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ANTEPROJETO DE RESIDÊNCIA UNIFAMILIAR PARA A CIDADE DE SANTA
MARIA – RS: APLICAÇÃO DE ESTRATÉGIAS BIOCLIMÁTICAS
Andressa Glanert1 Cintia Schuh2
Katiane Laura Balzan3
Resumo: A partir da crise energética atual proveniente do crescente processo de globalização desenfreado, que coloca o homem cada vez mais dependente da energia elétrica para suprir grande parte de suas necessidades e também para realização de suas tarefas diárias, as quais englobam, desde as atividades domésticas, o trabalho e também a manutenção das características necessárias à obtenção do conforto térmico, torna-se cada vez mais importante, aliar homem, edificação e seu entorno circundante de uma forma amigável. A partir desta afirmação, torna-se imprescindível a utilização de estratégias bioclimáticas nos projetos arquitetônicos para aproveitar as características desejáveis do clima em benefício de seus ocupantes. Essa relação se estabelece de forma recíproca, uma vez que, ao aproveitar as características disponíveis na natureza, o homem economiza não apenas seus recursos próprios, mas também, recursos provenientes da natureza, os quais são, muitas vezes não renováveis, ou ainda, ao serem produzidos, prejudicam o meio ambiente. Desta forma, o desenvolvimento de uma residência com aplicação de estratégias bioclimáticas para cidade de Santa Maria – RS, evolui a partir do estudo de outros projetos que fizeram o uso de tais estratégias, bem como da análise na NBR 15220-3 (ABNT, 2005) e da análise das características climáticas da cidade. A partir desta discussão, nota-se a necessidade da aplicação de estratégias como, aquecimento solar passivo, massa térmica de aquecimento, massa térmica de resfriamento, ventilação cruzada, resfriamento evaporativo, aquecimento artificial e dispositivos para sombreamento da edificação, estratégias estas que visam a eficiência energética do ambiente construído. Portanto, nota-se a crescente preocupação dos arquitetos em reconhecer a arquitetura bioclimática como a arquitetura do futuro, capaz de possibilitar uma nova forma de pensar e projetar edifícios. Palavras Chave: Estratégias bioclimáticas. Conforto térmico. Eficiência energética. Sustentabilidade. Bioarquitetura.
1.0. Introdução
No cenário atual, Cunha (2003), afirma que o “crescimento da população, a
densificação urbana descontrolada e o consumo de produtos eletroeletrônicos”, nas
últimas três décadas, propiciaram o crescimento no consumo de energia nos países
em desenvolvimento, cujo aumento é insustentável. Desta forma, torna-se
necessário analisar a situação de um novo ponto de vista, considerando que o
problema energético trás implicações econômicas baseadas na atual tendência
1 Acadêmica do curso de Arquitetura e Urbanismo da UNOCHAPECÓ. Email: [email protected]. 2 Acadêmica do curso de Arquitetura e Urbanismo da UNOCHAPECÓ. Email: [email protected]. 3 Mestranda em Engenharia Civil (PPGEC-UFSM). Professora do curso de Arquitetura e Urbanismo da UNOCHAPECÓ. Email: [email protected].
desenfreada de consumo de energia, acarretando também sérias consequências
para o meio ambiente (p. 01).
A partir deste contexto, torna-se cada vez mais importante a necessidade de
elaborar projetos que possam proporcionar eficiência energética a partir dos
condicionantes climáticos, de forma a aproveitar as características desejáveis do
clima, reduzindo assim, o consumo de energias não renováveis e poluentes.
Para Lamberts, Dutra e Perreira (1997) “um edifício é mais eficiente
energeticamente que outro quando proporciona as mesmas condições ambientais
com menor consumo de energia”. (p. 14).
Desta forma, ao optar pela elaboração de projetos mais sustentáveis, o
emprego da arquitetura bioclimática torna-se elemento de fundamental importância
que deve ser aplicado para garantir o conforto térmico das edificações e a satisfação
de seus usuários.
Com base em Cunha (2003), a arquitetura bioclimática se define como um
projeto arquitetônico que leva em consideração o clima, o lugar, a direção dos
ventos dominantes e a insolação, sem recorrer a técnicas ou sistemas tecnológicos
para proporcionar conforto térmico.
O conforto térmico pode ser entendido como uma situação de satisfação que
é variável de usuário para usuário, podendo atingir temperaturas que variam de 18ºC
a 23ºC, as quais estabelecem relação do indivíduo com as características climáticas
do ambiente circundante, seja ele um ambiente externo ou o ambiente construído.
Este artigo segue explanando acerca dos materiais e métodos empregados
na elaboração deste anteprojeto. A seguir apresentamos as diretrizes construtivas
sugeridas pela NBR 15220-3 para a zona bioclimática 2, bem como, a
caracterização da cidade e Santa Maria – RS. Sendo que no capítulo subsequente o
anteprojeto da residência é apresentado, juntamente com as estratégias
bioclimáticas adotadas, por fim, elaboramos algumas considerações sobre o
trabalho realizado.
2.0. Materiais e métodos
O anteprojeto da residência unifamiliar apresentado, é resultado de um
trabalho de ensino desenvolvido na cadeira de Conforto Ambiental I, sob a
orientação da professora Katiane Laura Balzan, o qual visa à elaboração do projeto
de uma residência com a aplicação de estratégias bioclimáticas, com o objetivo de
atingir um nível de conforto térmico do ambiente construído durante o ano todo.
Na metodologia empregada em sala de aula, cada grupo optou por
desenvolver o projeto de residência em cidades localizadas em zonas climáticas
diferentes, afim de, elaborar projetos diferentes para cada zona e entender o
funcionamento das estratégias em cada uma delas. Optamos então, por desenvolver
a aplicação de estratégias bioclimáticas para uma residência na cidade de Santa
Maria – RS.
Para se atingir o objetivo proposto, que é o desenvolvimento de uma
residência unifamiliar visando o emprego de estratégias passivas de conforto térmico
e eficiência energética, buscando o aproveitamento das condições climáticas do
local em benefício ao ambiente construído e de seus ocupantes, o trabalho se
estruturou em duas etapas.
A primeira etapa compreende a pesquisa e análise de estudos de caso de
diferentes projetos que utilizaram a aplicação de estratégias bioclimáticas e também
a revisão bibliográfica acerca da aplicação das estratégias bioclimáticas e das zonas
bioclimáticas brasileiras, bem como análise e discussão sobre as diretrizes
construtivas presentes na NBR 15220-3 (ABNT, 2005)4.
A segunda etapa consiste na elaboração do anteprojeto da residência
unifamiliar, o qual será abordado neste artigo, com aplicação das estratégias que a
norma sugere para a cidade de Santa Maria – RS, situada na zona bioclimática 2, e
parte dos condicionantes climáticos preexistentes da cidade escolhida, para
definição eficiente das estratégias que serão aplicadas e também dos materiais
construtivos empregados.
2.1. Diretrizes construtivas para a zona bioclimática 2
De acordo com Lamberts, Dutra e Pereira (1997), foram os irmãos Olgyay os
primeiros a aplicar a bioclimatologia5 na arquitetura, na década de 60. A
bioarquitetura é concebida utilizando-se do clima local para proporcionar condições 4 NBR 15220-3 (ABNT, 2005): Desempenho térmico de edificações. Parte 3: Zoneamento bioclimático brasileiro e diretrizes construtivas para habitações unifamiliares de interesse social. 5 Para Lamberts (2007, p.21) “a bioclimatologia estuda as relações entre o clima e o ser humano. Como forma de tirar partido das condições climáticas para criar uma arquitetura com desempenho térmico adequado, OLGYAY (1973) criou a expressão Projeto Bioclimático, que visa a adequação da arquitetura ao clima local”.
favoráveis ao conforto térmico do homem. “Também foi desenvolvido por Olgyay um
diagrama bioclimático que propõe estratégias de adaptação da arquitetura ao clima”
(LAMBERTS; DUTRA; PEREIRA, 1997, p.104).
Mais tarde esse diagrama foi aprimorado por Givoni, originando a carta
bioclimática para edifícios, que “se baseia em temperaturas internas do edifício,
propondo estratégias construtivas para a adequação da arquitetura ao clima”
(LAMBERTS; DUTRA; PEREIRA, 1997, p.104). A carta bioclimática desenvolvida
por Givoni em 1992 é a mais adequada às condições climáticas brasileiras.
Segundo a NBR 15220-3 (ABNT, 2005), o zoneamento bioclimático brasileiro
é subdividido em oito zonas bioclimáticas, É possível verificar que a cidade de Santa
Maria – RS encontra-se na zona bioclimática 2, conforme figura 01, e que deve
atender as diretrizes construtivas específicas descritas na norma.
De acordo com a NBR 15220-3, e segundo as características climáticas da
cidade, recomendam-se as seguintes estratégias bioclimáticas para a Zona
Bioclimática 2, que visam proporcionar melhor conforto térmico para o ambiente
construído:
• A – Zona de aquecimento artificial;
• B – Zona de aquecimento solar da edificação;
• C – Zona de massa térmica para aquecimento;
• F – Zona de desumidificação (renovação do ar);
• H + I – Zona de massa térmica de refrigeração;
• I + J – Zona de ventilação;
Fig. 01: Zona bioclimática 2 Fonte: ABNT, 1998.
Fig. 02: Carta bioclimática da cidade de Ponta Grossa – PR, presente na zona bioclimática 2. Fonte: ABNT, 1998.
As diretrizes construtivas para a Zona Bioclimática 2, segundo a NBR 15220-3
(ABNT, 2005), são:
- Aberturas para ventilação devem possuir tamanho médio, ou seja, possuir
área de abertura entre 15% a 25% da área de piso do ambiente, e permitir o sol
durante o inverno.
- Para as vedações externas a norma recomenda paredes leves (com
transmitância de U≤ 3,00) e cobertura leve isolada (com transmitância de U≤ 2,00).
3. Caracterização climática de Santa Maria – RS
A cidade de Santa Maria localiza-se entre as coordenadas geográficas
29º39’53’’ e a 29º43’56’’ de latitude Sul, e 53º50’22’’ e a 53º45’ de longitude oeste,
com altitude média de 100 metros, situada na região central do Rio Grande do Sul.
O clima da região se enquadra na faixa de clima temperado mesotérmico e
úmido, com temperatura média anual relativamente baixa, em torno de 19,5º, com
verões quentes e invernos rigorosos, sujeito a geadas. As temperaturas possuem
uma variação mensal de 12,9 °C (junho) a 24,6 °C (janeiro).
Os valores médios de temperatura ao longo do ano em Santa Maria – RS são:
-Temperatura média anual = 18,8°C;
-Temperatura média das máximas = 30,4 °C;
-Temperatura média das mínimas = 9,3 °C.
Os ventos predominantes possuem direção leste e sudeste, com velocidades
médias 1,5 e 2,0 m/s, porém com ocorrência de ventos norte, com rajadas
freqüentes de 20,0 m/s.
4. Resultados e discussão
Mediante análise da norma brasileira de desempenho térmico em edificações,
e com base nas condições bioclimáticas da zona 2, desenvolveu-se anteprojeto de
residência para a cidade de Santa Maria – RS com aplicação de estratégias
bioclimáticas, sendo as principais: ventilação cruzada, massa térmica de
aquecimento e resfriamento e dispositivos de sombreamento.
4.1. Diretrizes construtivas (NBR 15220-3) X materiais construtivos aplicados
A tabela 01 realiza um comparativo entre as dimensões dos vãos das
esquadrias para iluminação e ventilação recomendadas pela NBR 15220-3, que
sugere abertura de 15% a 25% da área do piso, e os vãos que foram calculados
para o desenvolvimento do projeto, que correspondem a 25% da área do piso.
Tabela 01: comparativo de dimensões dos vãos das esquadrias para iluminação e ventilação.
Ambiente Área do Piso (m²) Área da Abertura Recomendada (m²)
Área de Abertura Utilizada (m²)
Sala de TV 19,95 4,9875 7,2 Sala de Jantar 27,00 6,75 7,2 Sala de Estar 28,20 7,05 7,2 Cozinha 8,00 2 3,12 Churrasqueira 4,50 1,125 4,12 Área de Serviço 6,65 1,6625 1,8
Lavabo 3,80 0,95 0,975 Garagem 18,70 4,675 5,25 Circulação 25,60 6,4 5,4 Dormitório 01 19,75 4,9375 7,2 Dormitório 02 21,90 5,475 4,95 Banheiro 3,80 0,95 0,975 Suíte 27,00 6,75 9,0 Banheiro Suíte 8,00 2 1,3 Circulação 23,30 5,825 5,4
Fonte: Andressa Glanert e Cintia Schuh, 2010.
Algumas esquadrias foram dimensionadas com área de abertura maior do
que a área sugerida pela norma, de forma a permitir um melhor aproveitamento da
incidência de radiação solar e ventilação para os ambientes, melhorando o
desempenho das estratégias propostas.
Quanto às vedações, a norma recomenda paredes externas com taxa de
transmitância equivalente a 2,20 UW/m².K, que correspondem a paredes com 15 cm
de espessura, a qual consideramos inadequadas devido às características climáticas
da cidade, pois no inverno essa parede permite muita perda de calor para o
ambiente externo e no verão deixaria a residência superaquecida, devido sua baixa
inércia térmica.
Considerando estes fatores, as paredes externas utilizadas possuem 25 cm
de espessura, e transmitância 1,61 UW/m².K, evitando assim, a perda de calor por
convecção no inverno e também o aquecimento do ambiente no verão.
Quanto à cobertura, a norma recomenda que seja leve e isolada e que sua
taxa de transmitância seja equivalente a 2,00 UW/m².K, a qual consideramos
insuficiente, pois seu efeito seria semelhante ao da parede, muita perda de calor no
inverno e aquecimento excessivo no verão.
Portanto, foi utilizada cobertura composta por laje de 10 cm e telhas de barro
com uma taxa de transmitância próxima a 1,84 UW/m².K., que proporciona melhor
conforto térmico para a casa.
4.2. Estratégias bioclimáticas adotadas
O partido arquitetônico foi desenvolvido a partir da análise dos
condicionantes climáticos da cidade de Santa Maria - RS, como forma de possibilitar
a adequação das várias possibilidades de estratégias bioclimáticas aplicadas à
residência, a fim de proporcionar conforto térmico para o ambiente construído.
Fig. 03: Perspectiva externa. Fonte: Glanert; Schuh, 2010.
Fig. 04: Perspectiva externa – Brises. Fonte: Glanert; Schuh, 2010.
Desta forma, a residência está implantada em terreno retangular, cujos lados
de maior dimensão se voltam respectivamente, para as orientações norte e sul.
Fig. 05: Implantação da residência com aplicação de estratégias bioclimáticas. Fonte: Glanert; Schuh, 2010.
Fig. 06: Planta baixa pavimento térreo: estratégias de ventilação e inércia térmica. Fonte: Glanert; Schuh, 2010.
Buscando aproveitar esta situação, a residência foi desenvolvida em forma
linear, acompanhando o formato do terreno para privilegiar a insolação e a
ventilação da residência, de maneira que se permita a incidência solar na maior
dimensão da fachada durante o inverno, e também a entrada de ventilação na maior
dimensão de sua fachada oposta durante o verão.
Fig. 07: Planta baixa 1º pavimento: estratégias de ventilação e inércia térmica. Fonte: Glanert; Schuh, 2010.
A vegetação também foi pensada de maneira a constituir uma barreira para a
insolação durante o verão, pois, segundo Cunha (2003), ela permite o controle da
insolação de fachadas e auxilia na composição de um microclima diferenciado, que
utiliza árvores caducifólias devido a sua flexibilidade e facilidade de adaptação ao
clima subtropical, exercendo o sombreamento no verão sem interferir na insolação
adequada durante o inverno.
Com a finalidade de aproveitar os ventos dominantes vindos do sudeste e a
insolação incidente principalmente da orientação norte, foram projetadas grandes
janelas com vedação em vidro insulado6, composto por vidro laminado7 e low-e8,
para esta orientação.
6 Sistema de envidraçamento duplo que pode ser composto por diferentes tipos de vidro, de forma a proporcionar isolamento termoacústico. 7 Vidro de segurança composto de duas ou mais lâminas de vidro que possui propriedades termoacústicas. 8 Vidro de baixa emissividade, capaz de reduzir a transmissão de calor.
Nestas mesmas janelas, foram projetados brises móveis, para permitir a
incidência do sol durante o inverno e no verão conseguir bloquear parcialmente a
entrada de calor e iluminação excessivos, ou seja, no verão os brises protegem a
fachada, bloqueando a entrada de radiação pelos vidros.
Fig. 08: Massa térmica de aquecimento. Fonte: Glanert; Schuh, 2010.
Afastada a um metro destas janelas,
criou-se uma parede de pedras que no
inverno é aquecida pelo sol e devido a
sua inércia térmica, concentra esse calor
aquecendo o interior da residência,
funcionando como massa térmica de
aquecimento.
Fig. 09: Massa térmica de resfriamento. Fonte: Glanert; Schuh, 2010.
No verão essa parede não absorve o
calor, pois os brises bloqueiam a
incidência de radiação solar, e a
ventilação do ambiente não permite a
concentração de calor na parede de
pedra, funcionando, portanto como
massa térmica de resfriamento.
A parede externa voltada para a orientação Oeste, possui um treliçado de
madeira coberto com vegetação caducifólia (Parthenocissus tricuspidat) falsa vinha,
que funciona como proteção contra a insolação excessiva proveniente desta
orientação solar durante o verão. Durante o inverno, essa vegetação perde suas
folhas e permite o aquecimento da parede, contribuindo para manutenção das
temperaturas internas.
As janelas localizadas na fachada Sul, com menor dimensão, foram
projetadas para permitir a entrada dos ventos dominantes, garantindo assim, a
ventilação cruzada nos ambientes. Estas possuem dimensões menores, justamente
para reduzir a perda de calor para o ambiente externo durante o inverno, mas
possibilitar a ventilação durante o verão.
Fig. 10: Resfriamento evaporativo, ventilação cruzada, massa térmica de resfriamento e aquecimento. Fonte: Glanert; Schuh, 2010.
Fig. 11: Resfriamento evaporativo. Fonte: Glanert; Schuh, 2010.
Como forma de resfriar durante o verão, foi projetado um espelho d’água
localizado próximo a estas janelas, o qual se estende paralelamente à edificação,
juntamente com a vegetação, e juntos exercem a função de resfriamento
evaporativo, refrescando e umidificando o ar antes que ele entre na residência.
Segundo a análise realizada sobre a caracterização climática da cidade de
Santa Maria - RS foi constatada a necessidade de aquecimento artificial no inverno.
Para suprir essa demanda, foi projetada uma lareira no centro da residência, situada
no pavimento térreo, no qual ela se abre para dois ambientes, e no primeiro
pavimento, se abre para a suíte. A lareira possui paredes de pedra que mantém o
calor e o dissipa para outro quarto situado também no primeiro pavimento.
Fig. 12: Aquecimento artificial, resfriamento evaporativo, ventilação cruzada. Fonte: Glanert; Schuh, 2010.
Os brises projetados para realizar o sombreamento das aberturas voltadas
para noroeste, foram dimensionados a partir da Carta Solar de Santa Maria. Sendo
assim, adotou-se brises fixos em formato de grelha vertical e horizontal. Esse
dispositivo arquitetônico utilizado para impedir a incidência direta de radiação solar
no interior da residência, foi calculado para evitar a insolação a partir das nove horas
da manhã durante o verão. Portanto, no inverno, quando necessário pode ser
aberto, permitindo a incidência de radiação solar, aquecendo assim, a parede de
pedra, que funciona como massa térmica de aquecimento.
Fig. 13: Carta Solar – Brise Noroeste Fonte: Software Sol-ar
Fig. 14: Dimensionamento brise noroeste Fonte: Glanert; Schuh, 2010.
O funcionamento do brise é do tipo camarão, permitindo assim, sua abertura
durante os meses de inverno, já que quando aberto permite uma área livre de mais
de 75% do vão da janela, permitindo a incidência direta de radiação solar.
O brise projetado para realizar o sombreamento da abertura direcionada a
nordeste, também foi projetado para impedir a incidência do sol no interior do
ambiente no verão, protegendo o interior da residência.
Fig. 15: Carta Solar – Brise Nordeste. Fonte: Software Sol-ar
Fig. 16: Dimensionamento brise nordeste. Fonte: Glanert; Schuh, 2010.
5. Considerações
Uma das condições para o desenvolvimento de uma sociedade mais
sustentável é sem dúvida a redução do consumo de energia elétrica, e através de
uma arquitetura inspirada nos conceitos de sustentabilidade e apoiada em
estratégias bioclimáticas, tem-se como resultado a eficiência energética.
Salienta-se que cada vez mais o ser humano terá que aprender a trabalhar
conjuntamente com a natureza e não contra ela, e é nesse contexto que a aplicação
de estratégias que proporcionam maior conforto térmico e minimizam o consumo de
energia elétrica vem de encontro com essa realidade.
Dessa forma, a proposta de residência unifamiliar para a cidade de Santa
Maria – RS foi projetada baseada nos princípios da arquitetura bioclimática, ou seja,
faz uso de condicionantes naturais locais para elaboração do projeto arquitetônico.
No caso deste anteprojeto, têm-se como estratégias bioclimáticas a ventilação
cruzada, já que o clima da cidade apresenta níveis elevados de umidade do ar
durante todo o ano, é imprescindível a aplicação desta estratégia para a obtenção
do conforto térmico.
A parede de pedra atua como massa térmica para aquecimento no inverno,
pois é aquecida pelo sol e armazena esse calor liberando-o lentamente nos períodos
mais frios. Devido a sua inércia térmica, também funciona como massa térmica de
resfriamento, já que no verão os brises bloqueiam a incidência solar, mantendo a
parede resfriada.
O uso de dispositivos solares proporciona maior controle da insolação no
ambiente construído, permitindo a incidência solar no inverno e bloqueando-a
quando necessário, possibilitando assim, o sombreamento no verão sem se
desfazer dos benefícios térmicos.
Para finalizar, o projeto também faz uso das estratégias de resfriamento
evaporativo, obtido através de vegetação e espelho d’água, e de aquecimento
artificial por meio da lareira.
Esse conjunto de estratégias visa proporcionar uma casa confortável no
inverno e no verão, levando em consideração a grande variação térmica desta
cidade durante o ano todo.
Por fim, há que se reconhecer que a aplicação de estratégias bioclimáticas na
elaboração de projetos arquitetônicos possibilita uma nova forma de pensar a
própria edificação e tudo que a circunda.
6. Referências
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Projeto 02:135.07-003: Desempenho térmico de edificações - Parte 3: zoneamento bioclimático brasileiro e diretrizes construtivas para habitações unifamiliares de interesse social. Rio de Janeiro, dezembro, 1998.
CUNHA, Eduardo Grala da et al. Elementos da arquitetura de climatização natural. 1ª Ed. Passo Fundo: UPF Editora. 2003.
LAMBERTS, R.; DUTRA, L.; PEREIRA, F. O. R. Eficiência energética na arquitetura. São Paulo: PW, 1997.
LAMBERTS, Roberto. Desempenho térmico de edificações. Universidade Federal de Santa Catarina, 2007.
VETTORAZZI, E.; RUSSI, M.; SANTOS, J. C. P. dos. A utilização de estratégias passivas de conforto térmico e eficiência energética para o desenvolvimento de uma habitação unifamiliar. Disponível em: w3.ufsm.br/geese/wp-content/uploads/2010/09/1.pdf. Acesso em: 25 de out. 2010.