 3: Centro da cidade, Rio
Fonte: Autor, 2004
Figura 4: Vista da cidade, Belém
Fonte: Autor, 2003
Estes bairros, mais quentes, acabam atraindo as massas de ar, e, quando estas estão
carregadas de partículas poluentes, tornam-se bairros quentes e poluídos.
ar frio
ar frio
ar quente
Figura 7: Esquema de massas de ar
Fonte:
Figura 8: exemplo de camada de poluição sobre
cidades, China
Fonte:
www.sorocaba.unesp.br/.../malu/polusoroc2.JPG
pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Pollution_over...
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As antigas regras de bem morar, modificam-se. Pela insegurança das grandes e médias
cidades, como proteção ao ruído urbano ou à chuva, cercar-se de divisórias apenas
insinuantes de propriedade, ou dormir de janelas semi-abertas, deixam de ser
recorrentes.
Figura 9: Fachada casario Belém, Pará
Fonte: Autor, 2005
Figura 10: condicionador “Split” em fachada externa
Fonte: Autor, 2005
Levados por imitações e modismos, terrenos tem sua cobertura vegetal retirada e
construções passam a ser projetadas em função de modelos nem sempre adaptados a
gestão provável de seu usuário e entorno
Figuras 11,12: Construções no Morro do Batan, Rio de Janeiro, RJ
Fonte: Autor, 2008
Esta mudança de hábitos impede a livre circulação de ar no interior das construções; e os
muros, cada vez mais altos e impenetráveis, afastam os ventos de todo o terreno.
Mas não é só o meio urbano quem sofre.
As zonas rurais por vezes, quando da troca da área de plantio ou da implantação de
fábricas padecem de filosofias agrícolas trabalhando com a técnica de terreno arrasado,
mais simples de execução.
Limpa-se, planifica-se, aterra-se o terreno e em seguida se dá início, com mais “conforto”
a viabilização do projeto de implantação.
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Figura 11: Esquema de efeito diferenciado de absorção da radiação solar
Fonte: Autor, 2005
Com a retirada da camada fértil do solo, e da variedade florestal existente, o microclima
se modifica. Partes importantes da fauna e da flora desaparecem e permitem a
ocorrência de erosão e do empobrecimento progressivo do solo
Figura 12: Efeito do desmatamento sobre temperatura de superfície de solo
Fonte: www.greenpeace.org.br, 2002
Perde-se o amortecimento da vegetação em relação à ação das chuvas, da correnteza
dos rios, dos ventos, da radiação solar. A amplitude de temperatura aumenta.
A qualidade da água dos mananciais é comprometida o que será, segundo alguns, o
desafio maior do próximo século.
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Figura 13: Efeito de assoreamento em rio, Belém, AM
O microclima se degrada e as soluções regionais de projeto, tradicionais, deixam de
responder aos anseios de seus usuários
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1.2 O homem e suas necessidades ambientais
Sentir-se confortável é talvez a primeira sensação procurada pelo ser vivo. Qualquer
bebê1 confortável ressona ou brinca tranqüilo e, à medida que esse equilíbrio fisiológicoambiental vai se rompendo, dá sinais claros de agitação e descontentamento. Cada um
de nós é incapaz de descrever, quando confortável, os limites ou as características desta
sensação. Entretanto, ao rompimento deste estado, conseguimos descrever se tratar de
um ruído, do excesso – ou falta – de calor, da ausência ou excesso de luz que nos
incomoda.
Figura 15: Situações de Conforto
Fonte:
http://notasaocafe.files.wordpress.com/2008/05/pol
ar_bears_16052008_1.jpg, 2005
Figura 16: Situações diferenciadas de Conforto 2
Fonte: Autor, 2009
Depreendemos daí que só existe um conforto ambiental, global, indefinível, mas várias
fontes, físicas e psicológicas independentes (mas capazes de se somarem) de
desconforto.
Portanto, enquanto arquitetos, o que nos deve preocupar na realidade não é o conforto,
mas o desconforto. É a possibilidade de sua ocorrência que devemos bem conhecer,
para melhor determinarmos suas causas. Desta forma, poderemos, no projeto nosso de
cada dia, projetar mecanismos para evitar ou minorar suas conseqüências sobre o
usuário.
O estudo de conforto ambiental é dividido usualmente em três grandes grupos: conforto
térmico, lumínico e acústico, embora sejam apenas algumas das facetas2 de um único
conceito que envolve o Homem e suas necessidades ambientais.
Conhecendo as bases conceituais destes “confortos”, capacitamo-nos ao projeto
arquitetônico responsável para com o usuário e o seu entorno.
Alguns dos recursos apresentados nesta apostila de conforto higrotérmico deverão
interagir com outras necessidades que os ambientes possuem, que, pela sua importância
ou por estar incluído em outros enfoques, estarão desenvolvidos em outras apostilas
desta coleção.
1
Escolhido aqui como testemunha ainda não influenciada por pressões psicológicas
2 Como arquitetos, outros confortos igualmente importantes nos são cobrados como respiratório ergonômico, táctil, visual,
etc. que devem interagir no momento das decisões projetuais.
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Assim por exemplo, a ventilação natural, que é o grande recurso de resfriamento passivo,
e de umidificação dependendo de seu uso, será tratada aqui em linhas gerais, sendo
detalhada em apostila própria.
O acesso à luz do céu que permite a iluminação de melhor qualidade e custo zero possui
seus próprios requisitos de projeto.
O conforto acústico vem por vezes de encontro a alguns princípios de conforto térmico,
na medida em que o mesmo ar que traz o arrefecimento do calor pode, dependendo do
que esteja ocorrendo em sua origem trazer a onda sonora que gerará o desconforto
acústico.
A aplicação fortuita de alguns princípios como a permeabilidade da construção poderá
propagar sons que, se são considerados por quem os emitem como desejáveis ou
agradáveis – ensaios musicais, ou animados debates por exemplo – podem, em função
de outros perfis e requisitos de ocupação serem compreendidos como ruído pela
vizinhança.
Figura 17: Parede externa com elemento vazado, Lauro de Freitas, Bahia
Fonte: Autor, 2004
Entretanto a leitura atenta das apostilas e a reflexão da relação dos fundamentos ali
contidos com as decisões específicas de cada Programa capacitará o arquiteto, face à
diversidade de escolhas, em termos de implantação até materiais à sua disposição em
seu projeto, junto à sua experiência projetual, realizar a melhor escolha global.
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2 O HOMEM, SUAS NECESSIDADES HIGROTÉRMICAS, A EDIFICAÇÃO
O homem é o que chamamos um animal homeotérmico, ou seja, sua energia vital é
conseguida através de fenômenos térmicos a partir de sua alimentação, em um processo
fisiológico mínimo , chamado metabolismo.
Para cada indivíduo, o metabolismo, a partir de um valor básico de sobrevivência, variará
em função do tipo de atividade exercida, da idade e do estado de saúde.
A energia útil – necessária à esperada atividade muscular e biológica - entretanto é
apenas 20% da metabolizada. Os restantes 80% - reserva para uma emergência - são
transformados em calor e devem ser eliminados para que sua temperatura interna de
equilíbrio – em torno de 36,7°C - seja mantida constante. A saída da temperatura de
equilíbrio de patamares que são muitos estreitos gera danos mais ou menos
permanentes ao corpo humano, sendo imperativa sua manutenção.
Os recursos de que o corpo humano se utiliza para manter esta temperatura neste
patamar giram em torno da sua capacidade de reter ou dissipar o calor e a umidade: o
suor, o arrepio, a redução do trabalho físico, o vestir e o despir, a busca pela sombra ou
pelo Sol, são recursos mais ou menos involuntários que buscam este equilíbrio.
E sempre que o organismo, através de seu sistema termo-regulador, necessita trabalhar
muito para manter este equilíbrio, ocorre a fadiga, e a conseqüente queda de rendimento
das atividades, em um primeiro estágio, e em longo prazo, algum tipo de dano físico
(tontura, desmaio, etc.).
É o que pode acontecer, por exemplo, ao se jogar partidas seguidas de vôlei de praia no
verão, ou durante as corridas feitas em horários de muito calor, etc.
Figura 18: Conforto externo
Fonte: Autor, 2005
Aliás, este exemplo permite ilustrar a diferença entre os aspectos fisiológicos do conforto
higrotérmico e a percepção do mesmo, que pode ser retardada ou anulada face a uma
situação psicológica favorável.
Imaginem-se dois jogadores de níveis de vôlei e saúde diferenciados que se encontram e
onde o mais fraco se superpõe - por sorte - ao mais forte.
A percepção do desconforto térmico será menos intensa ou mais retardada - condições
psicológicas prevalecendo - junto ao que está inesperadamente ganhando, porem será
provavelmente neste que primeiro deverão ocorrer os danos físicos, como tontura ou
mesmo desmaio – (condições fisiológicas prevalecendo - e de forma mais intensa, em
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função de quanto tempo a decisão de continuar jogando motivado pelos fatores
psicológicos se superpor à de suspender a partida).
Resumindo, o conforto higrotérmico é obtido sempre que se consegue manter um
equilíbrio entre as necessidades do corpo em cada atividade, sua reserva metabólica e a
oferta climática do entorno, de forma que a temperatura de equilíbrio interna permaneça
constante e em torno de 36,7 C, sendo fundamental para o pleno exercício de todas as
atividades humanas.
2.1 Trocas higrotérmicas entre o homem e o seu entorno livre
O conforto higrotérmico pode ser obtido através do equilíbrio dinâmico entre as
necessidades do corpo e a oferta do seu entorno.
Se pensarmos inicialmente nas relações do homem com o meio natural, poderemos
destacar algumas possibilidades de obtenção deste equilíbrio através da ocorrência de
trocas térmicas3, ilustradas na figura abaixo:
M – Metabolismo, ou a produção de calor
interno do corpo. Possível de ser incrementada
pela ingestão de alimentos e líquidos.
R – Trocas por radiação. Entre o Sol e o corpo,
entre o corpo e a abóbada celeste, entre o
corpo e os demais corpos (paredes, etc.)
C – Trocas por condução, contato. Entre o
corpo e toda superfície em que ele toca.
Cv – Trocas por convecção. Entre o corpo e o
ar que está em seu contato direto.
E – Trocas por evaporação/sudação.
Eliminação do calor pela troca pulmonar, na
expiração e através da pele, pelos poros.
Figura 19: Esquema básico de trocas térmicas entre o homem e entorno
Fonte: Autor, 2005
As trocas higrotérmicas ilustradas na figura acima ocorrem todo o tempo e podem mudar
de sentido –perda (ilustradas em azul) a ganho (ilustradas em vermelho) de calor –
segundo haja mudança de local, de momento (dia/noite), vestuário (em função da
resistência térmica da vestimenta) ou atividade (taxa metabólica).
Em função do nível de atividade desenvolvida e da vestimenta requerida pela atividade
(terno e gravata para advogados, macacão para determinados operários, roupa de
ginástica, etc...) estas respostas se tornam mais ou menos facilitadoras para o organismo
na obtenção deste equilíbrio:
3
O glossário detalha de forma mais detalhada estas trocas
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Figura 20, 21: Atividades desenvolvidas x vestimenta requerida. Restaurantes em Capetown, na Africa do
Sul, e no Mercado de Ver-o-Peso, Belem
Fonte: Autor, 2006 e 2009
Figura,22e 23 Atividades desenvolvidas x vestimenta requerida
Fontes:
http://www.stf.jus.br/arquivo/cms/bancoImagemFotoAudiencia/bancoImagemFotoAudiencia_AP_107130.jpg,
2002 e http://vidaemcristo.files.wordpress.com/2008/07/poster-cirurgia.jpg, 2009
Na realidade, de forma mais completa, podemos afirmar que o bom aproveitamento da
atividade humana – no lazer ou no trabalho – é função (com pesos distintos e variáveis)
do perfil de cada indivíduo. Chamaremos aqui de perfil sua descrição em termos de
compleição física (devido à idade, tamanho, sexo, saúde, raça, etc.), vestimenta,
atividade, e, de mais difícil mensuração, de seus fatores culturais, sociais e psicológicos.
O fundamental, para que estejamos em sensação de conforto higrotérmico é que o
somatório dessas trocas seja nulo, a chamada neutralidade térmica. Ou seja, que
tenhamos toda a energia necessária à atividade em exercício, que o calor produzido em
excesso possa ser eliminado e que não percamos aquele necessário à manutenção do
equilíbrio interno4.
Assim, o rendimento de qualquer atividade, possui um vínculo estreito com as condições
higrotérmicas do seu entorno. E os parâmetros mais significativos para estas condições
são:
- o metabolismo, que varia do basal ao relacionado à atividade exercida;
- a vestimenta, pela alteração da área de pele exposta às trocas e à resistência
suplementar às trocas entre a superfície da pele e o entorno;
- a temperatura do ar ambiente, pelo efeito convectivo;
- as temperaturas de superfície dos corpos sólidos no entorno do corpo, porque
4
Ou seja, para garantir as condições de saúde do organismo, necessitamos que a equação M ±R ± C ± Cv - E = 0 se
mantenha ao longo do tempo.
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intervêm nas trocas radiativas;
- a umidade relativa do ar circundante, facilitando ou dificultando a evaporação;
- velocidade do ar próxima ao corpo, pelo seu papel nas trocas convectivas; entre
outros;
Como foi dito, o corpo humano é capaz de se auto-ajustar dentro de certos limites. Para
conhecer um pouco mais o alcance deste ajuste face às características de seu entorno,
diversas pesquisas foram realizadas com inúmeras pessoas em diferentes situações de
entorno climático. A bibliografia que acompanha este apostila traz algumas das fontes
mais conhecidas sobre este tema.
De forma geral, compreendendo da contribuição tanto dos valores de umidade quanto os
de temperatura para a obtenção do conforto térmico, os estudos mais detalhados foram
impressos sobre um diagrama psicrométrico.
Os mais significativos foram transformados em gráficos de ajuda ao diagnóstico de
conforto higrotérmico chamados diagramas bioclimáticos5. Eles interpretam os valores
instantâneos de umidade e temperatura do ar em função de parâmetros de conforto,
gerando zonas comuns de reação do corpo e subsequentemente de estratégias de
intervenção.
O mais utilizado para apoio ao projeto de arquitetura é o realizado pela equipe do Prof.
Givoni a partir de seus estudos descritos no livro “Homem, Arquitetura e clima”:
Suor aparente
Frio úmido
desidratação
Ressecamento das mucosas
Figura 24 e 25: Diagrama original de Givoni e as situações “vividas” fora do polígono de conforto
Fonte: Autor, 2005
Legenda do diagrama:
N, N‟ – zona de conforto e zona de conforto AC – resfriamento através de métodos ativos
ainda aceitável;
(condicionamento de ar)
EC, EC‟ – resfriamento através da evaporação.
W
–
necessidade
de
umidificação
suplementar
D – desumidificação necessária
H, H‟ – limite do aquecimento por métodos
passivos.
V, V‟ – resfriamento através de ventilação.
M, M‟ – uso de materiais do envoltório
construtivo.
O diagrama bioclimático utiliza as respostas dadas por vários usuários semelhantes a
diferentes situações à sombra de temperatura do ar e umidade para determinar zonas de
5
Como os de Olgyay e Givoni, ver bibliografia.
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resposta sobre o diagrama. Uma determinada combinação entre unidade e temperatura
que a maioria das pessoas aceita sem maior problema é denominada “zona de conforto”.
Fora de seus limites (representado na figura pelo polígono verde), estão valores
associados a situações de desconforto higrotérmico, caracterizadas por reações físicas
imediatas (secura na boca, suor, frio “nos ossos”, ou frio úmido) ou em médio prazo
(fadiga, desatenção, retesamento muscular), em geral incompatíveis à qualidade
esperada do ambiente para a tarefa prevista.
Alguns destes valores incompatíveis ao bem-estar humano podem ser amenizados ou
resolvidos segundo algumas técnicas específicas, às chamadas estratégias bioclimáticas.
Alguns climas oferecem a possibilidade de uso de algumas estratégias, mas não de
outras (em função de pouca ocorrência de ventos, períodos ou regiões aonde o Sol não
chega a prover o calor necessário, valores muito elevados de umidade, etc.).
O objetivo do uso do diagrama é facilitar a escolha da estratégia mais adequada às
necessidades daquele usuário alvo do projeto.
O capitulo 6 detalha de maneira mais objetiva seu uso como apoio às escolhas projetuais
das edificações.
2.2 As trocas térmicas entre o homem, a edificação e seu entorno
Gerar uma arquitetura adequada a determinado clima significa elaborar espaços que
propiciem a seus usuários nos respectivos tempo de uso, condições internas
microclimáticas compatíveis ao funcionamento de seu metabolismo nas diversas
atividades ali exercidas.
Quando construímos uma edificação, criamos uma interface entre o homem e o seu
entorno imediato, e na realidade estamos estabelecendo um novo ritmo e uma nova
relação entre as trocas que ocorriam anteriormente.
Nesta nova relação os fenômenos de troca térmica são os mesmos, mas a intensidade e
locais de ocorrência podem variar bastante segundo a decisão de projeto:
Principais trocas higrotérmicas entre
o homem e a construção:
R – trocas por radiação: entre o Sol e a
construção, entre a abóbada celeste e a
construção, entre o corpo e as paredes,
entre as faces internas das paredes.
C – trocas por condução, contato entre o
corpo e toda superfície em que ele toca,
através das paredes.
Cv – trocas por convecção. Entre o
corpo e o ar que está em seu contato
direto, entre o ar e as paredes (externa
e internamente).
Figura 26: Principais trocas higrotérmicas entre o homem e a construção
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A qualidade e intensidade das trocas entre o entorno e o usuário se modificam, pois as
trocas se darão em várias etapas e envolvendo todo o processo projetual, da decisão de
implantação e volumetria à especificação dos materiais.
Embora os fenômenos de radiação, condução e convecção ocorram ao mesmo tempo,
para melhor compreensão de cada um, iremos tratá-los separadamente inicialmente.
3. TROCAS POR RADIAÇÃO ENTRE A CONSTRUÇÃO E O ENTORNO
As trocas por radiação acontecem entre dois corpos que não se tocam, que estejam em
temperaturas distintas, na forma de cessão de calor do mais quente para o menos
quente, em função das propriedades óticas dos dois elementos (ver glossário), até que
ambos estejam na mesma temperatura.
Elas acontecem apenas enquanto esta diferença de temperatura existe e nas regiões dos
corpos que se vem.
Quando projetamos, por exemplo, uma fachada, estamos colocando um anteparo entre o
homem e o Sol (mais quente, durante o dia) e a calota celeste (mais fria o tempo todo).
Esta situação induz a uma troca por radiação em duas etapas entre o Sol e o homem:
30°
C
20
°C
30°
C
40°
C
Figura 27: Troca térmica por radiação
Fonte: Autor, 2005
- entre o Sol e a parte externa da fachada;
- em outro momento entre a face interna da fachada e o
usuário6.
Figura 28: Principais trocas térmicas na construção
6
A troca por condução se encarregará de fazer a ligação as duas faces da parede.
Cláudia Barroso-Krause
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Fonte: Autor, 2005
O resultado da primeira troca térmica - aquecimento ou resfriamento da face externa da
fachada - se dará em função do balanço entre o ganho (do Sol ou de outro elemento com
maior temperatura à sua volta) face à perda (para a calota celeste ou outro elemento com
menor temperatura à sua volta) que possa ocorrer.
Poderá haver a ocorrência simultânea de duas trocas significativas, vinculadas à radiação
solar e à radiação infravermelha (chamada radiação térmica, ou calor).
O ganho e perda mencionados ocorrerão em função da capacidade dos elementos
externos de emitirem e absorverem o calor por radiação, as chamadas propriedades
óticas. Pesquisas são conhecidas e disponibilizadas em diversos livros para a maioria
dos materiais de construção.
Em princípio a capacidade de absorver e emitir calor (a chamada radiação infravermelha)
é mais ou menos a mesma para a maior parte dos materiais de construção, em torno de
90% da radiação envolvida (ou gerando índices em torno de 0.90).
Já a capacidade de um elemento de absorver a radiação solar – função de sua camada
mais externa - varia enormemente de um material construtivo a outro.
A tabela abaixo ilustra a variação da capacidade de absorção solar e de emissão e
absorção na faixa do infravermelho (calor), em função do material escolhido:
MATERIAL
Telha ou tijolo de barro vermelho
Telha de barro amarelo, bege
telha de fibrocimento nova
telha de fibrocimento suja
chapa nova de alumínio galvanizado
chapa suja de ferro galvanizado
Vidro de janela (3mm)
Vidro de janela (8 mm)
tinta branca
tinta marrom escura, preta
revestimento tipo caiação
revestimento tipo branco de chumbo
revestimento tipo asfalto, betume
Lajotas e azulejos escuros
grama
absorção para a
radiação solar
( )
0,70
0,40
0,50
0,70
0,50
0,80
0,05
0,27
0,30
0,95
0,30
0,20
0,93
0,80
0,67
absorção e emissividade ( e )
infravermelha
entre 10ºC e 40ºC
0,90
0,50
0,95
0,95
0,25
0,28
1
0,87
0,65
0,90
0,90
0,90
0,89
0,93
0,90
-
Tabela 1: Tabela de propriedades frente a radiação das superfícies (acabamentos, tintas, vidros)
Fonte: Corbella e Yannas, 2003
Algumas ponderações projetuais preliminares saem apenas da leitura da tabela acima:
- Uma superfície pintada de preto fosco representa uma capacidade de retenção 75%
maior (0,95-0,20) da radiação solar incidente em determinado local, em relação à mesma
1
Do material vidro quando aquecido, não confundir com sua capacidade de transmissão na faixa do solar,
Cláudia Barroso-Krause
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superfície com um revestimento com tinta branca óleo, o que seria um indicativo de
escolha de projeto. Uma laje com impermeabilização escura é um excelente elemento
para aquecer os ambientes ( = 0,90)
- As superfícies metálicas reflexivas devem ser olhadas com cuidado, pois se forem
projetadas para locais com ação da maresia ou outro poluente atmosférico, podem oxidar
– perder o brilho - e passarão a absorver mais radiação solar que uma superfície comum
com pintura clara, com a circunstância nada atenuante de que, em sendo metal,
conduzirão o calor melhor e mais rápido.
- A maior parte dos materiais de construção sendo opaca, reflete a parcela que não
absorvem. Assim, a escolha de um elemento de piso na trajetória dos raios do sol face a
uma fachada merece ser feita ponderando a parcela que será absorvida com a que será
refletida e incidirá sobre a mesma.
Figuras 29 e 30: Exemplos de influência do piso sobre o acesso à radiação solar
Fonte: Autor, 2005
Alguns materiais mais ou menos translúcidos, como o vidro, são capazes de deixar a
radiação solar atravessá-los, permitindo que alcance piso e paredes, mas impedem, por
sua constituição, o sentido contrário, de volta à calota, da radiação na faixa do
infravermelho, gerada pela absorção da radiação solar, retendo o calor no ambiente.
É o princípio do tão famoso efeito-estufa. Utilizado nos aquecedores solares para
aquecer um outro fluido – a água - é igualmente interessante para aquecer gratuitamente
o ar interno.
Figura 31 e 32: Esquema de transferência de calor pelo vidro
Fonte: Autor, 2005
Cláudia Barroso-Krause
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Interessante estratégia para climas frios, pois evitam ou reduzem o aquecimento por
meios de fontes energéticas como gás, ou eletricidade.
Também pode ser uma fonte interessante de aquecimento mesmo para climas quentes
quando em presença de uma estação fria – trabalhando com a geométrica solar, (ver
capítulo mais a frente) – para ambientes onde o usuário esteja com um baixo índice de
resistência de roupa (clo), como banheiros, vestiário, podendo inclusive ser uma fonte
gratuita de iluminação diurna.
Figura 33, 34 e 35: Exemplo de insolação em banheiros
Fonte: Autor, 2005
Porém talvez não tão boa escolha para usuários plenamente vestidos em horário de
insolação, em clima tropical quente, visto a ação da radiação ser independente do valor
da temperatura de ar, mesmo em ambiente refrigerados como no exemplo dos edifícios
da Caixa Econômica Federal em Belém, Pará ou no Rio de Janeiro:
Figura 36: CEF Belém,
Fonte: Autor, 2005
Cláudia Barroso-Krause
Figura 37: CEF Rio de Janeiro
Fonte: Autor, 2005
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3.1 Arquitetura e trocas por radiação
Os principais locais de trocas por radiação nas edificações variam em função do entorno,
da implantação, volumetria e da localização das fontes de calor no interior de cada
projeto (caldeiras, máquinas de produção, lareiras, fogões, etc.).
Ao ar livre se localizam nas superfícies exteriores da construção, coberturas e fachadas,
por absorção da radiação solar durante o dia, e emissão para a abóbada celeste tanto de
dia quanto de noite7, como nas fotos anteriores.
Figura 38: Arquiteura e entorno
Fonte: Autor, 2005
Em geral, em função da contínua exposição à trajetória solar, lajes planas recebem uma
carga térmica muito maior que telhados inclinados ou fachadas.
Tarde
Meio- dia
Manhã
Tarde
Meio- dia
Manhã
Figura 39 e 40:
Efeito do projeto de telhados sobre o acesso à radiação solar
Fonte: Autor, 2005
Entretanto, em função do entorno construído e da diferença de gabarito, esta assertiva
merece ser verificada, como se observa nestas fotos do centro do Rio de Janeiro:
7
Em função da temperatura do céu. Ver glossário
Cláudia Barroso-Krause
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Figura 41 e 42:Radiação solar e gabarito
Fonte: Autor, 2005
O local de maior incidência das trocas por radiação no interior das edificações varia
segundo 3 tipos de fontes significativas:
- em função do resultado da troca ocorrida na face externa, nas superfícies internas do
envelope construtivo opaco, sobretudo tetos;
- nas superfícies internas expostas à radiação solar direta, por absorção da mesma em
pisos e paredes e de sua re-emissão, quando possível, através de aberturas não
envidraçadas, da energia gerada para a abóbada celeste, como nestes casos de quarto
na Noruega, no saguão do Museu São José Liberto, no Pará ou no hotel da Costa de
Sauípe na Bahia;
Figura 43: Noruega
Fonte: Autor, 2005
Figura 44: Pará, Brasil
Fonte: Autor, 2006
Figura 45: Costa de Sauípe, Brasil
Fonte: Autor, 2006
- por absorção e emissão de calor gerado por máquinas térmicas nas superfícies internas
da construção, paredes, teto e piso, e entre aquelas e o corpo humano, segundo a
temperatura que se encontrem.
Estas últimas se inserem no grupo das aplicações de projeto inconscientes dos efeitos
térmicos da radiação solar e de outras fontes de calor, utilizadas desde tempos
imemoriais.
A área de estar junto ao “foyer” (palavra francesa que traduzia o local do fogo e terminou
significando lar), a grande cozinha, o aquecimento do andar superior através da
Cláudia Barroso-Krause
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exposição da chaminé da lareira, como nas casas populares de Portugal, o segundo
estar à beira da boca do fogão, o uso do tijolo quente ao pé da cama no inverno
Figuras 46 e 47:
senhora aquecendo ao pé do fogo e
Fonte: cartão postal ,
restaurante atual com lareira
http://www.pousadamariza.com.br
2005
Mas como funciona o aquecimento do ambiente por uma lareira, por exemplo? A fonte de
calor encontra-se aprisionada dentro de um compartimento, que se bem projetado só
permite as trocas por radiação pela abertura projetada.
Assim, embora o calor das brasas ou do fogo da madeira irradie tanto para o próprio
corpo da lareira quanto para o espaço à frente da „boca‟, é para este último que serão
dirigidas as ondas das brasas em si e aquelas emitidas pela parte posterior da lareira,
aquecidas, visíveis ao ambiente. Ao entrar em contato com corpos sólidos, cadeiras,
mesas e pessoas, estas ondas eletromagnéticas absorvidas provocarão efeitos térmicos
(esquentam).
Figura 48: Esquema de transferências por radiação(R)
Fonte: Autor, 2002
Se por acaso a lareira for mal feita, a parede poderá deixará passar, por condução conceito trabalhado a seguir nesta apostila (ver seta verde na figura acima)- o fluxo de
calor provocado pelo excesso de temperatura da superfície interna da lareira e aquecerá
suas superfícies externas de fechamento ou escapará para o exterior.
Entretanto é possível o uso deliberado desta “fuga” por condução do calor gerado dentro
do corpo da lareira de forma a propagar para outros ambientes o calor oriundo da
exaustão da queima, já em vias de ser descartado. Sistema bastante utilizado nas
Cláudia Barroso-Krause
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habitações populares do norte de Portugal, por exemplo, pressupõe a existência da
chaminé no interior da edificação, e não como costumeiramente se vê, integrada à
fachada.
A exposição de parte da obra do arquiteto finlandês Alvar Aalto na Bienal do ano de
2005, trouxe um elegante exemplo de troca por radiação - após a absorção do calor e da
elevação da temperatura por condução - das peças em pedra que ornamentam o exterior
da chaminé:
Figura 49: Chaminé – projeto de Alvar Aalto
Fonte: Autor, Foto exposição Bienal São Paulo, 2005
É importante ressaltar que a radiação não esquenta o ar diretamente, pois se trata de
uma onda eletromagnética que só se converterá em térmica quando em contato e
absorvido por um corpo sólido. Deste modo, o ar se aquece indiretamente pela troca por
convecção8 (conceito detalhado mais à frente e na apostila ventilação da mesma coleção)
provocada pelo aumento de temperatura das superfícies atingidas pela radiação emitida
em sua direção pela lareira.
Outro exemplo de aplicação do uso consciente da radiação na arquitetura, é o teto
radiante (ou piso radiante), usado em locais frios.
Figura 50: esquemas de piso radiante
Fonte: http:// http://www.socalor.com/, 2009
Trata-se da inclusão na constituição destes elementos de um sistema ativo de
aquecimento (uma resistência elétrica ou tubulação de água quente embutida no teto ou
8
ver exemplo de convecção no glossário
Cláudia Barroso-Krause
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piso9). Os componentes do teto/piso aquecidos emitem - por radiação - para o ambiente
adjacente, podendo ser conseguidas, em função do projeto, diferenças de 6 a 7 C acima
da temperatura local do ar ambiente.
A importância desta técnica é a possibilidade de mudança de patamar de sensação. Se,
para uma temperatura do ar de 17 C, se obtém uma temperatura resultante de 23 a
24 C, o desconforto térmico relativo ao frio (ressentido em geral até 18°C) deixa de
existir.
Finalmente, é importante frisar dois pontos:
- no projeto bioclimático e para o conforto térmico, a troca por radiação constitui
talvez o mais poderoso instrumento para controle das condições higrotérmicas internas
desejadas das edificações, extremamente necessárias para a obtenção do conforto
ambiental por meios passivos ou o mais baixo consumo de energia nos casos onde for
necessário utilizar condicionamento de ar ativo8 (ar condicionado ou calefação).
Dada sua importância nesta troca, o uso dos elementos externos translúcidos deve ser
pensado com cuidado e visando um objetivo previamente determinado.
No exemplo do supermercado em Itaipava, na serra do Rio de Janeiro (foto a frente) –os
elementos projetados permitem o acesso `a luz natural10 mas, pela espessura envolvida,
dificultam a perda da temperatura do ar condicionado com o meio exterior.
Isto foi possível através da escolha do uso de tijolos de vidros na fachada ao invés de
simples panos de vidro (ver trocas por condução, mais a frente) ou evitam a entrada da
radiação solar direta através da correta orientação e projeto dos lanternins, neste caso
abaixo também utilizados para exaustão do ar quente gerado:
Figura 51,52 e 53: Aberturas em supermercado, Itaipava, RJ
Fonte: Autor, 2005
- O controle pelo arquiteto da geometria da edificação e das relações com seu
entorno e a trajetória solar é fundamental, pois a troca por radiação é instantânea, ou
seja, se inicia face a presença de uma matéria mais quente à vista - o Sol, por exemplo e se extingue com a presença de qualquer anteparo que impeça a troca, ou a visão
mútua, como árvores e beirais até onde a geometria proteja da incidência dos raios
solares.
9
Hoje em dia quase abolida para locais de uso prolongado em função da alteração provocada na circulação periférica das
pernas..
8
Lembrando que o princípio da climatização ativa é o de obter o conforto ao uso mínimo de energia. Não se trata de
sacrificar as condições de conforto higrotérmico, mas assegurá-las racionalmente.
10
Ver apostila de iluminação correspondente.
Cláudia Barroso-Krause
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Entretanto seu valor residual (o aquecimento das superfícies) pode ser significativo e
duradouro.
Desta forma o sombreamento integrado à construção – como nestes brises e venezianas
dos quartos do projeto dos irmãos Roberto de Copacabana, Rio de Janeiro, permitem o
acesso ao Sol matinal – necessário em clima úmido para a salubridades dos ambientes –
mas foram projetados para gerarem sombra a partir das 10horas, e sem prejuízo do
acesso à ventilação.
Figura 54 e 55: Tipos de tratamento de fachadas, Rio de Janeiro
Fonte: Autor, 2004
Neste outro projeto, de uma edificação em Itaipava, a 800 m de altitude na latitude 21° S,
observa-se a utilização de parte do telhado como fonte de aquecimento e de iluminação
natural porém – em função das condições climáticas locais – impedindo-se o acesso
direto à radiação solar entre 12 e 14 horas do solstício de verão, para prevenir um sobreaquecimento no ambiente interior.
Cláudia Barroso-Krause
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Figura 56, 57, 58 e 59: Uso da cobertura como fonte de iluminação, Itaipava,RJ
Fonte: Autor, 2005
Para tal bastou uma consulta ao diagrama solar da região, que determinou os ângulos
para serem trabalhados em planta e corte no projeto por um sombreamento do pavimento
superior:
Finalmente superfícies externas – fachadas ou lajes de cobertura – com maior dificuldade
de ser tratadas facilmente com sombreamento integrado, como beirais e brises, podem
sê-lo através do uso do elemento vegetal11:
Este elemento, além do sombreamento que agrega à superfície, utiliza a radiação solar
incidente para seus próprios processos metabólicos – fotossíntese, evapotranspiração,
etc. - o que reduz significativamente a parcela da radiação solar incidente sobre a
edificação.
Em locais de climas frios alternando a de maior calor, a utilização de espécies de folhas
caducas – que perdem as folhas no inverno – permitem atender tanto à necessidade de
captação solar do inverno, quanto à sua proteção no verão.
11
Que pode requerer desde um substrato e um cálculo de sobrepeso, para lajes, ou, para superfícies verticais, apenas
necessitar o mesmo tratamento que outros revestimentos, como placas de pastilha, ou seja, colocação sobre superfícies
sem patologia pré existente, como fissuras.
Cláudia Barroso-Krause
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Figura 60: Revestimento de empena lateral, Paris (latitude 43 N)
Fonte: Autor, 2004
Figura 61, 62,63: Prédio residencial multifamiliar no Rio de Janeiro
Fonte: Autor, 2005
Figura 64: Telhado verde em casa da Urca, Rio de Janeiro
Fonte: www.ecohouse.com.br, 2005
Além da contribuição à redução das cargas térmicas da cobertura, as superfícies
revestidas de material vegetal – chamadas naturadas – propiciam uma redução da
superfície impermeável das cidades, ajudando a modelar as temperaturas superficiais,
contribuindo à redução de sobre-aquecimento dos bairros, em uma contribuição
significativa – pelos princípios da sustentabilidade - à qualidade ambiental global.
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4 TROCAS POR CONDUÇÃO ENTRE A CONSTRUÇÃO E O ENTORNOAs trocas térmicas por condução são as responsáveis pelo “transito” do calor no interior
dos elementos construtivos dos ambientes. Isto porque é ela quem propicia a propagação
do calor através de um corpo homogêneo ou entre camadas distintas de um corpo em
temperaturas diferentes.
Figura 65: Trocas térmicas: destaque para trocas por condução
Fonte: Autor, 2003
O fluxo de calor variará – além da diferença de temperatura - em função da densidade
do material (o ar enclausurado é melhor isolante que a matéria), de sua natureza
química (medida através da condutividade) – onde materiais amorfos são menos sujeitos
à condução que os cristalinos, e de sua taxa de umidade (já que a água é melhor
condutora de temperatura que o ar).
Assim, materiais comumente utilizados nos projetos de construção apresentam
comportamento bastantes distintos na transmissão de calor por condução em função de
suas propriedades físicas e de fabricação, como exemplificado nos valores de
condutividade da tabela abaixo:
MATERIAL
Ar a pressão normal e a 20°C
Água a 4°C
Aço carbono
Alumínio (Al-Si)
Concreto (1-2-4)
Concreto celular
Madeira em painel aglomerado (seca)
Tijolo comum maciço
Tijolo comum (furado)
Telha de fibro-cimento
Telha de fibra vegetal (tipo ONDULINE)
Vidro plano comum
Cortiça seca em placas
Poliestireno expandido
condutividade ( )
W/m.K
0,024
2,26
43,00
204,00
1,37
0,40
0,14
0,69
0,67
0,95
0,46
12
1,1
0,051
0,036
Tabela 2: Valores de condutividade
12
Não confundindo aqui com a sua capacidade de transmissão da radiação solar direta
Cláudia Barroso-Krause
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Fonte: Corbella e Yannas e do fabricante Onduline, 2003
Ponderando sobre os valores da tabela anterior, verificamos que quanto maior for o valor
da tabela, para uma mesma espessura e mesma diferença de temperatura, tanto maior
será sua capacidade de deixar entrar ou sair a energia térmica absorvida pelas
superfícies, influindo na temperatura final dos ambientes.
No verão, é uma reflexão a ser feita tanto em termos de ganho de calor – por ocorrência
de incidência solar na face externa, por exemplo – quanto em termos da perda, para
ambientes climatizados, que estarão certamente com valores de temperatura muito
abaixo dos das superfícies externas, aquecidas pelo clima e pela radiação solar
eventualmente incidente.
4.1 Condução e Resistência à passagem de calor
Enquanto na qualificação dos materiais para uso nas trocas radiativas apenas a camada
externa é significativa, nas trocas por condução, todo o conjunto tem seu peso e paredes
com dimensões diferentes ou compostas apresentam valores diferenciados de
transmitância, em função das espessuras empregadas.
A resistência térmica de uma parede será, portanto, o resultado da decisão da espessura
a ser utilizada pela capacidade de condução do material utilizado.
Ex. uma parede apenas em tijolo maciço com 10 cm de espessura terá uma resistência à
passagem por condução de calor de 0,15 m².K/W (a fórmula da resistência sendo R =
e/ ou seja, neste caso 0,10/0,69)
Quando tratarmos de paredes compostas por várias camadas será necessário efetuar a
somas das resistências de cada uma para uma avaliação adequada.
e = 0,10 m
e = 0,02 m
= 0,02 W/mK m
= 0,69 W/mK m
e = 0,10 m
= 0,69 W/mK m
Figura 66 e 67:
exemplo de valores de espessura e condutividade de materiais como tijolo e compensado
Fonte: Autor, 2002
Assim, se revestirmos aquela parede de tijolos internamente com 2 cm de compensado
de madeira aglomerada (0,02/0,14 = 0,14 m².K/W), o resultado ficará:
R parede com revestimento = R tijolo + R compensado
R parede com revestimento = 0,14+0,15 = 0,29 m².K/W
Ou seja, pelas características deste tipo de madeira, acrescentar internamente 2 cm de
compensado a uma parede de 10 cm de tijolo maciço dobra a resistência à passagem de
calor desta parede entre o exterior e o interior. Artifício já conhecido dos habitantes das
regiões frias ou de ambientes climatizados artificialmente.
Cláudia Barroso-Krause
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Esta é a magia da leitura das tabelas. Através delas, é possível conjugar a eficiência com
outros valores próprios a cada projeto, como disponibilidade, orçamento, pertinência ao
estilo desejado, sem que se perca a eficiência térmica que se pretende.
As janelas podem ser escolhidas com a mesma cautela. A transmissão de calor13 em
uma janela se faz, pela esquadria – e madeira, alumínio ou PVC possuem valores
bastantes diferenciados de condução - pelas frestas deixadas pela sua execução e pela
área envidraçada.
Assim, dobrar o numero de vidros de uma janela e colocar uma camada de ar entre eles
é a decisão acertada, econômica14 – e requisito legal em muitos países – para evitar a
saída do fluxo de calor por um vidro simples quando condicionamos um ambiente,
resfriando ou aquecendo.
O ar possui uma condutividade térmica baixa e pode ser considerado, quando
enclausurado – até 5 cm, por exemplo,15 - como um componente interessante para ajudar
a impedir a eventual troca de calor por condução indesejada.
T exterior
T interior
Figura 68 e 69: esquema de transmissão de calor face a projeto de esquadrias:
Fonte: Autor, 2005
Assim, se utilizarmos os valores da tabela anterior para comparar a eficiência de um
segundo vidro nas esquadrias fixas ou móveis, apenas considerando as transferências
pela área envidraçada fechada, verificamos que uma esquadria com um vidro simples de
3 ou 4 mm de espessura, terá uma resistência fraca à passagem de calor, de ordem de
apenas 0,003m²K/W16.
No entanto os catálogos de fabricantes de esquadrias metálicas, com bom desenho e
vidro duplo nos apresentam valores de resistência de ordem de 2,2 m²K/W
Um excelente substituto para vidros duplos em panos fixos é o tijolo de vidro.
Recentemente re-descoberto pelo mercado, apresenta-se para uso em pisos e paredes
internas e externas, inúmeras formas e cores e apresentam uma resistência térmica da
ordem de 2,8 a 3,0 m²K/W
13
Não confundir com a transmissão da radiação solar direta, aqui trata-se apenas das trocas por condução.
Do ponto de vista da gestão da fatura de energia da edificação.
15
Para maiores detalhes ver ABNT NBR 15220-2:2005
14
16
R= e/ ; 0,003/1,1 =
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Figura 70, 71 e 72: tijolos de vidro
Fonte: catálogo de fabricantes diversos, 2005
Um excelente exemplo de uso do tijolo de vidro pode ser observado no aeroporto de
Paris:
Figura 73 e 74: Uso do tijolo de vidro no Aeroporto de Paris
Fonte: Autor, 2003
4. 2 O conceito de massa térmica
Como visto anteriormente, as trocas de calor por condução, ao contrário das por
radiação, não se interrompem ao simples cessar da presença da fonte de calor.
Verifica-se com freqüência nas edificações submetidas a forte insolação, ambientes
internos que permanecem quentes muitas horas depois do Sol ter se posto.
Este caráter transiente é função da maior ou menor capacidade de absorção,
armazenamento e transmissão do fluxo térmico de cada elemento construtivo constituinte
da parede, aos que lhe são contíguos.
É a chamada capacidade térmica, função de sua densidade, natureza química, calor
específico, projeto de construção e mesmo da umidade que exista no momento da troca
em seu interior.
Figura 75: diversos tipos de fechamento
Fonte: catálogos diversos, 2005
Cláudia Barroso-Krause
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Em princípio, quanto maior a densidade e a espessura utilizada, por exemplo, tanto maior
será a capacidade térmica.
Quanto maior a capacidade térmica de um material, tanto maior a sua capacidade de
armazenamento antes de transmitir o fluxo de calor térmico para os elementos
adjacentes.
E tal como a escolha dos revestimentos externos é importante para as trocas radiativas, a
escolha dos materiais constituintes de paredes externas e coberturas pode alterar o
desempenho de uma edificação e o horário do conforto térmico final obtido.
Considerando que as construções podem estar submetidas externamente a uma variação
significativa de temperatura, quer em função da exposição à radiação Solar, quer da
modificação ao longo do dia da temperatura exterior, é esta decisão arquitetônica que
determinará se o fluxo de calor atingirá a face interna no momento do uso ou não.
Um material de grande capacidade térmica - como o concreto - pode atrasar a passagem
do fluxo de calor de um ponto a outro, alterando o resultado final desta transferência,
assim como um outro, de baixa, como o vidro ou o aço, transferirá quase que
imediatamente as condições de temperatura a face externa para a interna.
Figura 76: Esquema simplificado de fluxo de calor em função de espessura de paredes
Fonte: Autor, 2005
O mesmo raciocínio se aplica no outro sentido. Se um ambiente tiver artificialmente sua
temperatura abaixada ou elevada em relação à temperatura externa, a dificuldade de
“fuga” deste ambiente térmico mantido pelo sistema estará diretamente relacionada às
características das paredes17, teto e piso envolventes.
4.3 Arquitetura e trocas por condução
Vamos dar um exemplo objetivo da importância da condução no conforto dos ambientes.
Imaginando uma sala sem janelas onde seja necessário condicionar artificialmente o ar (o
auditório da UFRJ na Praia Vermelha, ou sala de espera de embarque no aeroporto de
Belém, por exemplo), e mantê-lo a 18 C para que a temperatura resultante (considerando
o calor dos corpos dos ocupantes, dos computadores, das impressoras, da iluminação,
etc.) fique em torno dos 20-21 C.
17
A legislação dos países a mais tempo preocupados com o custo energético do condicionamento artificial do ar –
refrigeração ou calefação –possuem normas que obrigam ao uso de vidros duplos e paredes com constituintes isolantes,
aqueles com valores de condutividade inferiores a 0,05 W/mK.
Cláudia Barroso-Krause
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Figura 77: Auditório UFRJ
Fonte: Autor, 2005
Figura 78: Aeroporto de Belém
Fonte: Autor, 2005
Olhando especificamente um instante inicial, em que o Sol aparece e o ar exterior está a
37 C:
Figura 79:
Fonte: Autor, 2005
No instante seguinte o que acontece:
A parede externa, em função do revestimento externo escolhido absorve a radiação solar
incidente, ( ) sofre um incremento de temperatura, e chega, digamos a 40 C.
Tendo de um lado 40 C e de outro 18 C, inicia-se um fluxo de calor – por condução - de
fora para dentro que só irá parar quando as duas superfícies limites da parede estiverem
em uma temperatura de equilíbrio.
Imaginando, por hipótese, que os raios solares deixem de chegar (Fig.81), que não haja
mais trocas da parede externa com o exterior e que não haja mais nenhuma outra fonte
interna de troca, este valor será no momento de equilíbrio (40 + 18 ) /2, ou 29 C nas
duas faces da parede18.
Figura 80:
Fonte: Autor, 2005
18
A temperatura resultante seria obtida através da fórmula T
res
1 / 2Tar 1/ 2
Si * Tpi , sendo T , a temperatura do ar
ar
Si
interno; Si a superfície de cada parede envolvida, incluindo teto e piso e Tpi sua temperatura.
Cláudia Barroso-Krause
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A face interna da parede iria emitir para todas as demais – a 18°C anteriormente incrementando as trocas com os usuários e o ar do ambiente.
A nova temperatura resultante de equilíbrio dentro do ambiente será uma média entre a
temperatura do ar anterior e a das paredes circundantes, agora a 29°C, o que em um
calculo simplista seria 23,5°C ou superior.
O termostato do aparelho de condicionamento de ar registrando este novo valor, indica
ao sistema de refrigeração a necessidade a produzir uma novo aporte de ar a uma
temperatura ainda mais baixa que 18°C, o que gerará:
- um consumo maior de energia;
- um provável desconforto no usuário provocado pelo insuflamento de ar a uma
velocidade e temperatura muito mais baixa que do corpo, como vem sendo observado
nos centros urbanos em projetos de reforma ou condicionamento de ar com o uso
inadequado de sistemas “split‟.
5 TROCAS POR CONVECÇÃO
Embora objeto de apostila específica, vinda da aula de ventilação ( Conforto Térmico III),
é necessária a compreensão dos princípios básicos de convecção.
Definindo as trocas apresentadas até agora e considerando dois componentes da
edificação ou de seu entorno em temperaturas diferentes, a troca por radiação pôde ser
compreendida como a que acontece quando estes se “vêem” mas não se tocam e as por
condução necessitando de uma superfície de contato para fazer a transferência de calor.
Neste contexto didático, as trocas por convecção se assemelhariam à troca anterior, mas
com a particularidade de que uma das superfícies se movimenta, é fluida.
Constituem o recurso mais próximo ao ser humano, pois intervém diretamente na
capacidade do ser humano de evacuar o calor pela evaporação nos poros. Elas – Cv na
figura abaixo - servem também, para dissipar o calor e a umidade acumulados nas
superfícies internas da edificação – paredes, pisos e teto.
Figura 81: Trocas térmicas na construção: destaque para trocas por convecção - Cv
Fonte: Autor, 2005
Através de um meio fluido – o ar – em movimento são promovidas “trocas térmicas por
condução” de diversas zonas gasosas do ambiente e entre o ar que nos circunda e a pele
Cláudia Barroso-Krause
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de nosso corpo e dos elementos sólidos em contato – paredes, tetos, pisos, móveis, etc.
– criando um processo de equilíbrio térmico.
Essas trocas ocorrem naturalmente sempre que há uma diferença de temperatura entre
um sólido e um gás, ou uma diferença de pressão entre dois pontos gasosos distintos.
Em climas quente-úmidos, quando o corpo perde pouco calor por radiação e por
condução (porque as temperaturas das superfícies do ambiente tambem estão elevadas)
e se refresca pouco através da transpiração, devido à alta umidade relativa do ar, as
correntes de ar controladas podem agir de forma bastante positiva para obtermos um
conforto higrotérmico no verão.
Bem projetadas, desde o projeto de urbanismo até a arquitetura de interior e de
esquadrias, é possível conjugar as necessidades permanentes dos usuários, daquelas
sazonais, tão características da diversidade climática de nosso país,.
Figura 82 , 83 e e 84: diferentes formas projetuais de captação de ar em fachadas : Buenso Aires,
Salvador, Rio de Janeiro
Fonte: Autor, 2005, 2006
Além disto, internamente, são as trocas de ar que garantem a manutenção da qualidade
do ar que respiramos. Se a taxa de renovação de ar de um ambiente é insuficiente para o
tipo de atividade que ali se desenvolve, o usuário será prejudicado, a respiração torna-se
menos ativa e há o aparecimento de uma fadiga prematura e o risco de contaminação
aumenta9.
Segundo a atividade exercida, admitem-se taxas diferentes de renovação mínima de ar
novo para mantermos a qualidade do ar interno. Estas taxas são fatores determinantes
no projeto – dimensões, tipos e posição - das aberturas nas edificações. A apostila sobre
ventilação detalha todas estas relações do projeto com a movimentação de ar.
Embora varie em função da vestimenta, da atividade de condições metabólicas e da
temperatura circundante, há alguns valores de velocidades do ar consideradas como
máximas confortáveis19.
Pois o vento pode trazer sensação de frescor, mas também de desconforto, à medida
que se torna mais forte do que nossa necessidade de eliminação de suor. Aqui alguns
valores apresentados por Fernandez:
9
Diversos parâmetros agem sobre a qualidade do ar e o homem é extremamente sensível às menores variações de sua
composição. Por exemplo, a proporção de CO2 no ar fresco é em torno de 0,03% em volume. Logo que esta proporção
atinge 0,15%, o ar já é considerado viciado, a partir de 0,4%, acontecem as dores de cabeça e os problemas de
concentração.
19
A sensação de arrepio, por exemplo, é uma reação do organismo à perda de calor acima da desejada.
Cláudia Barroso-Krause
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Velocidade
máxima tolerada
(m/s)
Situação do usuário (atividade)
5
sentado ou em pé, imóvel.
10
15
25
estado de pouca mobilidade (conversando em pé, dando pequenos passos).
andando.
andando rápido ou correndo.
>25
desconforto em qualquer atividade.
Tabela 3: Valores máximos de velocidade do ar, degundo alguns autores, para pessoas vestidas
Fonte: Fernandez, 2005
Embora no ambiente construído as trocas térmicas por convecção estejam relacionadas
ao ar, é possível a troca com água ou outro fluido, em geral sobre coberturas e paredes
externas. Entretanto neste caso, é possível haver uma umidificação do ar, modificando as
condições de conforto higrotérmico.
aspersores
Ar mais frio e mais
úmido
Figura 85 e 86: parede com umidificação, restaurante Rio de Janeiro
Fonte: Autor, 2005
5.1 Trocas por convecção entre a construção e seu entorno
Na Natureza, os principais responsáveis pelas trocas por convecção são os ventos.
Embora um estudo mais aprofundado dos ventos e de seu manuseio esteja descrito na
apostila de ventilação desta coleção, é possível adiantar algumas ponderações úteis para
o projeto:
No exterior, à medida que o ar se aquece, ele fica mais leve (ou menos denso) e sobe,
cedendo espaço para outra massa de ar mais frio (e mais denso), o princípio do termosifão.
O ar quente que sobe cria uma área que chamada de depressão (sucção) e o ar frio que
desce gera uma força de pressão sobre a terra, como mostra o esquema da figura
abaixo:
Cláudia Barroso-Krause
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-
+
depressão
pressão
Figura 87
Fonte: Autor, 2005
O vento possui movimento preponderantemente horizontal (esquema abaixo) com duas
características essenciais: turbulência e velocidade:
- a turbulência, que se caracteriza por um movimento desordenado do vento em várias
direções, provocado pela rugosidade em grande escala (prédios), é maior perto do solo e
diminui com a altitude;
- a velocidade do vento, que aumenta à medida que a altitude (altura) aumenta até tornarse estável (z ± 400m).
Em zona muito urbanizada (com muitos obstáculos), o vento não é disponibilizado com a
intensidade que se mede na estação meteorológica e sim geralmente com valores
reduzidos e eventualmente até em direção contrária, como mostra o esquema abaixo;
Figura 88: Esquema de deslocamento do vento face ao entorno construído
Fonte: Autor, 2005
Alguns estudos, como de Van Straaten, dão indicativos da redução que a urbanização
pode trazer para a velocidade do vento disponibilizado nas estações meteorológicas:
Tipo de entorno
Planície, zona rural de plantio, lagos, etc..
Subúrbio de casas, urbanismo de pouco porte
Centro de cidade, áreas densamente construídas
% de aproveitamento
100
66
33
Tabela 4: Percentuais potenciais de aproveitamento do vento em função da rugosidade do local
Fonte: Van Straaten, 2005
Cláudia Barroso-Krause
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Com as maiores diferenças de velocidade e direção se dando até 100m do solo, a
criação de edifícios de grande altura merece um estudo mais aprofundado dos ventos
locais, do entorno construído e a construir, tanto em termos de estabilidade quanto na
decisão do tipo de esquadrias. Projetadas considerando estas restrições elas poderão
efetivamente permanecer abertas pelos usuários, sem gerar correntes de ar muito
superiores às do limite de conforto dos usuários.
Figura 89: Cidade de Belém
Fonte: Autor, 2005
Outro fator de turbulência que ocorre com o aumento da altura das edificações, se dá
pelo incremento do movimento aleatório provocado quando do encontro deste movimento
com a subida do ar por convecção (pela diferença de temperatura entre a área da
empena junto ao térreo e ao teto).
De uma maneira genérica, quanto mais alta a edificação, mais afastada será a zona de
turbulência da fachada oposta à direção dos ventos dominantes; esta situação pode ser
atenuada pela alternância das posições relativas em planta, o que vai aumentar as zonas
de pressão (que irão “succionar” as turbulências).
+
-
Linha de separação
+
-
-
-
-
+
-
+
+
Zona de
turbulência
+
+
Ponto de
atração
-
-
-
-
Figura 92: Esquema ilustrativo de zonas de turbulência
Fonte: Autor, 2005
A adoção do uso de pilotis, por direcionar o fluxo a nível do solo, afasta a zona de
turbulência da fachada posterior do edifício, como ilustrado no esquema acima e na foto
do prédio da FAU-UFRJ abaixo.
Cláudia Barroso-Krause
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Figura 90: Prédio da FAU/UFRJ
Fonte: Autor, 2005
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Figura 91:Prédio da FAU/UFRJ
Fonte: Autor, 2005
O projeto de loteamento também é dependente da direção e velocidade de ventos.
Quando da implantação de diversos lotes para unidades residenciais independentes, a
decisão do desenho dos lotes – se alinhados ou não – será determinante para a
penetração dos ventos frontais.
Figura 94: Belém
Fonte: Autor, 2005
Embora cálculos precisos sobre o efeito dos ventos sobre as edificações sejam difíceis
de serem antecipados com precisão, experimentos em túneis de ventos levam alguns
autores ao estabelecimento de relações de projeto recorrentes.
Tratam em geral de afastamentos mais promissores em relação à volumetria prevista de
implantação: gabarito e plantas das futuras edificações versus localização no lote...
Em função do chamado efeito de barreira à ventilação (causado pela obstrução frontal ao
vento da fachada mais ampla das construções da primeira fila), como o transcrito do livro
de Hertz, abaixo, algumas relações entre afastamento de linhas de edificações com a
altura média das edificações da primeira linha a receber o vento frontal (A) tendem a
permitir uma maior porosidades das construções das linhas internas.
Cláudia Barroso-Krause
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<2A
A
Figura 95: proposta de afastamento de edificações face a altura da primeira linha
Fonte: Hertz, 2005
5.2 Arquitetura e trocas por convecção
No interior das construções o mesmo fenômeno acontece: o ar aquecido - pela entrada
de Sol, pelo calor das pessoas e máquinas existentes - tende a se estratificar, ou seja, a
subir rumo ao forro, ou a um eventual andar de cima.
Uma vez sem ter para onde se deslocar, cria uma camada quente estacionária, que irá
aquecer o teto, provocando trocas por radiação complementares:
Camada de ar aquecida
estacionária
Figura 96: esquema de estratificação de ar quente no interior das edificações
Fonte: Autor, 2005
Em paralelo, o monóxido de carbono das expirações e a maior parte dos demais gases20
produzidos pela rotina de uso das edificações também tenderá a ascender,
comprometendo a qualidade do ar do ambiente.
A única forma de trazer qualidade a estes ambientes é através da renovação do ar.
Esta renovação poderá ser feita de 3 formas:
- de forma mecânica, através da instalação de exaustores;
- pela diferença de pressão do ar entre as fachadas.
- por termo-sifão, através do projeto interior e da cobertura.
Este último caso é exemplificado neste exemplo na ilha de Moorea, na Polinésia
Francesa, onde por necessidade de custo de transporte, as telhas de aço – termicamente
inadequadas ao clima - são as mais utilizadas na arquitetura moderna local e devem, no
projeto, ter seus efeitos nocivos térmicos reduzidos;
20
A mudança da fonte de aquecimento de água quente de gás manufaturado vindo de GLP (mais pesado que o ar), para
gás natural, mais leve que o ar, requer uma mudança na concepção por exemplo de banheiros e cozinhas, gerando a
necessidade de aberturas para exaustão tanto do gás de queima quanto dos eventuais vazamentos.
Cláudia Barroso-Krause
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Figura 97: Cobertura ventilada em Papeete,Tahiti
Fonte: Autor, 2005
Aberturas e muros são os "instrumentos" que administram este tipo de renovação, em
função da ofertada pelo entorno natural ou construído.
Em clima tropical úmido e em condição urbana, torna-se muito importante que se tenha o
pleno aproveitamento das aberturas para a ventilação – mesmo em situação de chuvas –
para garantir o melhor aproveitamento possível, já que a ventilação cruzada não é
matéria fácil de se obter em edificações multi-ambientes.
Só haverá renovação de ar de qualidade se existir efetivamente uma superfície de
entrada (identificada na figura à frente com o símbolo “+”) e outra de saída (“-“) em cada
ambiente, ou conjunto de ambientes, garantindo a permeabilidade da construção; e
desde que a fonte deste ar novo não esteja poluída. A existência de zonas de turbulência
na fachada posterior das edificações pode prejudicar esta renovação.
Figura 98: Esquema de possibilidades de ventilação
Fonte: Autor, 2005
Algumas considerações finais: as trocas por convecção facilitam rapidamente o equilíbrio
das temperaturas externa e interna, o que introduz o aspecto de horário de troca às
considerações projetuais.
Em função de um diferencial importante de temperatura externa-interna, com o conforto
higrotérmico já assegurado no interior, a ventilação cruzada, pode deixar de ser
interessante quando sem controle do fluxo de ar, como quando do uso de cobogós..
Assim, um bom projeto de esquadria e a posição de aberturas deve permitir ao usuário
resfriar ou aquecer seu ambiente em caso de queda de temperatura, em caso de chuvas
ou à noite, mantendo a obscuridade e a renovação de ar mínima ao pleno
desenvolvimento de suas atividades.
Cláudia Barroso-Krause
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É possível observar – deste foto de prédio residencial dos Irmãos Roberto – como a
retirada do excelente projeto de persiana externa em alguns dormitórios, termina por
incluir a gerar a necessidade de condicionamento de ar nos dormitórios pela inviabilidade
da alternativa obscuridade+ventilação, que as cortinas internam não atendem.
Figura 99: Fachada edifício Rio de Janeiro, projeto Irmão Roberto, RJ
Fonte: Autor, 2005
A correta escolha do tipo, componentes móveis e posição no ambiente projetado é que
determinará o melhor aproveitamento dos ventos incidentes e garantirão a
permeabilidade da edificação.
É muito importante que não se confunda aberturas destinadas à renovação de ar com as
destinadas à iluminação. As aberturas para ventilação dos ambientes serão sempre no
máximo de mesma superfície que aquelas projetadas para iluminação do ambiente.
Elas podem em função da decisão de projeto - ou da pouca importância dada – aumentar
ou reduzir o fluxo de ar, redirecioná-lo para longe do usuário, o que pode ser uma
vantagem ou desvantagem, em função da atividade, do perfil do usuário e do clima
envolvido.
Figura 100 diversos tipos de esquadrias e sua permeabilidade ao vento
Fonte: Autor, 2005
A mesma lógica deve ser aplicada quando da decisão projetual sobre o tipo de
fechamento do lote. É ela que determinará a qualidade - velocidade, zona de turbulência,
direção - do acesso à ventilação para a edificação.
Cláudia Barroso-Krause
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Fechamentos como muros de alvenaria, arbustos, cobogós, gradis, possuem diferentes
níveis de permeabilidade e modificam a qualidade do acesso aos ventos pela edificação.
Figura 101: diversos tipos de fechamentos de lote
Fonte: Autor, 2005
A ”métrica” destas distâncias varia em função de um número grande de fatores, entre
eles, além da permeabilidade do fechamento em si, da velocidade do vento e da
rugosidade do terreno. Alguns autores, após ensaios em túneis de vento ensaiam
algumas proporções relativamente recorrentes, como a abaixo, citada por Hertz.
Altura = h
Distância à casa = 2h
Figura 102: Fórmula sugerida de distância de muro à edificação
Fonte: Hertz, 2005
Em tempos de verticalização urbana, a ação destes fechamentos pode ser encontrada no
momento da decisão sobre o tipo de guarda-corpos das edificações. E a necessidade de
aproveitamento do vento ou de sua proteção ajuda a determinar a porosidade do projeto.
Nas fotos a seguir, a edificação de South Beach na Flórida, EUA, aproveita o vento
frontal, enquanto que o hotel em Papeete, na Polinésia Francesa, por estar face ao
oceano, opta por reduzir o impacto dos ventos marítimos sobre as aberturas das
varandas dos quartos.
Figura 103 Parapeito vazado, South Beach, EUA
Fonte: Autor, 2004
Cláudia Barroso-Krause
Figura 104: Varandas escalonadas, Papeete, P.F.
Fonte: Autor, 2005
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5.3 Cobertura e ventilação
A ventilação dos telhados em clima quente úmido é solução vernacular, como pode ser
observado neste armazém em Boa Vista, às margens do Amazonas.
Figura 105: Detalhe de cobertura em venda em Boa Vista, AM
Fonte: Autor, 2005
E um dos usos mais consensuais das trocas por convecção é o do resfriamento da
superfície interna das coberturas. Salvo em condições bastante específicas, a cobertura é
responsável – pela sua geometria – pela maior fonte de desconforto higrotérmico de
origem radiativa.
A temperatura de superfície externa de uma cobertura pode, em função de seu material
de revestimento (metálico) e de sua inclinação (lajes planas com revestimento asfáltico),
atingir valores superiores a 70°C. Parte destes valores passará, por condução, para a
face inferior da cobertura e a partir deste ponto, por radiação para o usuário.
Neste caso, a opção por uma ventilação específica para a cobertura, permanente, pode
induzir a uma troca por convecção de um ar externo que estará no máximo a 38°C – em
condições excepcionais – com a face inferior da cobertura, próxima de 70°C, provocando
uma redução, à sua passagem, deste valor.
É, aliás, o que torna naturalmente tão atraente o telhado feito com telha de barro colonial
sem verniz ou pintura. Em termos de trocas térmicas, além de se considerar a existência
de 2 coberturas superpostas (pois a telha-capa gera sombra para a maior parte da
cobertura, representada aqui pela telha –calha), há uma natural e permanente ventilação,
garantindo a saída por termo-sifão – de parte do calor acumulado.
Cláudia Barroso-Krause
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Figura 106: detalhe de cobertura colonial
Fonte: Autor, 2000
Figura 107: Esquema de ventilação natural
Fonte: Autor, 2005
Quando em presença de um forro entre o telhado e o usuário, a redução da temperatura
do ambiente se torna mais significativa, pois insere-se o que se chama uma barreira
radiante à troca.
Observando a figura seguinte, é possível afirmar que, ao menos durante o dia, a
temperatura do telhado será sempre mais elevada que a temperatura externa, pois se
soma à temperatura do ar externo em contato com o telhado a parcela oriunda da
absorção solar, conforme visto nas trocas por radiação.
Figura 108
Fonte: Autor, 2005
A intensidade do fluxo térmico por radiação neste momento se expressa por: q= hc T
(W/m2) onde T é a diferença de temperatura das duas superfícies onde ocorre a troca
por radiação, T na foto abaixo, a superfície interna do telhado e a superior do forro.
Assim, ventilando bastante o ático, são promovidas trocas entre a superfície interna do
telhado e o ar exterior que passa, diminuindo sua temperatura. A temperatura de
superfície sendo mais baixa ocorrerá menos troca por radiação entre a parte inferior do
telhado e o forro; donde menor temperatura de forro e menos fluxo de calor atingindo o
ambiente.
Cláudia Barroso-Krause
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Figura 109 ventilação do ático
Fonte: Autor, 2005
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Figura 110:trocas térmicas x ventilação do ático
Fonte: Autor, 2005
Esta busca pelo resfriamento da cobertura pode ser observado mesmo em climas muito
frios, em função de condições de verão.
A foto abaixo é do aeroporto de El Calafate (extremo sul da Argentina), onde observa-se,
ao lado dos grandes blocos de pedra - absorvedores da radiação solar ao longo do dia e
depois emissores de calor em infra-vermelho para o interior - a existência das venezianas
fixas sob a cobertura para exaustão do ar aquecido que poderia gerar um sobreaquecimento no verão.
Após diagnóstico climático – ver próximo capítulo - o aeroporto foi projetado para os
momentos de inverno, e conta apenas com a calefação como fonte de conforto para
estes períodos, mais duradouros e mais intensos. Entretanto no verão, deve contar
apenas com a ventilação natural como meio de resfriamento, e precisa que as decisões
arquitetônicas de suporte à economia de energia para calefação não sejam tais que
impliquem em situação de desconforto extremo nos meses de verão para seus usuários.
Figura 111 – Uso combinado de radiadores térmicos e proteção à insolação. Aeroporto da Patagônia, AR
Fonte: Autor, 2005
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5.4 Ventilação e Umidificação
Conforto higrotérmico pressupõe eventualmente a capacidade do projeto de retificar
condições de umidade incompatíveis ao uso do ambiente. Por vezes cidades ditas
quentes não o são pelo valor de sua temperatura, e sim pela quantidade de água no ar
em relação às necessidades de evaporação pessoal.
Em Manaus, no Amazonas, por exemplo, a enorme ocorrência de rios e a vegetação
tropical em contínua evaporação deixa no ar uma quantidade significativa de água,
dificultando a necessidade de perda de calor em excesso produzido via evaporação no
corpo humano.
Figura 112: Palafita no rio Guajará ,Belém
Fonte: Autor, 2005
Já em Brasília, a quantidade de água no ar é pouca, e por vezes, cai a valores inferiores
aos necessários ao que o organismo precisa para sua lubrificação cutânea, ressecando
as mucosas.
A conciliação da proximidade de espelhos d‟água – no Paranoá, nas piscinas e lagos –
permite, com a direção do vento a montante, o aumento das condições de higroscopia, o
que pode alterar significativamente as condições de conforto higrotérmico.
O vento ao soprar por sobre a superfície de água, se umidifica (em valores absolutos), o
que faz refrescar o ar e assegura uma umidade relativa menos baixa e mais confortável.
26°C
65% UR
35°C
30%UR
80%
90%
100%
80%
7
Figura 113
Fonte: Autor, 2005
Na realidade também é possível em climatização passiva o uso da água como forma de
resfriamento do ambiente como ilustrado no saguão deste hotel em Costa do Sauípe, na
Cláudia Barroso-Krause
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Bahia:
Figura 114: Hotel Costa do Sauípe, Bahia
Fonte: Autor, 2004
O saguão do hotel, onde funcionam desde a recepção quanto áreas de espera à
excursões, possui grandes proporções e é dotado de ventilação cruzada permanente.
Em momentos de maior temperatura do ar e correspondente baixa umidade, utiliza a
movimentação de pequenos esguichos no lago interno para fazer evaporar parte da água
para o ar imediatamente em contato.
Este processo físico requer energia para a sua transformação, que é retirada do ar, que
assim reduz sua temperatura. Os circuladores de teto – ora na função exaustão ora na
função ventilação - auxiliam na distribuição deste ar mais fresco, aumentando a sensação
de conforto dos usuários.
Evidentemente, em caso de climas ou estações frias, o uso deste instrumento deve ser
bastante ponderado, para não gerar condições ainda mais desagradáveis ao usuário.
Cláudia Barroso-Krause
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5.5 – Outras situações de conforto higrotérmico no projeto
O projeto arquitetônico tambem pode proporcionar outras situações de conforto térmico
aplicado a outros meios que não o ar, com grandes vantagens para o usuário. É o caso
do aquecimento da água de banho domiciliar e de piscinas, por exemplo.
A temperatura da água pode ficar gratuitamente mais quente quando do uso de coletores
solares para seu aquecimento. Embora a descrição dos requisitos deste sistema seja
objeto de outra apostila, alguns conhecimentos que subsidiam o projeto podem ser
destacados aqui.
No hemisfério Sul, a melhor orientação e inclinação dos panos de telhados receptores
das placas solares são os virados para Norte, afastados de sombras projetadas,
inclinados no máximo21 na latitude do local do projeto.
Entretanto como são estes mesmos panos receptores que recebem a maior carga
térmica ao longo do dia, o que pode gerar um sobre aqueciemnto às edificações, é
importante que seja feito um cálculo preliminar da área de telhado efetivamente
necessária para a colocação das placas, para otimização da superfície projetada da água
“Norte”.
E não é toda a superfície virada à trajetória solar – ou ao Norte na maior parte do teritório
brasileiro – que é útil à colocação das placas.O sistema – desde o acesso à caixa d‟água
até o termo-sifão de bombeamento exige algumas especificações, ilustradas na figura
abaixo:
Uma vez tendo o diâmetro do boiler e a metragem de coleta solar expressa em número
de coletores (com suas respectivas dimensões), é necessário determinar que superfície
do pano de telhado a Norte pode efetivamente ser aproveitada para sua colocação,
considerando alguns requisitos termodinâmicos de funcionamento do sistema.
Figura 115: Corte esquemático de um telhado com os principais elementos para aquecimento solar –
funcionamento por termo-sifão
Fonte: Autor, 2005
21
A inclinação ótima das superfícies receptoras de radiação solar, além da latitude, é fortemente influenciada
pelo período de maior uso da edificação. Assim uma casa na praia de uso exclusivo de veraneio, pode ter sua
inclinação otimizada para os meses de férias de verão, o que provavelmente não será o caso para as
edificações – casas, ginásios - de uso permanente ou nas montanhas.
Cláudia Barroso-Krause
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Olhando o desenho esquemático acima que mostra um corte vertical padrão verifica-se
espaços “não-aedificandi” (X), resultado de algumas decisões a critério do arquiteto e
outras pela Física, parceira neste projeto:
como a caixa d‟água deve poder ser limpa, é preciso prever um espaço para que
se tire a tampa e se limpe o lado interno (H);
em seguida um outro (h) que é o resultado da altura da caixa d‟água projetada e o
espaço para colocação do joelho que leva até a entrada de água fria do reservatório
(boiler), que deve ser mais baixo para que a gravidade faça naturalmente o
abastecimento da água fria necessária da caixa d‟água para o boiler;
para o sistema funcionar corretamente por termo-sifão, a Física diz que é
necessário um desnível vertical (Y) mínimo22 de (30cm) entre a parte de baixo do boiler e
a saída de água quente (parte superior) da placa coletora, bem como um desnível da
parte de cima do coletor para a entrada de água quente do boiler.
Obtendo o diâmetro do boiler apropriado, e o número de placas necessárias, segundo a
metragem por placa de cada fabricante, é possível colocar os valores no corte
esquemático da figura acima e determinar que região do telhado (X) não pode ser
ocupada com os coletores.
Naturalmente são possíveis outras disposições relativas do sistema boiler- caixa d‟água coletor, alinhadas por exemplo no sentido longitudinal - desde que os desníveis sejam
respeitados. Da mesma forma, para os que podem optar por telhados com bastante pédireito, o boiler vertical é ainda mais eficiente que o mesmo boiler colocado na horizontal.
Estes procedimentos feitos resultarão em um projeto de cobertura preparado para
receber a qualquer momento instalação de coletores solares para aquecimento de água.
As lajes planas tambem podem se beneficiar desta forma útil de sombreamento, como
pode ser observado na cobertura deste prédio residencial na zona litorânea do Rio de
Janeiro:
Figura 116:Placas de aquecimento solar em cobertura predial
Fonte: Autor, 2005
22
Alguns fabricantes falam em máximo de 5 metros para baixa pressão.
Cláudia Barroso-Krause
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A utilização dos conhecimentos de trocas térmicas quando aplicado ao aquecimento da
água de piscinas pode – de forma gratuita - proporcionar uma sobrevida ao tempo de uso
de piscinas ao longo do ano, sobretudo nas latitudes mais altas (ao Sul) ou em terrenos
de altitude.
O principio é o mesmo do sistema de aquecimento solar para banho, com a diferença da
ausência possível dos reservatórios térmicos, o que só permitirá o aquecimento da água
enquanto houver Sol.
O uso para o conforto térmico em meio aquoso, no aquecimento solar de piscinas,
tambem exige que se conheça e administre - nesta casa em Teresópolis – a importância
no projeto de implantação da posição dos coletores face à trajetória virtual do Sol em
todas as estações e face às interferências do entorno projetado ou existentes.
Figura 117: Piscina com aquecimento solar
Fonte: Autor, 2005
Cláudia Barroso-Krause
Figura 118:Aquecimento solar
Fonte: Autor, 2005
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6- O DIAGNÓSTICO DO MICROCLIMA: OS INSTRUMENTOS DE PROGNÓSTICO
PARA O PROJETO
Os instrumentos para suporte do trabalho em Térmica das construções variam em função
das etapas construtivas a que se destinam. Cada etapa possui suas próprias
especificidades que devem ser respeitadas pelos instrumentos de apoio à decisão.
Um programa de simulação dinâmica que requer a inércia dos móveis para cálculo da
carga térmica poderá ser muito perigoso se utilizado nas fases iniciais da concepção,
onde certamente a ausência deste dado levará a uma informação que poderá conduzir a
um resultado equivocado.
Por outro lado, a auditoria energética necessita do detalhamento das faturas de energia
elétrica e dos pontos de consumo, não podendo se servir de instrumentos que não levem
estes fatores em seu cálculo.
Assim, a classificação dos instrumentos para conforto higrotérmico segundo as etapas
construtivas se dá segundo seu objetivo primário:
- destinados à térmica de anteprojeto (uso do arquiteto);
- destinados ao cálculo de carga térmica (uso de engenheiros mecânicos, instaladores..);
- destinados à gestão energética (uso dos administradores prediais);
- destinados à auditoria energética (uso das ESCo, ou de seus representantes)
Nesta apostila, o que se procura é otimização da primeira etapa, quando as grandes
decisões projetuais significativas para o desempenho térmico são tomadas: implantação,
volumetria, envelope construtivo, organização dos ambientes internos, entre outros.
Alem do conhecimento de como traduzir as trocas higrotérmicas para o processo
projetual, é necessário o conhecimento do potencial de seu entorno climático face às
necessidades de seus potenciais usuários para uma correta identificação das trocas mais
interessantes na adequação das edificações.
Neste contexto são apresentados aqui 2 instrumentos complementares de apoio às
decisões projetuais básicas que visam o suporte à atividade projetual inicial sob o
enfoque do conforto higrotérmico: o diagrama bioclimático de Givoni, para um diagnóstico
básico das condições do local de implantação e o diagrama solar, com seu respectivo
transferidor.
São instrumentos antigos que já estão disponibilizados em versões informatizadas,
proporcionando a facilidade de ajustes finos em termos de horários de ocupação,
necessário ao estudo.
Figura 119: Diagrama de Givoni original
Fonte: Givoni, 1974
Cláudia Barroso-Krause
Figura 120: Diagrama de Givoni
Fonte: Labeee, 2001
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O diagrama bioclimático desenvolvido por Givoni em 1960 e readequado às condições de
paises em desenvolvimento em 1994 foi objeto de um trabalho de processamento
informático e gerou o programa Analysis Bio, freeware disponibilizado no site da UFSC
(www.labeee.ufsc.br) .
O diagrama solar utilizado nesta apostila é o disponibilizado no livro de Frota . Ele existe
em algumas versões informatizadas como a desenvolvida pelo Prof.Mauricio Roriz , o Luz
do Sol 1.1 ou o Programa Sol Ar do Labee da Universidade Federal de Santa Catarina
Figura 121: Diagrama solar na versão papel
Fonte: Frota,A. 2000
Figura 122: Diagrama solar na versão informatizada
Fonte: Roriz, M., 2001
6.1 - O Diagrama bioclimático de Givoni
Como foi dito antes, o diagrama bioclimático de Givoni é um excelente instrumento de
apoio à escolha das estratégias mais adequadas a serem desenvolvidas quando do
processo de concepção arquitetônica do ponto de vista do conforto higrotérmico.
Seus livros “L'homme, L'architecture et le Climat” de 1992 e “Passive and low energy
cooling of buildings” de 1994, bem como o livro “Eficiência Energética na Arquitetura”, dos
Profs. Lamberts , Pereira e Dutra detalham com bastante apuro seu manejo.
Entretanto são necessárias algumas considerações preliminares sobre sua elaboração e
portanto para seu uso:
- sobre o usuário: O diagrama foi estabelecido considerando pessoas já aclimatadas, em
situação de repouso ou em atividade mais ou menos sedentárias, vestidas com roupas
leves de ordem de no máximo 1 clo. Isto significa dizer que se o usuário tiver uma
atividade mais intensa, for mais frágil (idosos), estiver com a saúde alterada ou necessitar
por exigências outras de roupas mais pesadas, a interpretação da localização e extensão
da zona de conforto se modifica. Algumas dissertações relacionadas na bibliografia
possuem alguns ensaios neste sentido, mas só o bom senso já pode ajudar.
- sobre a radiação solar direta incidente: salvo quando se trata de uma sugestão de
estratégia – aquecimento solar passivo, por exemplo – a hipótese básica do diagrama é
que a insolação sobre janelas e paredes é considerada já administrada pelo projeto, quer
através de beirais, sombreamento distante ou outro método, sendo insignificante para o
Cláudia Barroso-Krause
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contexto em estudo. Na prática, é preciso considerar que sua ação será sempre no
sentido do movimento de aumento de temperatura interna. O uso dos diagramas solares
(próximo item do apostila) pode estabelecer esta situação em termos de sua ocorrência,
duração e pertinência à necessidade de uso.
- sobre os limites das estratégias: O diagrama do Prof. Givoni identifica “zonas” de
conforto e/ou de estratégias de arquitetura bioclimática, em função dos valores que
encontramos no local de umidade e temperatura do ar. Os limites se dão em função da
disponibilidade dos climas em oferecerem condições para as estratégias corrigirem um
valor de temperatura ou umidade fora da zona de conforto. Entretanto, como foi calculado
sobre um diagrama psicrométrico à nível do mar,algumas incorreções quanto a posição
dos limites podem ocorrer em grandes altitudes, pelo maior valor da radiação solar
incidente e da emissividade para o céu.
Da mesma forma, é necessário um cuidado por parte do arquiteto na hora de escolher o
arquivo climático – na versão informatizada – em função de eventuais especificidades de
seu local. Por exemplo, para a cidade do Rio de Janeiro, o arquivo climático
representativo é o obtido a partir de dados da Ilha do Governador, que não representa as
características climáticas da região litorânea ou das partes mais altas da cidade.
Mas uma análise cuidadosa das diferenças observadas deve permitir verificar a
oportunidade de adoção de determinadas estratégias.
De forma geral a leitura e o uso do diagrama é bastante simples: sobre um diagrama que
reúne valores de temperatura e umidade é traçado um polígono que agrupa valores de
temperatura e umidade que permitem ao corpo humano a manutenção de seu equilíbrio
homeotérmico sem esforço.
Figura 123 Diagrama bioclimático de Givoni
Fonte: Programa Analysis – Labeee/UFSC, 2005
Fora do polígono central – C – encontram-se situações climáticas associadas à
sensações de desconforto higrotérmicas, que podem ser corrigidas ou minoradas se
aplicarmos as determinadas estratégias, disponibilizadas em zonas adjacentes e em
função da potencialidade climática dos sítios.
Zonas: do diagrama de Givoni
1. Conforto higrotérmico
2. Ventilação
3. Resfriamento evaporativo
Cláudia Barroso-Krause
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4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
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Massa térmica para resfriamento
Umidificação
Aquecimento solar passivo
Aquecimento artificial
Ventilação + massa térmica para resfriamento
Ventilação + massa térmica para resfriamento.. + Resfriamento. evaporativo
Massa térmica para resfriamento. + Resfriamento. evaporativo.
Tabela 5: Zonas com as principais estratégias bioclimáticas
Fonte: Givini in Labeee, 2005
Abaixo do limite inferior de temperatura (18°C) as estratégias envolvem o aproveitamento
da insolação de forma controlada, assim como acima de 29°C, o sombreamento
certamente se faz necessário, a ventilação sendo boa estratégia para os valores
superiores de umidade relativa e altas temperaturas23.
Assim, ao se marcar no diagrama bioclimático os principais valores de temperatura e
umidade de um local, é possível obter um primeiro diagnóstico de seu clima e das
melhores estratégias de projeto. Eis abaixo um exercício proposto sobre 6 cidades
brasileiras::
Cidade
Estação
Valores
Belém
Brasília
Fortaleza
R. de
Janeiro
São Paulo
Porto
Alegre
dados climáticos médios
verão
inverno
temperatura
umidade rel.
temperatura
umidade rel.
média (%)
média (%)
média ( C)
media ( C)
26,2
83
26,2
82
21,5
77
18,1
65 (50)
27,3
74
25,9
81
25,5
76
20,6
23,3
20,4
23,3
80
70
15,6
14,2
diagnóstico
verão
inverno
80
85
Tabela 6: Climatologia do Ministério da Aeronáutica – Período 1961/1965
Fonte: Frota, 1978
Entretanto para o projeto bioclimático, as médias mensais são pouco úteis, já que na
verdade é a variação dia-noite que reflete a verdade das transferências higrotérmicas
face as necessidades dos ocupantes e, portanto seu conhecimento é que traz as
melhores oportunidades de projeto.
Assim, a escolha das estratégias deve ser feita em função do tipo e do período de
ocupação (meses e horas do dia).
Para tal, se faz necessário o uso da versão informatizada do diagrama e da confecção de
arquivos climáticos com valores horários feitos pelo Laboratório de Eficiência Energética
em Edificações – Labeee – que permite esta aproximação aos diversos períodos de uso
de cada projeto.
Como exemplo, e em homenagem ao belo trabalho de apoio desenvolvido pelos Labcon
e Labeee (UFSC), as estratégias ilustradas aqui foram aplicadas para um projeto de
casa de férias usada prioritariamente no verão em Florianópolis e no Rio de Janeiro.
23
Sempre lembrando as restrições de microclima que podem estar envolvidas, tais como direção de vento tendo na origem
uma situação de maior temperatura, etc...
Cláudia Barroso-Krause
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Diagrama bioclimático por Reg. Geog.
30
ZON AS:
30
Casa de praia, 24 horas,
uso majoritário: 15/12 a 15/02
20
5
2
TBU[°C] 2 0
10
W[
g/K
15 g]
4
15
1
10
10
11
12
5
9
8
5
7
3
6
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
TBS[°C]
Florianópolis (SC)
UFSC - ECV - LabEEE - NPC
U
[°
W [ g /K g ]
C
]
Rio de Janeiro (RJ)
B
Estratégias mais eficientes
Conforto higrotérmico
Ventilação
Resfriamento evaporativo
Massa térmica para resfriamento
Ar condicionado
Umidificação
Massa térmica e aquecimento solar
Aquecimento solar passivo
Aquecimento artificial
Ventilação + massa térmica para resfriamento
Vent. + massa térmica para resfr.. + Resfr. evap.
Massa térmica para resfriamento. + Resfr. Evap.
25
25
T
zona
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1.
Confor t o
2.
Vent
3.
Resfr
ilacao
iam ent o
Evapor
4.
M assa
at ivo
Tér m ica p/
Resfr
5.
Ar .
Condicionado
6.
UmMidificação
7.
assa Tér m ica/ Aquecim ent o
Solar
8. Aquecim ent o Solar
Passivo
9.
Aquecim ent o
Ar0.Vent
1
t ificialilação/ M as
sa .Vent./ M assa/ Resf.
11
0
Evap.
1
2.M assa/ Resf.
Evap.
TB S [°C ]
Figura 124:
Diagrama bioclimático em diferentes regiões geográficas
Fonte: Autor, 2005
Observa-se que embora o diagrama indique claramente a ocorrência das estratégias de
ventilação para as duas capitais, ele é sensível o suficiente para destacar as noites
menos quentes da capital catarina, o que indicará disposições diferenciadas para os
quartos de dormir, para a forma de aproveitar ou sombrear a radiação solar incidente.
E mesmo dentro da mesma cidade é possível observar a sensibilidade de uso quando da
troca entre períodos de ocupação – entre a casa do exemplo anterior, agora só no Rio de
Janeiro, e uma creche para o turno da manhã.
O diagrama bioclimático
por ocupação,
no Rio
25
25
5
2
TBU[°C] 20
10
20
W[
g/
15 Kg
]
15
10
1
11
10
Estratégias mais eficientes
12
5
0
Conforto higrotérmico
5
9
8
7
3
6
Ventilação
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Resfriamento evaporativo
Massa térmica para resfriamento
Creche de bairro , escola com turno da manhã (7 às 13hs),
Ar condicionado
ano inteiro
Umidificação
Casa de praia, 24 horas, uso majoritário: 15/12 a 15/02
Massa térmica e aquecimento solar
Aquecimento solar passivo
Aquecimento artificial
Ventilação + massa térmica para resfriamento
]
Vent. + massa térmica para resfr.. + Resfr. evap.
C
[°
U
B
Massa térmica para resfriamento. + Resfr. Evap.
T
TB S [°C ]
Figura 125: Diagrama bioclimático para diferentes perfis de ocupaçã
Fonte: Autor, 2005
Cláudia Barroso-Krause
4
W [ g /K g ]
zona
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
7. Massa Térm ica/ Aqueciment o
Solar
30
30
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Módulo 2 – Conforto Térmico
6.2 O diagnóstico do microclima.
Além do tipo de clima, para todo estudo arquitetônico, é necessário o conhecimento do
microclima envolvido, ou seja, o clima do entorno próximo. Os valores que encontramos
nas estações meteorológicas, são medidos em circunstâncias muito especiais e em geral
distintas daquelas do nosso dia a dia. É necessário um estudo, sobre planta de relevo,
para verificar as mudanças ocasionadas por topografia, cobertura vegetal, densidade
urbana, etc.
As montanhas, e construções vizinhas ao entorno do lote podem esconder a radiação
solar direta, refletir os raios de Sol, obstruir e modificar o sentido ou a velocidade dos
ventos dominantes.
Figura 126: Vista aérea de Itajubá, MG
Fonte:
www.itajuba.mg.gov.br, 2005
Na realidade, no estudo do microclima existe um limite além do qual, o assunto torna-se
estudo de urbanismo, escapando às possibilidades de intervenção do arquiteto. Desta
forma, é preciso avaliar apenas o impacto do entorno próximo à edificação - entorno
natural, construído ou legislado - sobre a performance da construção.
O que se quer é conseguir identificar os elementos específicos deste entorno capazes de
modificar os dados climáticos padrão das estações meteorológicas.
Para uma primeira definição das estratégias bioclimáticas de projeto, não sendo possível
conseguir os dados das estações climatológicas, uma pesquisa no terreno pode ajudarnos a determinar qual o tipo de clima em jogo. Medem-se os valores médios (média das
médias) da temperatura do ar e da umidade dos meses extremos - que são os piores - e
aplica-se na tabela a seguir:
TEMPERATURA
< que 10 C
diagnóstico
Frio
10 C a 20 C
Temperado
20 C a 30 C
Quente
> que 30 C
Muito Quente
UMIDADE ABSOLUTA
> 6 g/Kg
<4 g/Kg
> 6 (10 C) e >9 g/Kg (10 C)
< 4 g/kg
> 10 (20 C) e >16 g/Kg (30 C)
<4 g/Kg
> 186g/Kg
< 14 g/Kg
Tabela 7: Tipos de Clima
Fonte:
Cláudia Barroso-Krause
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diagnóstico
Úmido
Seco
Úmido
Seco
Úmido
Seco
Úmido
Seco
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Combinando os diagnósticos de temperatura e umidade é possível gerar definições de
clima como temperado úmido, quente seco, etc. Os resultados servirão de base na
escolha das estratégias mais adequadas.
Quanto aos ventos, em caso de ausência de dados, uma conversa com um ribeirinho,
uma olhada no terreno com uma bússola e a tabela de Beaufort (ver a frente), em horas,
dias e estações diferentes, podem dar uma idéia, pela simples observação dos
fenômenos ocorrentes, da velocidade e direção dos ventos e do tipo de abertura e
esquadria necessária ao pleno aproveitamento deste recurso natural.
Escala
de
Beaufor
t
Velocidade dos
ventos
0
0 a 0,2 m/s
1
0,3 a 1,5 m/s
2
1,6 a 3,3 m/s
3
3,4 a 5,4 m/s
4
5,5 a 7,9 m/s
5
8,0 a 10,7 m/s
6
10,8 a 13,8 m/s
7
13,9 a 17,1 m/s
8
17,2 a 20,7 m/s
9
20,8 a 24,4 m/s
10
24,5 a 28,4 m/s
Fenômenos comumente observados
a fumaça (churrasqueira, chaminé, cigarro, etc.) sobe de forma
vertical.
o vento faz a fumaça se inclinar, mas ainda não consegue girar
um cata-vento.
o ser humano percebe o vento no rosto, as folhas das árvores e
do cata-vento começam a se mexer.
as folhas e os pequenos ramos das árvores se mexem de forma
contínua e o vento faz as bandeiras se mexerem.
o vento tira a poeira do chão e levanta folhas de papel.
as pequenas árvores começam a balançar e começa a fazer
espumas nas ondinhas dos lagos.
fios elétricos começam a se mexer e fica muito difícil usar
guarda-chuva.
as árvores ficam completamente agitadas e fica muito difícil de
se andar de frente para o vento.
os pequenos ramos das árvores se quebram e não se pode
andar normalmente sem um esforço terrível, de frente para o
vento.
as telhas dos telhados começam a ser arrancadas, ocorrem
pequenas catástrofes com relação à casa.
normalmente só ocorre no mar. Quando ocorre na terra, pode
arrancar árvores com a raiz.
Tabela 8:Tabela de Beaufort, relacionada a eventos urbanos tropicais
Fonte: Fernandez, 1990
Os dados geo-climáticos podem ser assim em seguida classificados pelo arquiteto como
vantagens, trunfos, ou desvantagens, facilitando sua compreensão na escolha das
estratégias de resfriamento passivo ou ativo, umidificação, desumidificação, aquecimento
passivo ou ativo, inércia, etc., e serem incorporados à seu estilo, sua estética e a de seu
entorno.
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6.3-Diagrama solar
O diagrama solar nos permite trabalhar a geometria do projeto de forma a – usando as
informações do diagrama de Givoni – estabelecer as melhores relações com a insolação.
30
30
25
25
TBU[°C] 20
7. Massa Térm ica/ Aqueciment o
Solar
20
5
2
10
W[
g/
15 Kg
]
4
15
1
10
10
11
12
5
0
9
8
5
7
3
6
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Figura 127: Zona de insolação, sobre diagrama bioclimático de Givoni
Fonte: Autor, 2005
Em função deste conhecimento é possível administrar o projeto, suas sombras integradas
(beirais, brises, varandas) e sua relação com o entorno de forma a captar a radiação
solar nos momentos em que ela se adeque às estratégias levantadas no diagrama de
Givoni para um período determinado, inverno, por exemplo:
Para efeitos de suporte ao projeto, o que queremos saber é, no período desejado, onde
está o Sol, ou seja, conhecer a direção de seus raios e sobretudo,suas projeções
horizontal e vertical.
Desta forma poderemos trabalhar em planta e em corte a edificação: dimensionando as
fachadas mais expostas à radiação, prevendo aberturas, calculando a forma de suas
proteções.
Falamos da recepção do corpo humano às diversas formas de calor vindas da
construção. Falamos também, dos meios de transmissão desse fluxo de calor pelo
envoltório construído. Comentamos a maneira pela qual este envoltório interage com o
meio ambiente, sobretudo com a calota celeste e o Sol.
O valor da radiação solar varia de acordo com a orientação. Ela também varia, de acordo
com os dias do ano, pela maior ou menor proximidade e inclinação dos raios solares.
O Sol possui uma trajetória aparente que varia ao longo do dia, ao longo do ano.
Entretanto, para cada latitude, essa trajetória teoricamente se repete a cada ano. Assim,
para cada local, segundo a hora do dia, a estação do ano e a orientação escolhida, é
possível trabalhar sempre uma única posição espacial e um único valor de radiação11.
Para efeitos de projeto, o que se quer saber é, a cada hora desejada, onde está o Sol,
para conhecermos a direção de seus raios e a potência desta radiação. Desta forma
pode-se deduzir as fachadas mais expostas à radiação, para dimensioná-las e calcular a
forma de suas proteções (beirais e brises). Para isso, o primeiro passo é a compreensão
da posição solar.
11 Na realidade, as condições de nebulosidade e poluição também influenciam, atenuando seu valor.
Cláudia Barroso-Krause
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A posição espacial do Sol pode ser reproduzida no projeto em função da sua altura solar
α- e o seu azimute - a .
Se sobre um ponto do globo, se marcar a direção dos pontos cardeais e uma projeção
sobre o solo do Sol em determinado instante, chega-se ao azimute, o ângulo plano que
esta projeção fará com o Norte12. E sobre este novo eixo, de α, ao ângulo relativo à altura
solar.
Meio
dia
solar
Altura solar (em corte normal à
fachada)
N
O
Azimute (em planta)
Por do Sol
a
E
S
Nascer do Sol
Figura 128: Esquema de trajetória solar
Fonte: Autor, 2005
Estes pontos estão marcados em cartas solares disponíveis para as principais altitudes,
podendo ser encontradas em Frota, por exemplo. Mas como lê-las? Bastante simples:
N 10
20
a
30
22/06
22/06
22/09 O
22/12
16
18
17
13 10 8
80
70
L21/03
7
50
6
22/12
30
10
S
Figura 129: esquema de leitura das cartas solares
12 Foi Considerado que para as latitudes Sul do Equador o Sol está ao Norte. No hemisfério Norte a situação se inverte
(literalmente questão de ponto de vista), e o Sol passa a se posicionar a Sul. Para os seus habitantes, o azimute é então
calculado em relação ao Sul. Como considera-se para efeito de projeto a Terra cilíndrica e repartida ao meio no Equador,
isto não faz nenhuma diferença.
Cláudia Barroso-Krause
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Fonte: Frota, 1998
Na figura acima observa-se um grande círculo, representando uma projeção do horizonte
visto de cima. Nele, estão marcados os pontos cardeais e as trajetórias solares, sob
forma de linhas que vão do Leste ao Oeste e que têm à sua direita e esquerda o número
do dia ao qual se referem. Cortando-as, existe outro grupo de linhas que identificam os
pontos de passagem do Sol em determinadas horas13 do dia. Finalmente, na parte
inferior do eixo Norte-Sul, encontram-se marcações com valores da altura solar, de 0
representado pelo círculo externo do horizonte, até 90 , no zênite (representado nas
cartas solares pelo ponto de interseção dos 2 eixos).
Assim, para conhecer um ponto na trajetória solar, basta traçar um segmento de reta até
o círculo externo. O valor do ângulo formado pela reta com o Norte dará o valor do
azimute solar neste instante. A altura solar correspondente se consegue com ajuda de
um transferidor solar:
Figura 130: decodificando o transferidor solar
Fonte: Autor, 2005
E como aplicá-la para construção das proteções?
Em princípio, para conhecer o efeito dos raios solares em uma determinada hora e dia
sobre as plantas baixas, usa-se seu valor do azimute, e para conhecer a projeção vertical
do ângulo espacial, traça-se o valor da altura solar sobre os cortes.
Assim abaixo está ilustrada uma aplicação para 10h dos dias 21/3 ou 24/9 e projeção
sobre desenho de Olgyay.
55
58º
13 Horas solares, e não horas legais. Ver glossário. Entre outros cuidado, é necessário descontar os horários de verão,
quando estivermos trabalhando com este valores.
Cláudia Barroso-Krause
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Figura 131 e 132: Efeito dos raios solares
Fonte: Olgyay, 2005
Depois é só geometria e desejo para achar a projeção que melhor se adeqüe ao projeto.
Existem uma infinidade de soluções para as Projeções com a mesma eficiência (sobre
desenho original de Olgyay, em Hertz):
Figura 133: Diversos exemplos
Fonte: Autor, 2005
Esta é talvez a parte mais importante da apostila e é preciso confessar talvez a menos
atraente em uma primeira abordagem. No entanto após a segunda inserção dos ângulos
transferidos sobre cartas solares no projeto, desenvolve-se um automatismo e a tarefa
flui sem problemas.
Fig.134 – A obstrução da abóbada celeste da placa horizontal (A) sobre a janela representada sobre o
transferidor auxiliar de ângulos (B). Extraído de MOORE (1991) apud Souza, RVG
A planilha DICAS 2 distribuída ao longo do curso poderá ajudar este procedimento.
Para aqueles que sempre projetam em uma mesma cidade, é possível a obtenção de um
diagrama específico para os pontos cardeais e os secundários, de forma a obtermos um
traçado de sombra em horas exatas, o que nos permite ganhar algum tempo.
Tal como para o diagrama bioclimático de Givoni, a versão informatizada deste
instrumento ajuda bastante na escolha da organização interna dos ambientes, e na
construção das sombras integradas à edificação ou no entorno.
O programa Sol Ar ilustra aqui algumas possibilidades:
Cláudia Barroso-Krause
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B
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Figura 134: Programa Sol Ar
Fonte:, labee/ufsc, 2005
É possível observar que uma fachada com azimute 45° recebe Sol todos os dias da
manhã do ano e a tarde em valores horários que vão do meio dia do solstício de verão às
3 horas no solstício de inverno.
Esta informação pode ser útil, na medida em que talvez não indique a colocação de
quartos de dormir para esta orientação, mas na oposta, para garantir um aquecimento
solar passivo no final da tarde, pré-aquecendo o quarto para a noite.
Esta decisão se fará, considerando a possibilidade de sombreamento integrado- brises no verão, para evitar o sobre-aquecimento.
7 RESUMO DAS PRINCIPAIS DIRETRIZES DE PROJETO
Cada projeto de arquitetura é único. Apenas seu arquiteto, no exercício conceptual, é
capaz de compreender a extensão do Programa, e as disponibilidades do local de
implantação.
Entretanto, o grande diferencial da concepção arquitetônica visando um projeto com
qualidade higrotérmica passa pela inserção do usuário desde o início no projeto, através
da compreensão de seu perfil e antecipação de seus movimentos no espaço a ser
projetado.
O mais importante na fase de interação da concepção arquitetônica com os conceitos do
bioclimatismo – conforto higrotérmico entre eles - talvez seja a noção de que o
aproveitamento inicial ou prioritário dos recursos externos é a estratégia importante para
a obtenção do conforto e da economia de energia em edifícios10.
A sua otimização deve ser pensada na fase de início de projeto – quando há menos
intervenientes no processo e portanto mais liberdade - e em função do entorno para uma
10 residenciais, públicos, comerciais, industriais..., dependendo das opções de projeto de climatização feitas e do entorno
climático.
Cláudia Barroso-Krause
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correta adequação de toda a Arquitetura – da implantação e tratamento do entorno até o
projeto dos sistemas de aberturas e esquadrias em relação aos ventos disponíveis.
Do ponto de vista da concepção associada à representação gráfica ao invés do
pensamento tradicional de concepção do projeto "em planta" para posterior elevação, em
bioclimatismo é necessário e útil que o projeto seja elaborado simultaneamente em
elevação ou corte, já que como foi visto a maior parte das efemérides – Sol, sistema de
ventos - alteram-se em função de sua distancia ao solo.
Resumindo, os talvez 5 passos de projeto comuns a todos seriam:
- Compreender e definir o usuário e seu perfil: quem (quantos), com que idade, com que
saúde, com que flexibilidade de vestuário, quando ocupa qual ambiente, a atividade
provoca liberação de calor, umidade, faz ruído, precisa de escuridão, de iluminação
especial, de condicionamento de ar? Quando?.
- Compreender e definir, localizar e desenhar o entorno: verificar e marcar a topografia
significativa do entorno do lote com destaque aos elementos marcantes: acessos,
morros, praias, lagos, etc. Verificar os elementos do ambiente construído (prédios
vizinhos e/ou liberdade de legislação – edificações virtuais); elementos sonoros
indesejáveis no caminho de acesso aos ventos dominantes favoráveis; elementos
significativos dentro do lote: árvores de grande porte, riachos, depressões, encostas, etc.
- Compreender e discriminar o microclima do projeto: clima (quente, frio, quente-úmido,
com/sem inverno rigoroso, com/sem ventos significativos); marcar o Norte, descobrir ou
estimar a direção dos ventos rotineiros e sazonais;
- Complementar o projeto com uso das técnicas de eficiência energética sobretudo no
tocante ao uso condicionamento mecânico de ar, aquecimento solar (água e ar).
Quando a simples boa decisão de projeto não bastar para adequar – total ou
parcialmente - o interior das edificações às necessidades higrotérmicas de seus
usuários, é necessário o uso de equipamentos complementares. Neste caso, o
objetivo do bom projeto é garantir que haja um mínimo de consumo deste insumo
energético não gratuito – que seja de origem elétrica ou gás – para o pleno
atendimento das necessidades da edificação.
- Verificar permanentemente
simulando-se ao usuário.
ao longo do projeto a gestão dos espaços gerados,
Estes passos devem permitir ao projetista, respeitando sua individualidade projetual,e
apoiado nos instrumentos de auxilio ao projeto, diagnosticar as necessidades internas no
período de ocupação as ofertas ou restrições externas.
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GlOSSÁRIO
Este glossário é dividido em duas partes: uma informal, onde menos que uma definição
científica precisa, que englobe todo o espectro necessário à plena compreensão dos
preceitos envolvidos, o objetivo é uma re-apresentação dos conceitos científicos básicos
ao estudo arquitetônico de conforto ambiental, portanto em linguagem leiga, favorecendo
sua compreensão.no contexto da realidade arquitetônica. Imediatamente a seguir
encontra-se a definição estrita, dada pelas normas brasileiras. Quando necessário, no
trato diário, poderão – e deverão – ser consultados as normas ABNT e os livros
mencionados na bibliografia para uma melhor compreensão.
Calor - calor é a energia transferida entre corpos de diferentes temperaturas. Ocorre até
que os dois atinjam uma mesma e nova temperatura, situada entre as anteriores. É
medido em unidade de energia, que no sistema internacional é representada pelo Joule
(J). Entretanto quando nos referimos ao ser humano, por vezes utilizamos outra unidade,
a caloria (cal), que representa a quantidade de calor necessária para que 1 grama de
água aumente em um grau Celsius (ou Kelvin). A equivalência se faz segundo a fórmula:
1J=0,24 cal.
Ou 1cal =4,18J.
NBR 15220-1 calor específico: quociente da capacidade térmica pela massa.
Símbolo c; Unidade: J/(kg.K).
Capacidade térmica: quantidade de calor necessária para variar em uma unidade a
temperatura de um sistema.Simbolo: C; Unidade: J/K
Clima - é o conjunto de fenômenos meteorológicos que caracterizam, durante um
período longo, o estado médio da atmosfera e sua evolução em determinado lugar. Ao
estudo arquitetônico interessa sobretudo duas situações climáticas: o que acontece ao
longo do ano, sobretudo para as edificações de uso permanente, e as estações críticas,
ou seja em geral verão e inverno.
clo – unidade criada para exprimir a resistência térmica das roupas, importante para o
estudo do conforto humano. Não inclui eventuais espaços ( camadas de ar) existentes
entre a face interna das roupas e a pele. 1 clo=0,155 m².K/W
Condensação - é a troca térmica proveniente da mudança de estado gasoso para
líquido. O ar possui uma certa capacidade de retenção de água, sob a forma de vapor,
que aumenta sobretudo à medida que a temperatura aumenta. Quando o ar é resfriado,
esta capacidade se reduz, podendo chegar a uma temperatura limite (temperatura de
ponto de orvalho). Podemos observar este fenômeno nos banheiros, após um banho de
chuveiro no inverno, quando o vapor d'água quente, ao entrar em contato com a
superfície mais fria dos azulejos (ou do teto) se condensa e goteja. Se por um lado esta
condensação é acompanhada de um gasto de energia equivalente ao de evaporação, por
outro, em arquitetura, torna-se fonte de patologias, se não antecipado e tendo as
superfícies protegidas.
Condução - consiste na troca de calor entre dois corpos em contato, ou dois pontos de
um mesmo corpo, que estejam a temperaturas diferentes. O valor desta troca - chamada
densidade do fluxo térmico - varia segundo a distância entre os pontos, a diferença de
temperatura e o tipo de material envolvido
q
40ºC
A fórmula de cálculo é:
20ºC
Cláudia Barroso-Krause
onde
q
e
t
é a condutividade térmica do material e e a espessura
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do elemento (parede, por exemplo);
é definido em W/mK; e em metros, t em K ( ou ºC), o que
gera a unidade de fluxo q em W/m2
NBR 15 220-1 : densidade de fluxo de calor : quociente do fluxo de calor que
atravessa uma superfície pela área desta superfície. Símbolo: q Unidade: W/m². quando
expressa por unidade de comprimento seu símbolo é q‟ e sua unidade W/m.
Condutividade térmica: propriedade física de um material homogêneo e isótropo, no
qual se verifica um fluxo de calor constante, com densidade de 1W/m², quando submetido
a um gradiente de temperatura uniforme de 1 Kelvin por metro.
Convecção - troca de calor entre dois corpos em contato, sendo um deles sólido e outro
fluido (líquido ou gás), que estejam a temperaturas diferentes. A intensidade do fluxo
térmico se expressa por: q= hc T, (W/m2) onde hc (W/mºC ) é um coeficiente de trocas
térmicas por convecção, que varia segundo a posição da troca - horizontal ou vertical - e
a velocidade de passagem do fluido.
tempo 1
Ar a
18 C
Ar a
18 C
tempo 2
Parede
a 20 C
Ar a
18 C
Ar a
19 C
Parede
a 19 C
tempo 3
Ar a
19 C
Ar a
17 C
Parede
Ar a a 18 C
18 C
Diagrama psicrométrico - reunião de dados de temperatura (seca e de bulbo úmido) e
umidade (absoluta e relativa) do ar, sob forma de gráfico segundo as relações
encontradas na natureza.
Energia - no contexto da dualidade energia-potência, seria a potência utilizada por um
determinado período de tempo. A unidade é Joule, embora possa ser expressa também
por Wh (ou de forma menos freqüente, e ultrapassada BTU ou ainda caloria (cal)). A
conversão se faz :
1kJ = 0,278Wh, ou 238,66 cal, ou ainda 0,948 BTU
Equinócio - época do ano em que a trajetória aparente solar nos oferece, em toda a
Terra a mesma duração para o dia e para a noite. Acontece 2 vezes por ano, nos dias 23
de setembro e 22 de março nos dias Ver também solstício.
Evaporação - é a troca térmica proveniente da mudança de estado líquido para o gasoso
de um corpo, no nosso caso a água. É necessária uma certa quantidade de energia para
esta troca, que varia segundo a umidade ambiente e a velocidade do ar. O fenômeno
inverso chama-se Condensação.
Higrotermia - na realidade existe uma relação indissociável entre o valor da temperatura
e da umidade do ar para o conforto humano, assim, em Conforto Ambiental usa-se este
termo - higrotermia - para caracterizar a relação destas duas grandezas físicas, ao invés
de simplesmente Térmica ou Higrometria. Em países onde os valores de umidade
permanecem sempre estáveis ou dentro dos limites aceitáveis, a Higrometria tende a ser
colocada de lado como fonte de desconforto e estuda-se somente os fenômenos
térmicos.
Hora solar, hora legal, - A hora solar é a que retrata a posição do Sol, quando
observado da Terra. Marcada nos gráficos solares, corresponde à realidade, ou seja, por
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exemplo, o meio dia solar acontece quando o Sol passa pelo meridiano local, dividindo o
dia em duas metades idênticas. As demais horas se somam ou se subtraem como as
legais. É este horário que se utiliza nos cálculos das proteções solares.
A hora legal é aquela que marca nosso relógio (quando certo), em cada cidade.
Há alguns fatores que a diferenciam da hora legal, ligados sobretudo ao fato de que a
Terra não é, como a abstraímos, esférica, nem roda precisamente sobre seu eixo. De
uma forma geral, a zero hora de cada dia é marcada sobre o meridiano de Greenwich,
que por convenção possui a longitude 0 . A partir daí a cada 15 de longitude, contabilizase uma hora a mais ou a menos, segundo se esteja a leste ou a oeste dele.
Em seguida, existe um acerto nesses valores, decididos politicamente, para evitar
um excesso de fusos horários sobre um mesmo país, ou conjunto deles. No Brasil, nosso
meridiano de referência é o que passa por Brasília. Assim, para um cálculo preciso, a
diferença em graus de longitude em relação a ela14 dará - na proporção de 4 minutos
para cada grau de distância, a hora solar da localidade.
A hora legal altera-se também em algumas épocas do ano - horário de verão quando, pelo fato da trajetória solar ser mais extensa, e o dia começar mais cedo e
terminar mais tarde (ver diagramas solares), opta-se por retroceder em alguns locais a normalmente em uma hora - os relógios, fundamentalmente para economizar energia
elétrica, embora também proporcione um período de lazer pós-trabalho muito benéfico ao
ser humano.
Índice de resistência térmica de vestimentas – NBR 15 220-1 - resistência térmica da
vestimenta à troca de calor sensível por condução, convecção e radiação ente a pele e a
superfície externa da roupa. Símbolo: Ir; Unidade: clo (1clo= 0,1555 (m².K)/W)
Metabolismo - é a produção de calor interna ao corpo humano, permitindo a este manter
sua temperatura interna em torno de 36,7 C. Ao metabolismo de base de um corpo em
descanso se soma um valor metabólico necessário à execução de uma determinada
atividade. Como exemplo, uma pessoa dormindo relaxada produz 70 Watts; em
movimento moderado, sentada, pode produzir de 130 a 160 W; chegando até a produzir
1.100W, durante pouco tempo, executando tarefas pesadas.(Fonte Koenigsberger)
NBR 15220-1:
taxa metabólica: taxa de produção de energia do corpo.
Símbolo TM; Unidade: W/m². Função da intensidade física desenvolvida pelo corpo
humano, pode também ser expressa na unidade “met” (do inglês metabolic rate), que
corresponde a 58,2 W/m²
Microclima - clima específico de uma área geográfica muito reduzida que se diferencia,
por circunstância de relevo ou urbanização, do clima da região que a cerca.
Potência - no contexto térmico, seria a capacidade máxima de produzir/ consumir
energia de um corpo, seja uma lâmpada ou uma hidroelétrica. É medida em Watt . Outras
expressões também traduzem potência como: J/s,kcal/h, Btu/h ou HP. As conversões se
fazem assim: 1W = J/s, ou a 0,862kcal/h, ou a 3,41Btu/h ou a 0,001HP. Assim Itaipu
pode produzir 12.600MW, uma lâmpada incandescente pode consumir 60W e uma
lâmpada fluorescente compacta pode consumir 11W para fornecer o mesmo nível de
iluminação da incandescente anterior.
Radiação - troca de calor entre dois corpos sem contato entre si, que estejam a
temperaturas diferentes. A troca é feita através de suas capacidades de emitir e absorver
energia térmica. Esta troca variará segundo os aspectos geométricos e físicos das
14 existe ainda uma correção, expressa pela Equação do tempo devido à alternância do eixo da Terra, mas o observatório
oficial já faz esta conta quando escutamos : “Em Brasília...”:
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superfícies envolvidas. Os principais coeficientes envolvidos serão os coeficientes de
absorção ( ) e de emissividade ( ). No caso das construções, trabalhamos muito com o
coeficiente de absorção da energia solar, e de absorção e emissividade na faixa do
infravermelho.
Solstício - Época do ano em que a trajetória aparente do Sol que corresponde ao
percurso extremo solar. Existem dois solstícios: o de verão, onde ocorre o dia mais longo
do ano, e o de inverno, que nos oferece o dia mais curto do que a noite Outro nome
sempre associado é o de Equinócio, momento do ano em que o percurso solar
caracteriza-se por oferecer, em toda a Terra, a mesma duração do dia e da noite.
No hemisfério Sul, o solstício de verão acontece no dia 22 de dezembro às 12:00h (hora
solar), momento em que no Hemisfério Norte estará, por oposição, acontecendo o
solstício de inverno. O solstício de inverno acontece no dia 21 de junho, quando o
Hemisfério Norte se regozija com seu dia mais longo. Nas latitudes mais altas, de climas
muito frios e pouca radiação solar, esse dia é comemorado com muita música, muita
alegria (para se dar uma idéia da importância da data, é por exemplo quando os
parisienses, normalmente muito sisudos e rigorosos quanto ao barulho, comemoram seu
dia da Música, onde qualquer um pode tocar, com ou sem maestria, instrumentos
diversos nas ruas, bares, becos de Paris até o raiar do dia seguinte)
Neutralidade térmica – NBR 12 220-1: estado físico no qual a densidade do fluxo de
calor entre o corpo humano e o ambiente é igual à taxa metabólica do corpo, sendo
mantida constante a temperatura do corpo. Sem símbolo ou unidade registrados.
Temperatura - é a grandeza física que permite medir quanto um corpo está frio ou
quente, em relação a determinados padrões fixos na natureza. O padrão mais conhecido
é o da escala Celsius (ou centígrado) ( C), que divide dois destes pontos, o da fusão do
gelo e o da evaporação da água em 100 partes, chamadas graus.
Esta mesma parte, mas aplicada a um outro valor, do teórico zero absoluto, forma
a escala Kelvin (K). Antigamente os anglo-saxões (e ainda hoje alguns americanos)
utilizavam o padrão de outra mistura, mais fria que o da fusão do gelo, a mistura de água
e álcool, que gerou o padrão Fahrenheit ( F), mais frio que o 0 grau Celsius. A

equivalência entre as escalas se faz segundo as fórmulas:
F
32
9

C
e
5
K = C + 273
NBR 15 220-1: temperatura de bulbo seco - temperatura do ar medida por um
termômetro com dispositivo de proteção contra a influência da radiação térmica. Símbolo
: TBS; Unidade °C
Taxa metabólica basal - A taxa metabólica basal (TMB) é a quantidade de energia
necessária para a manutenção das funções vitais do organismo, sendo medida em
condições padrão de jejum, repouso físico e mental em ambiente tranqüilo com controle
de temperatura, iluminação e sem ruído (Bursztein et al., 1989; Garrow, 1974; Harris &
Benedict, 1919).
Temperatura de bulbo úmido – temperatura à qual a evaporação da água conduzirá
uma massa de ar úmido, por meio de um processo isobárico de saturação adiabática.
Símbolo: TBU . Unidade °C
Temperatura resultante - temperatura resultante das principais influências térmicas em
determinado ambiente, simplificadamente resumida como a média aritmética da
temperatura do ar e das paredes circunvizinhas. Em climas onde a umidade relativa fique
entre 40 e 70%, podemos dizer que se equivale à temperatura do conforto sentido.
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Umidade do ar - umidade atmosférica é o resultado da evaporação contínua das águas,
do solo úmido e da transpiração dos animais e vegetais. Representa a quantidade de
água em estado gasoso. É medida de duas formas: pelo seu valor absoluto e relativo,
importantes segundo as estratégias a serem empregadas
Umidade absoluta (ou específica) do ar - quantidade de água retida no ar. É expressa
em gramas de água por cada Kg de ar seco ou em gramas de água por m3 de ar seco.
NBR 15220-1: umidade absoluta do ar: quociente da massa de vapor d‟água
(em gramas) pela massa de ar seco (em quilogramas). Símbolo: UA; Unidade: g vapor/kg
ar seco
Umidade relativa - é a relação entre a quantidade de água contida no ar na temperatura
ambiente e aquela máxima que ele poderia conter à mesma temperatura. Assim um ar a
0% é certamente um ar seco, e ele saturará a 100%.
NBR 15220-1 - umidade relativa do ar: quociente da umidade absoluta do ar
pela umidade absoluta do ar saturado para a mesma temperatura e pressão atmosférica.
Símbolo: UR; Unidade %
Ilustração abaixo dos dois conceitos, onde vemos para um determinado local com a
mesma temperatura, os valores de umidade absoluta, 0, 60, 84 e 120 gramas de água
por cada kg de ar; e as relativas, 0, 50, 70 e 100%, está úçtima condição já sem
possibilidade de reter água no estado gasoso..
+
água
+
+
0%U
R
50%U
R
70
%UR
Ar seco = 0 g
de água/kg
de ar
Ar qq = 60 g
de água/kg
de ar
Ar qq =84 g
de água/kg
de ar
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chuva
100%U
R
Ar ponto de
orvalho = 120 g
de água/kg de ar
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Curso de Pós-Graduação em Arquitetura Bioclimática
Sustentabilidade e Eficiência Energética
Módulo 2 – Conforto Térmico
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Programas na Internet
Programa
Analysis
Bio
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Programa Sol-Ar - http://www.labeee.ufsc.br/arquivos/download/SolAr_6_2.zip
Planilha Dica 2 – Insolação e Trigonometria das proteções FAU-UFRJ 2009
http://www.fau.ufrj.br/apostilas/conforto_claudia/nova/index.htm
Cláudia Barroso-Krause
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