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+ ARQUITETURA: Conforto Ambiental 2 - Conforto Térmico em Edificações.

Publicado em 25/10/2020 Editoria: Arquitetura Comente!


+ ARQUITETURA: Conforto Ambiental 2 - Conforto Térmico em Edificações.

+ ARQUITETURA: Conforto Ambiental 2 - Conforto Térmico em Edificações.

Conforto Ambiental 2 – Conforto Térmico em Edificações.

Observação: Todas as palavras sublinhadas são "clicáveis" e direcionam para o tema.

Fala pessoal, tudo certo?

Na semana passada iniciei o tema “Conforto Ambiental” falando sobre a Iluminação Natural.

Hoje falarei sobre Conforto Térmico e Arquitetura Bioclimática.

O conteúdo é extenso, mas muito interessante.

Você que quer saber estratégias de conforto térmico a serem aplicadas em edificações de Florianópolis e região  sugiro acompanhar o artigo até o final, pois valerá a pena.

Conceito de conforto térmico, segundo ASHRAE (2005):

“É um estado de espírito que reflete a satisfação com o ambiente térmico que envolve a pessoa. Se o balanço de todas as trocas de calor a que está submetido o corpo for nulo e a temperatura da pele e suor estiverem dentro de certos limites, pode-se dizer que o homem sente conforto térmico.”

Fonte: http://www.labeee.ufsc.br/sites/default/files/apostilas/eficiencia_energetica_na_arquitetura.pdf

Segundo a NR17, do Ministério do Trabalho, a temperatura do ambiente de trabalho, onde são executadas atividades intelectuais como nos laboratórios, escritórios, salas de desenvolvimento e projetos deve ficar entre 20 e 23 graus, com umidade relativa inferior a 40%. A ISO 9241 estabelece que o ideal é manter a temperatura entre 20 e 24 graus no verão e 23 e 26 no inverno, com umidade relativa entre 40% e 80%.

Clima e suas variáveis:

Como falado na publicação da semana passada, as informações e estratégias de projeto que serão citadas no artigo serão para o sul do país, especificamente Florianópolis e região (clima subtropical).

A carta bioclimática de Florianópolis apresenta grandes amplitudes térmicas anuais (diferenças entre mínima e máxima temperatura), chegando a 34º, com umidade alta, próxima de 100%. Sua zona bioclimática é a 3.

O clima do local e suas variáveis precisam ser considerados no programa de necessidades de todo bom projeto de arquitetura, para torná-lo eficiente energeticamente, assim como adequado em seu conforto.

Escalas climáticas, segundo Lamberts:

Macroclima: Descreve as características gerais de uma região em termos de sol, nuvens, temperatura, ventos, umidade e precipitações; porém pode não ser conveniente para descrever as condições do entorno imediato do edifício.

Mesoclima: Refere-se a áreas menores do que as consideradas no macroclima. Aqui as condições locais de clima são modificadas por variáveis como a vegetação, a topografia, o tipo de solo e a presença de obstáculos naturais ou artificiais. Ex: litoral, montanhas, vales, cidades.

Proximidade à água, correntes oceânicas, altitude e barreiras montanhosas são elementos de controle importantes a serem considerados. A terra resfria ou aquece mais rapidamente do que a água e a temperatura do ar diminui cerca de um grau a cada cem metros de altitude.

Microclima: É a escala mais próxima ao nível da edificação, podendo ser concebido e alterado pelo arquiteto. As particularidades climáticas do local, tais como, vegetação, a topografia, o tipo de solo e a presença de obstáculos naturais ou artificiais podem representar benefícios ou dificuldades adicionais, que podem não estar sendo consideradas nas escalas macro e meso climáticas.

Radiação solar:

A terra faz sua trajetória elíptica de translação em um plano inclinado de 23°27’ em relação ao plano do equador e é este ângulo que define a posição dos trópicos, fazendo com que os dois hemisférios terrestres recebam quantidades distintas de radiação solar ao longo do ano, caracterizando as estações pelos solstícios de inverno e verão e equinócios de outono e primavera.

Principal fonte de energia do planeta, fonte de luz e calor, a radiação solar é um elemento importantíssimo no estudo de eficiência energética na arquitetura, cabendo ao arquiteto considerar e aliar três fatores vitais ao projeto: Conforto térmico, visual e economia de energia.

- Radiação solar (5 tipos): 

1- Direta (onda curta); 2- Difusa (onda curta); 3- Refletida pelo solo e entorno (onda curta); 4- Radiação térmica emitida pelo solo aquecido e pelo céu (onda longa) e 5- Emitida pelo edifício (onda longa).

Um dos problemas da radiação solar são as ondas curtas, que entram pelas aberturas, aquecem os corpos que emitem ondas longas, causando o efeito estufa, maior transformador de radiação solar em calor no interior das edificações.

Conforto térmico:

Neste artigo resolvi atrelar o conforto térmico das edificações ao conceito de Arquitetura Bioclimática.

Bioclimatologia: É a Climatologia (estudo do clima e como ele muda com o tempo) quando aplicada às relações com os seres vivos.

O que é uma Arquitetura Bioclimática?

É a Arquitetura pensada de uma forma ampla, levando em consideração as principais variáveis envolvidas nas questões de conforto e desempenho energético nas edificações, utilizando os princípios bioclimáticos.

E de que forma isso é feito?

Integrando meios naturais e artificiais como estratégias de melhoria do conforto térmico, utilizando a Bioclimatologia aplicada à Arquitetura.

Carta solar: Fazendo a carta solar é possível verificar a mancha de sol indesejável (mancha de temperatura). A máscara de sombreamento ou penetração solar nas aberturas é uma forma eficaz de sabermos as melhores estratégias a serem utilizadas na edificação, para melhoria do seu conforto.

Figura 1)

Fonte: http://www.labeee.ufsc.br/sites/default/files/apostilas/eficiencia_energetica_na_arquitetura.pdf

A Carta solar de Florianópolis tem as seguintes informações em relação à incidência de sol nas fachadas:

- Leste: Sol todas as manhãs em todas as estações;

- Oeste: Sol todas as tardes em todas as estações;

- Norte: Sol mais baixo durante todo o dia no inverno e  em boa parte da primavera. Sol mais alto no verão e em poucas horas do dia;

- Sul: Inexistente no inverno, pouco presente no outono e primavera (início e final do dia). Mais presente no verão, início e final do dia, desaparecendo por volta do meio dia para a fachada.

Também é importante verificar a carga térmica, pois o interior da edificação pode estar mais quente que o exterior, necessitando de sombreamento.

Estratégias para Florianópolis:

Por Florianópolis estar na Zona bioclimática 3, recomenda-se ventilação cruzada no verão, paredes externas leves e refletoras à radiação solar e aberturas amplas e sombreadas.

Curiosidade:

Em Santa Catarina temos cidades nas zonas: 1, 2, 3 e 5.

Algumas cidades como São Joaquim e Lages (serra catarinense), por exemplo, estão na zona bioclimática 1: São recomendadas paredes e coberturas de inércia térmica leve, coberturas com isolamento e aberturas com grande inércia térmica.

Verifiquem que a estratégia utilizada na serra é diferente da utilizada em Florianópolis, lá a inércia térmica é importante devido ao seu inverno rigoroso e da necessidade de retenção de calor no interior da edificação, nos períodos frios.

Veremos agora quais elementos Bioclimáticos e estratégias de projeto podem ser utilizados em uma Arquitetura Bioclimática:

1) Forma do volume arquitetônico:

A forma da Arquitetura, seu volume arquitetônico tem grande influência no Conforto Ambiental e consumo de energia da edificação. Deve-se sempre considerar a quantidade de calor e luz recebida e o melhor aproveitamento do fluxo de ar no interior e exterior da edificação.

2) Ventilação:

Florianópolis necessita de ventilação natural no verão, principalmente; em 77,1 % das horas e no inverno, 36,4%, ou seja, precisamos de uma estratégia que atenda tanto o verão quanto às demais épocas do ano.

A ventilação natural está diretamente ligada à implantação da edificação no terreno.

O vento predominante no verão deve ser aproveitado para resfriar os ambientes enquanto que no inverno, o vento predominante deve ser evitado, para que a edificação não tenha perda de calor para o exterior.

Vegetação e edificações no entorno devem ser levadas em consideração, pois podem modificar o ângulo de incidência dos ventos. 

Ventos predominantes em Florianópolis (rosa dos ventos):

Figura 2)

 Fonte: http://www.labeee.ufsc.br/sites/default/files/apostilas/eficiencia_energetica_na_arquitetura.pdf

- No geral (média anual): 1° Nordeste e 2° Norte, 3° Sudoeste, 4º Sul, 5º Sudeste, 6° Leste e 7º Oeste;

- No Verão: 1° Nordeste, 2º Norte, 3º Sul, Sudoeste e Leste, 4º Sudeste e 5º Oeste e Noroeste;

- No Outono: 1º Norte, 2º Nordeste e Sudoeste, 3º Sul, 4º Oeste, 5º Noroeste e Sudeste e 6º Leste;

- No Inverno: 1º Norte, 2º Nordeste e Sudoeste, 3º Sul, 4º Sudeste, 5º Noroeste, 6º Leste e Oeste;

- Na Primavera: 1º Norte, 2º Nordeste e Sudoeste, 3º Sul, 4º Sudeste, 6º Leste e 7º Oeste.

Estratégias de melhoria da ventilação:

- Orientação, implantação e forma da edificação: Percebam a influência da forma, implantação no terreno e orientação do eficício, em relação ao ventos:


Figuras (3 e 4)

 Fonte: http://www.labeee.ufsc.br/sites/default/files/apostilas/eficiencia_energetica_na_arquitetura.pdf

- Ventilação cruzada: Verificando os ventos predominantes de Florianópolis percebemos que as melhores orientações para obter ventilação cruzada nas edificações, atendendo a demanda do verão é a Nordeste/Sudoeste e Norte/Sul.

Figuras (5, 6 e 7)

Fonte: http://www.labeee.ufsc.br/sites/default/files/apostilas/eficiencia_energetica_na_arquitetura.pdf

- Ventilação vertical: Sabemos que o ar quente sobre e tende a ficar acumulado na parte superior do interior da edificação, mas podemos criar soluções para retirada desse ar quente por efeito chaminé.

Lanternins, claraboias, exaustores eólicos ou aberturas zenitais são alguns exemplos de estratégias. Com essas ideias você pode aliar a ventilação e iluminação natural em uma mesma estratégia de projeto.

Dê preferência ao uso de claraboia ao invés de domo, visto que os domos têm incidência de luz e calor maior e pouco controlável. As claraboias podem ser posicionadas e orientadas de uma melhor forma (sem incidência direta do sol), propiciando melhor distribuição de luz ao longo do ano.

Figura 8)

 Fonte: http://www.labeee.ufsc.br/sites/default/files/apostilas/eficiencia_energetica_na_arquitetura.pdf

- Espaços fluidos:

Criar espaços fluidos, com menos divisórias internas, permitindo a livre circulação do vento que penetra na edificação.

Figura 9)

 Fonte: http://www.labeee.ufsc.br/sites/default/files/apostilas/eficiencia_energetica_na_arquitetura.pdf

- Tipos de janelas:

Verifiquem na imagem abaixo que o tipo de janela escolhida pode influenciar muito na quantidade de vento que entrará na edificação:

Figura 10)

 Fonte: http://www.labeee.ufsc.br/sites/default/files/apostilas/eficiencia_energetica_na_arquitetura.pdf

- Dispositivos que permitam entrada de ventilação e mantém a privacidade do interior:

Podemos citar as venezianas, cobogós (blocos vazados), muxarabis, etc.

- Direcionamento do vento para o interior do edifício:

Utilizando o volume, a forma do edifício e sua orientação para priorizar os ventos predominantes. A vegetação também pode ser posicionada de forma estratégica para direcionar os ventos para a edificação.

Figura 11)

Fonte: http://www.labeee.ufsc.br/sites/default/files/apostilas/eficiencia_energetica_na_arquitetura.pdf

- Resfriamento evaporativo e umidificação:

- Utilizar vegetação (áreas gramadas ou arborizadas) e fontes de água:

Figura 12)

 Fonte: http://www.labeee.ufsc.br/sites/default/files/apostilas/eficiencia_energetica_na_arquitetura.pdf

- Resfriamento evaporativo das superfícies edificadas:

Ex: telha cerâmica que absorve a umidade (do próprio tempo ou com sistema de irrigação) e evapora aos poucos, reduzindo o calor:

Figura 13)

 Fonte: http://www.labeee.ufsc.br/sites/default/files/apostilas/eficiencia_energetica_na_arquitetura.pdf

Mas pode ser feito em outros tipos de superfícies, ao exemplo de paredes com vegetação tipo trepadeira, com folhas caducas (caem no inverno) e protegem da radiação no verão:

Figura 14)

 Fonte: http://www.labeee.ufsc.br/sites/default/files/apostilas/eficiencia_energetica_na_arquitetura.pdf

- Resfriamento evaporativo indireto:

Telhado verde (teto vivo, ou teto jardim) ou tanque de água na cobertura:

Figura 15)

 Fonte: http://www.labeee.ufsc.br/sites/default/files/apostilas/eficiencia_energetica_na_arquitetura.pdf

Figura 16)

 Fonte: https://www.archdaily.com.br/br/769105/solucoes-de-telhado-verdes-para-edificios-sustentaveis

3) Proteção à radiação solar:

Materiais, fechamentos e elementos de controle solar:

Os elementos construtivos podem ter diferentes desempenhos em relação à radiação térmica incidente e são analisados nos seguintes quesitos:

Absortividade, Emissividade, Condutividade Térmica, Resistência térmica, Transmitância Térmica, Densidade de Fluxo de Calor, Temperatura Sol-Ar, Fluxo de Calor, Capacidade Térmica e Fator Solar.

Mas vamos nos deter às tabelas e seus dados práticos em relação aos materiais e superfícies:

Absortividade (α) e Emissividade (β): Vejam alguns materiais e cores e suas absortividades (o quanto absorvem de calor) e emissividades (o quanto emitem de calor):

Figura 17)

 Fonte: http://www.labeee.ufsc.br/sites/default/files/apostilas/eficiencia_energetica_na_arquitetura.pdf

Condutividade Térmica (λ): Depende da densidade do material e sua capacidade de conduzir maior ou menor quantidade de calor por unidade de tempo:

Figura 18)

 Fonte: http://www.labeee.ufsc.br/sites/default/files/apostilas/eficiencia_energetica_na_arquitetura.pdf

Estes são alguns materiais isolantes térmicos (atraso térmico): Cortiça, isopor, lã de vidro, concreto celular. Percebam que todos eles são materiais porosos.

Transmitância Térmica: É a avaliação da transmissão de calor de um fechamento opaco:

Figura 19)

 Fonte: http://www.labeee.ufsc.br/sites/default/files/apostilas/eficiencia_energetica_na_arquitetura.pdf

Fator Solar: É a quantidade de calor que penetra em um ambiente através da janela ou sistema de abertura (janela com brise ou cortina, por exemplo).

Vejamos as tabelas: 1) Com superfícies separadoras; 2) Com proteções solares internas e externas:

Figuras (20 e 21)

Fonte: http://www.labeee.ufsc.br/sites/default/files/apostilas/eficiencia_energetica_na_arquitetura.pdf

- Paredes:

Uma parede apresenta maior ou menor inércia térmica segundo seu peso e sua espessura. Os revestimentos também desempenham importante papel; se forem isolantes reduzem as trocas de calor com a parede.

No caso de Florianópolis, onde não temos invernos tão rigorosos, devem ser priorizadas paredes externas leves e com materiais de inércia térmica baixa e refletivos à radiação solar. Ou seja, as paredes não precisam ser muito espessas (inércia térmica alta), para não reterem muito calor e o uso de isolantes térmicos é interessante para diminuir a troca de calor do exterior para o interior e vice-versa. Os revestimentos ou cores externas também são importantes; priorize o uso de cores claras e/ou refletivas.

- Elementos horizontais: Beirais, marquises, brises horizontais, etc.

Utilização: Orientação Norte, principalmente.

Figura 22)

Fonte: https://www.archdaily.com.br/br/900929/brises-detalhes-construtivos-e-aplicacao-pratica

- Elementos verticais: Brises verticais.

Utilização: Orientações Leste e Oeste (principalmente).

Figura 23)

Fonte: https://www.archdaily.com.br/br/900929/brises-detalhes-construtivos-e-aplicacao-pratica

Outros elementos externos que podem ser utilizados: Muxarabiscobogós (blocos vazados), venezianas e até brises mistos (vertical e horizontal).

- Elementos internos: Cortinas, persianas, etc.

- Esquadrias: As mais indicadas para um melhor desempenho termoacústico são as de PVC e as de alumínio com poliamida (que apresentam uma porcentagem de fibra de vidro na composição).

 - Vidros: Os mais indicados são os de proteção solar; insulados (ou duplos, com espaço de ar entre eles), que podem ser compostos de vidro laminado (bons para acústica e contra raios UV) ou temperado (resistentes), ou temperado e laminado. Também existem os refletivos e os Low-e (sem efeito espelhado), como opção para composição dos vidros duplos.

- Na cobertura:

Opções de telhas e materiais isolantes para cobertura:

- Telha metálica tipo sanduíche: Composição: Metal nas faces externas e poliuretano na parte interna. Priorizar telhas em cores claras.

- Manta de lã de vidro: Composição de lã de vidro e um lado refletivo. Colocar abaixo do telhado e com um espaço de ar entre o telhado e manta.

- Manta 3TC: Composição de poliestireno expandido (EPS) na parte interna e parte externa refletiva. Colocar abaixo do telhado e com um espaço de ar entre o telhado e manta.

- Manta de alumínio: Composição: De um lado material aluminizado e no outro de polietileno. Colocar abaixo do telhado e com um espaço de ar entre o telhado e manta.

Observação: Para verificar a melhor opção, pergunte às empresas qual a redução de calor esperada para o interior da edificação.

- Laje impermeabilizada com teto verde (jardim na cobertura): Já citada anteriormente no texto. Figuras: (15 e 16)

- Vegetação: A utilização de vegetação como estratégia é muito interessante, podendo gerar grandes benefícios com sombreamento e consequentemente, melhoria do microclima.

Caso você pretenda ter sombra no verão e sol no inverno, utilize árvores com folhas caducas (caem no inverno).

- Uso da cor: Cores claras refletem mais a radiação solar, fazendo com que os materiais absorvam menos calor. Esta estratégia serve para a edificação toda, fachadas e telhado/laje.

Outros elementos a serem considerados na Arquitetura Bioclimática:

- Painéis solares: Diminuem ou suprem totalmente o gasto com energia elétrica, dependendo da quantidade de placas previstas em projeto para o sistema.

Tem durabilidade de aproximadamente 25 a 30 anos e o sistema se paga de 4 a 6 anos, em média.

- Coleta da água da chuva para reaproveitamento: Podem ser utilizadas em descargas, limpeza, etc. Caso também exista um sistema de tratamento local da água, poderá ser utilizada para banho e torneiras internas, por exemplo.

- Iluminação natural: Foi o tema da publicação anterior. Para olhar a publicação, clique aqui.

- Iluminação artificial: Dê preferência à iluminação de LED, devido ao seu baixo consumo e alta durabilidade. Hoje já encontramos todos os tipos de solução para iluminação em LED.

- Resfriamento ou aquecimento artificial: As melhores opções para economia de energia são os aparelhos de ar condicionado do tipo inverter e dual inverter.

Os modelos de ar condicionado inverter usam o compressor de forma mais eficaz. Quando chegam à temperatura ideal, não desligam, apenas entram em uma frequencia de giro mais lenta, sem parar completamente, trazendo uma economia de até 30% em relação aos aparelhos tradicionais.

O Dual Inverter tem o mesmo sistema, porém, utilizando um rotor duplo, trazendo mais estabilidade e podendo economizar até 70% em relação aos aparelhos tradicionais.

Hoje foi feito um apanhado geral sobre Conforto Térmico e Arquitetura Bioclimática. O assunto é muito extenso e bem mais complexo do que foi dito aqui, mas espero que possam aproveitar todas estas informações de maneira prática. Alguns destes assuntos poderão vir a fazer parte de novas publicações mais aprofundadas e específicas.

Caso tenham dúvidas ou precisem de consultoria ou projeto, entrem em contato pelos meios que estarão mais abaixo.

Para o aprofundamento do assunto, esta publicação teve como referência principal o livro: Eficiência energética na arquitetura, produzido pelo LABEEE da UFSC.

Muito obrigado.

Abraços

Ricardo Cunha - Arquiteto

 

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