desempenho térmico e eficiência energética em...

Desempenho Térmico e Eficiência Energética em EdificaçõesConforto Higrotérmico Dirigido à

Concepção Arquitetônica

ELETROBRAS

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Trabalho elaborado no âmbito do PROCEL EDIFICA - Eficiência Energética em Edificações.

F I C H A C ATA LO G R Á F I C A

Desempenho Térmico e Eficiência Energética em Edificações - Rio de Janeiro, agosto/2011

1. Cláudia Barroso-Krause

TODOS OS DIREITOS RESERVADOS - é proibida a reprodução total ou parcial de qualquer forma ou por qualquer meio. A

violação dos direitos de autor (Lei no 9.610/98) é crime estabelecido pelo artigo 184 do Código Penal.

Trabalho elaborado no âmbito do convênio ECV033/04 realizado entre ELETROBRAS PROCEL e a UFAL

EL E T ROBR AS PROCEL

Presidência

José da Costa Carvalho Neto

Diretor de Transmissão

José Antônio Muniz Lopes

Secretário Executivo do Procel

Ubirajara Rocha Meira

Departamento de Projetos de Eficiência Energética

Fernando Pinto Dias Perrone

Divisão de Eficiência Energética em Edificações

Maria Teresa Marques da Silveira

Equipe Técnic a

ELETROBRAS PROCEL

Divisão de Eficiência Energética em Edificações

Clovis Jose da SilvaEdison Alves Portela JuniorElisete Alvarenga da CunhaEstefania Neiva de MelloFrederico Guilherme Cardoso Souto Maior de CastroJoao Queiroz KrauseLucas de Albuquerque Pessoa FerreiraLucas Mortimer MacedoLuciana Campos BatistaMariana dos Santos OliveiraVinicius Ribeiro Cardoso

Colaboradores

George Alves SoaresJosé Luiz G. Miglievich LeducMyrthes Marcele dos SantosPatricia Zofoli DornaRebeca Obadia PontesSolange Nogueira Puente SantosViviane Gomes Almeida

Diagramação / Programação Visual

Anne Kelly Senhor CostaAline Gouvea SoaresKelli Cristine V. Mondaini

UFAL

Edição

Leonardo Bittencourt

Autor

Cláudia Barroso-Krause

Colaborador

Fathiane Martins

S U M Á R I OINTRODUÇÃO .................................................................................................................................. 7

1 O CONFORTO, AS FONTES DE DESCONFORTO E O USUÁRIO ............................................. 9

1.1 O novo cenário de nossos projetos arquitetônicos: as intervenções humanas e o microclima .......................... 9

1.2 O homem e suas necessidades ambientais ..........................................................................................................................14

2 O HOMEM, SUAS NECESSIDADES HIGROTÉRMICAS, A EDIFICAÇÃO .............................. 17

2.1 Trocas higrotérmicas entre o homem e o seu entorno livre ...........................................................................................18

2.2 As trocas térmicas entre o homem, a edificação e seu entorno ....................................................................................23

3 TROCAS POR RADIAÇÃO ENTRE A CONSTRUÇÃO E O ENTORNO .................................... 25

3.1 Arquitetura e trocas por radiação .............................................................................................................................................31

4 TROCAS POR CONDUÇÃO ENTRE A CONSTRUÇÃO E O ENTORNO .................................. 45

4.1 Condução e resistência à passagem de calor ......................................................................................................................47

4. 2 O conceito de massa térmica ....................................................................................................................................................49

4.3 Arquitetura e trocas por condução ..........................................................................................................................................51

5 TROCAS POR CONVECÇÃO ....................................................................................................... 55

5.1 Trocas por convecção entre a construção e seu entorno ................................................................................................58

5.2 Arquitetura e trocas por convecção ........................................................................................................................................62

5.3 Cobertura e ventilação .................................................................................................................................................................67

5.4 Ventilação e umidificação ...........................................................................................................................................................70

5.5 Outras situações de conforto higrotérmico no projeto ...................................................................................................72

6 O DIAGNÓSTICO DO MICROCLIMA: OS INSTRUMENTOS DE PROGNÓSTICO PARA O PROJETO ......................................................................................................................................... 77

6.1 O Diagrama bioclimático de Givoni .........................................................................................................................................79

6.2 O diagnóstico do microclima. ....................................................................................................................................................84

6.3 Diagrama solar ................................................................................................................................................................................86

7 RESUMO DAS PRINCIPAIS DIRETRIZES DE PROJETO .......................................................... 93

GLOSSÁRIO .................................................................................................................................... 95

BIBLIOGRAFIA CONSULTADA E DE APOIO ..............................................................................103

INTRODUÇÃOEste guia técnico propõe, em linguagem simples, as informações básicas para o início da abordagem bio-

climática 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 ao 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 tecno-

lógicas 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 pesqui-

sadores. Outras, de uma geração anterior, cujo 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, sem dissociá-la de 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 exa-

gerada importância à tecnologia. Esta dependência atual em relação ao controle mecânico do ambiente

interior, em detrimento da exploração dos fenômenos climáticos naturais para satisfação de nossas exi-

gências 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 a gama de materiais e técnicas possíveis se aperfei-

çoam, 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 informa-

ções, mesmo disponíveis, por se apresentarem sob forma técnica, complexa e fastidiosa, donde surgem 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 concei-

tos necessários a uma boa inserção de sua arquitetura no meio. No entanto, este é talvez o momento mais

importante da concepção onde há mais liberdade de escolha (implantação, partidos, materiais, etc.), a qual

“engessará” para sempre (ou até uma reforma) a edificação.

Esta apostila procura, dentro deste quadro, uma primeira aproximação para o arquiteto em relação aos

conceitos da Física da Construção, no sub-tema da higrotermia, sempre inserida dentro do universo proje-

tual. Neste contexto, alguns fenômenos complexos foram omitidos, como efusividade e difusividade, por

exemplo, podendo, uma vez compreendidos os fenômenos básicos, serem buscados na procura por novas

e mais eficientes alternativas construtivas.

Que não se espere obter daqui valores precisos do comportamento higrotérmico do projeto após sua cons-

trução. 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.

Cláudia Barroso-Krause

1 O CONFORTO, AS FONTES DE DESCONFORTO E O

USUÁRIO1.1 O novo cenário de nossos projetos arquitetônicos: as intervenções hu-manas 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 in-

tensiva 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, hidrocarbonetos e vários produtos das

combustões) que 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 de alguns dos subprodutos das atividades humanas, gerando um adensamento de gases

e uma situação de poluição muito forte.

Figura 1: Fachada de escritório, Papeete, Tahiti . Figura 2: Vista São Conrado, Rio de Janeiro.

Fonte: Arquivo pessoal, 2003. Fonte: Arquivo pessoal, 2005.

D E S E M P E N H O T É R M I CO E E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M E D I F I C A ÇÕ E S10

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.

Figura 3: Efeito barreira provocado pelo urbanismo. Figura 4: Disponibilidade de Recursos naturais e ocupação

Fonte: Arquivo pessoal, 2003. urbana.

Fonte: Arquivo pessoal, 2009.

Ou seja, ao concentrar suas atividades em um só lugar - a cidade - o homem modifica seu microclima:

acontecem temperaturas médias mais elevadas, modificação do regime de chuvas e o aumento da nebu-

losidade, 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 5: Centro da cidade, Rio. Figura 6: Vista da cidade, Belém.


D E S E M P E N H O T É R M I CO E E F I C I Ê N C I A E N E R G É T I C A E M E D I F I C A ÇÕ E S 11

Estes bairros, mais quentes, acabam atraindo as massas de ar, e, quando estas estão carregadas de partículas

poluentes, tornam-se bairros quentes e poluídos.

Figura 7: Esquema de massas de ar. Figura 8: Exemplo de camada de poluição

Fonte: www.sorocaba.unesp.br/.../malu/ sobre cidades, China

polusoroc2.JPG , 2005 Fonte: pt.wikipedia.org/wiki/

Ficheiro:Pollution_over..., 2005

As antigas regras de bem morar modificam-se. Pela insegurança das grandes e médias cidades, como pro-

teção 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. Figura 10: condicionador “Split” em fachada externa.



Levados por imitações e modismos, terrenos têm 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 e 12: Construções no Morro do Batan, Rio de Janeiro, RJ.


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 que 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.

Se limpa, planifica-se, aterra-se o terreno e em seguida se dá início, com mais “conforto” ao projeto de

implantação.

Figura 13: Esquema de efeito diferenciado de absorção da

radiação solar.



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 14: 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.

O microclima se degrada e as soluções regionais, tradicionais, de projeto deixam de responder aos anseios

de seus usuários.

Figura 15: Efeito de assoreamento em rio,

Belém, PA.



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 tranquilo. À medida que esse equilíbrio fisiológico-ambiental 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 16: Situações de Conforto.

Fonte: http://notasaocafe.fi les.wordpress.com/2008/05/po-

lar_bears_16052008_1.jpg, 2005.

1 Escolhido aqui como testemunha ainda não influenciado por pressões psicológicas.


Figura 17: Situações diferenciadas de Conforto2.


Depreendemos daí que só existe um conforto ambiental, global e indefinível. Porém, existem 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

consequências 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.

2 Como arquitetos, outros confortos igualmente importantes nos são cobrados como respiratório, ergonômico, táctil, visual, etc. Que devem interagir no momento das decisões projetuais.


Alguns dos recursos apresentados nesta apostila de conforto higrotérmico interagem com outras neces-

sidades que os ambientes possuem, os quais pela sua importância ou por estarem incluídos em outros

enfoques, estarão desenvolvidos em outros guias técnicos desta coleção.

Assim, por exemplo, a ventilação natural, que é o grande recurso de resfriamento passivo, dependendo de seu

uso, será tratada aqui em linhas gerais, sendo detalhado em um guia técnico específico sobre esse assunto.

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. Se

forem considerados por quem os emitem como desejáveis ou agradáveis – ensaios musicais, ou animados

debates, por exemplo – podem ser compreendidos como ruído pela vizinhança.

Figura 18: Parede externa com elemento

vazado, Lauro de Freitas, Bahia.


A leitura atenta do conjunto dos guias técnicos e da relação dos fundamentos ali contidos com as decisões

de projeto capacitará o arquiteto, face à diversidade de escolhas que vai desde a implantação da edificação

até a definição dos materiais à sua disposição, para optar pela melhor escolha global.

2 O HOMEM, SUAS NECESSIDADES HIGROTÉRMICAS, A

EDIFICAÇÃOO homem é o que chamamos um animal homeotérmico, ou seja, sua energia vital é conseguida através de

fenômenos térmicos em um processo fisiológico 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 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 man-

ter este equilíbrio ocorre a fadiga e a consequente queda de rendimento das atividades. Em um primeiro

estágio e em longo prazo há 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 19: Conforto externo.


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 que dois jogadores de vôlei, com saúde e níveis técnicos diferenciados, se encontram numa

partida onde o mais fraco, por sorte, se superpõe ao mais forte.

A percepção do desconforto térmico será menos intensa ou mais retardada - condições psicológicas pre-

valecendo – para o que está, inesperadamente, ganhando. Porém, será provavelmente este quem primeiro

sentirá os danos físicos, como tontura ou mesmo desmaio – condições fisiológicas prevalecendo - e quem

sentirá esses danos de forma mais intensa, a depender de quanto tempo continuará jogando.

Resumindo, o conforto higrotérmico é obtido sempre que se consegue manter um equilíbrio entre as

necessidades do corpo em cada atividade e a oferta climática do entorno, de forma que a temperatura de

equilíbrio interna permaneça constante e em torno de 36,7°C, o que é 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 da obtenção de um equilíbrio dinâmico entre as necessi-

dades 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

a seguir:

Figura 20: Esquema básico de trocas térmicas entre o homem e

entorno.


Legenda da figura:

M – Metabolismo, ou a produção de calor interno do corpo. Pode ser incrementada pela ingestão de ali-

mentos 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, tetos, móveis 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.

As trocas higrotérmicas, ilustradas na figura acima, ocorrem todo o tempo e podem mudar de sentido – de

perda (ilustradas em azul) para ganho (ilustradas em vermelho) de calor – segundo haja mudança de local,

de momento (dia/noite), de vestuário (em função da resistência térmica da vestimenta) ou de atividade

(taxa metabólica).3 O glossário detalha de forma mais detalhada estas trocas.


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.) essas respostas se tornam

mais ou menos importantes para a obtenção desse equilíbrio:

Figura 21, 22: Atividades desenvolvidas x vestimenta requerida. Restaurantes em Capetown, na Africa do Sul, e no Mer-

cado de Ver-o-Peso, Belém.

Fonte: Arquivo pessoal, 2006 e 2009.

Figuras 23 e 24: 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 ativi-

dade humana – no lazer ou no trabalho – está relacionado (com pesos distintos e variáveis)

ao per fil de cada indivíduo.


Chamaremos aqui de perfil a uma descrição em termos de compleição física (quanto à idade, tamanho,

sexo, saúde, raça etc.), vestimenta, atividade, e, de mais difícil mensuração, dos fatores culturais, sociais e

psicológicos.

O fundamental para que estejamos em sensação de conforto higrotérmico, é que o somatório dessas trocas

seja nulo, proporcionando a chamada sensação de 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 essas 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 intervém 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 desse 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 guia

técnico traz algumas das fontes mais conhecidas sobre este tema.

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.


De forma geral, compreendendo a 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 subsequente-

mente 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” (1976).

Figura 25 e 26: Diagrama original de Givoni e as situações “vividas” fora do polígono de conforto.


Legenda do diagrama:

N, N’ – zona de conforto e zona de conforto ainda aceitável;

AC – resfriamento através de métodos ativos (condicionamento de ar);

EC, EC’ – resfriamento através da evaporação;

W – necessidade de umidificação suplementar;

5 Como os de Olgyay e Givoni, ver bibliografia.


D – desumidificação necessária;

H, H’ – limite do aquecimento por métodos passivos;

V, V’ – resfriamento através de ventilação.

M, M’ – uso de materiais com massa térmica no envoltório construtivo.

O diagrama bioclimático utiliza as respostas dadas por vários usuários a diferentes situações de tempera-

tura do ar e umidade para determinar zonas de resposta sobre o diagrama. Uma determinada combinação

entre umidade e temperatura, que a maioria das pessoas aceita sem maior problema, é denominada “zona

de conforto”.

Fora de seus limites (representados na figura pelo polígono verde ou azul), estão valores associados a situ-

ações 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, esses

valores são incompatíveis com a qualidade esperada do ambiente para a tarefa prevista.

Alguns desses valores, incompatíveis com o bem-estar humano, podem ser amenizados ou resolvidos

segundo algumas técnicas específicas, as 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 onde 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 capítulo 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 tempos de uso, condições internas microclimáticas compatíveis ao funcionamento

de cada 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:

Figura 27: Principais trocas higrotérmicas entre o homem e a

construção.


Legenda da figura:

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 da envoltória.

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 os componentes

da edificação (externa e internamente).

A qualidade e intensidade das trocas entre o entorno e o usuário se modificam, pois as trocas se darão em

várias etapas, envolvendo todo o processo projetual, da decisão de implantação e volumetria à especifi-

cação dos materiais.

Embora os fenômenos de radiação, condução e convecção ocorram ao mesmo tempo, para melhor com-

preensão de cada um, iremos tratá-los, inicialmente, de forma separada.

3 TROCAS POR RADIAÇÃO ENTRE A CONSTRUÇÃO E O

ENTORNOAs trocas por radiação acontecem entre dois corpos que não se tocam e que apresentam temperaturas

distintas. O fluxo de calor ocorre do mais quente para o menos quente, em função das propriedades óticas

dos dois elementos (ver glossário), até que ambos estejam na mesma temperatura.

Figura 28: Troca térmica por radiação.


Elas acontecem apenas enquanto esta diferença de temperatura existe e nas regiões dos corpos que se veem.

Quando projetamos, por exemplo, uma fachada, estamos colocando um anteparo entre o homem e o Sol

(durante o dia) e a calota celeste (o tempo todo). Esta situação induz a uma troca por radiação em duas

etapas entre o Sol e o homem:


Figura 29: Principais trocas térmicas na construção.Fonte: Arquivo pessoal, 2005.

- entre o Sol e a parte externa da fachada;

- em outro momento entre a face interna da fachada e o usuário6.

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 disponi-

bilizadas 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 me-

nos 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 absorver a radiação solar – função de sua camada mais externa - varia

enormemente de um material construtivo a outro.

6 A troca por condução se encarregará de fazer a ligação entre as duas faces da parede.


A tabela, abaixo, ilustra a variação da capacidade de absorção solar e de emissão e absorção da radiação

situada na faixa do infravermelho (calor), em função do material escolhido:

Tabela 1: Tabela de propriedades frente à 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 absorção 75% maior (0,95-0,20)

do que a da radiação solar incidente em determinado local, em relação à mesma superfície com um re-

vestimento com tinta branca óleo. Esse já seria um indicativo de escolha de projeto, pois uma laje com

impermeabilização escura é um excelente elemento para aquecer os ambientes, pelo fato de possuir um

elevado coeficiente de absorção da radiação solar (a = 0,90).

MATERIALABSORÇÃO PARA A RADIAÇÃO SOLAR

(Α)

ABSORÇÃO E EMISSIVIDADE

(Α E Ε) INFRAVERMELHA ENTRE 10ºC E 40ºC

TELHA OU TIJOLO DE BARRO VERMELHO 0,7 0,9

TELHA DE BARRO AMARELO, BEGE 0,4 0,5

TELHA DE FIBROCIMENTO NOVA 0,5 0,95

TELHA DE FIBROCIMENTO SUJA 0,7 0,95

CHAPA NOVA DE ALUMÍNIO

GALVANIZADO

0,5 0,25

CHAPA SUJA DE FERRO GALVANIZADO 0,8 0,28

VIDRO DE JANELA (3MM) 0,05 0,87[1]7

VIDRO DE JANELA (8 MM) 0,27 0,65

TINTA BRANCA 0,3 0,9

TINTA MARROM ESCURA, PRETA 0,95 0,9

REVESTIMENTO TIPO CAIAÇÃO 0,3 0,9

REVESTIMENTO TIPO BRANCO DE

CHUMBO

0,2 0,89

REVESTIMENTO TIPO ASFALTO, BETUME 0,93 0,93

LAJOTAS E AZULEJOS ESCUROS 0,8 0,9

GRAMA 0,67 -

[1] DO MATERIAL VIDRO QUANDO AQUECIDO, NÃO CONFUNDIR COM SUA CAPACIDADE DE TRANSMISSÃO NA FAIXA DO SOLAR.

7Em função da temperatura do céu. Ver glossário


Figura 30 e 31: Exemplos de influência do piso sobre o acesso à radiação solar.


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 passar a absorver mais

radiação solar do que uma superfície comum com pintura clara, além de que, sendo metálicas, conduzirão

o calor melhor e mais rápido.

A maior parte dos materiais de construção, sendo opaca, reflete a parcela que não absorvem. Assim, a esco-

lha 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.

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 outro fluido – a

água - é igualmente interessante para aquecer gratuitamente o ar interno.


Figura 32 e 33: Esquema de transferência de calor pelo vidro.


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 34, 35 e 36: Exemplo de insolação em banheiros.


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

ambientes refrigerados como no exemplo dos edifícios da Caixa Econômica Federal em Belém, Pará ou no

Rio de Janeiro:


Figura 37: CEF Belém. Figura 38: BNDES Rio de Janeiro.


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 noite8, como nas

fotos anteriores.

8 ver exemplo de convecção no glossário.


Figura 39: Arquitetura e entorno.


Em geral, em função da contínua exposição à trajetória solar, lajes planas recebem uma carga térmica muito

maior do que telhados inclinados ou fachadas.

Figura 40 e 41: Efeito do projeto de telhados sobre o acesso à radiação solar.


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:


Figura 42 e 43: Radiação solar e gabarito.


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 44: Noruega. Figura 45: Pará, Brasil. Figura 46: Costa de Sauípe, Brasil.

Fonte: Arquivo pessoal, 2005. Fonte: Arquivo pessoal, 2005. Fonte: Arquivo pessoal, 2005.

• 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 exposição da chaminé da lareira, como

nas casas populares de Portugal, o segundo está à beira da boca do fogão, o uso do tijolo quente ao pé da

cama no inverno.


Figuras 47: restaurante atual com lareira e Senhora aquecendo

ao pé do fogo.

Fonte: cartão postal, 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).


Se por acaso a lareira for mal feita, a parede poderá deixar 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.

Entretanto, é possível o uso deliberado dessa “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 descar-

tado. Sistema bastante utilizado nas 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: Foto exposição Bienal São Paulo, 2005.


É importante ressaltar que a radiação não esquenta o ar diretamente, pois se trata de uma onda eletro-

magnética que só se converterá em térmica quando absorvida por um corpo sólido. Desse modo, o ar se

aquece indiretamente pela troca por convecção9 (conceito detalhado mais à frente e na apostila ventila-

ção 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 ra-

diante), usado em locais frios.

Figura 50 e 51: Tipos de aquecimento.

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 piso10).

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 dessa técnica é a possibilidade de mudança de patamar de sensação. Se, para uma tempe-

ratura 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.

10 Hoje em dia quase abolida para locais de uso prolongado em função da alteração provocada na circulação periférica das pernas.

9 Ver Glossário


Finalmente, é importante frisar dois pontos:

1) 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 ativo11 (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 à frente), os elementos projeta-

dos permitem o acesso à luz natural12, Porém, 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:

11 Lembrando que o princípio da climatização ativa é o de obter o conforto ao uso mínimo de energia. Não se trata de sa-crificar as condições de conforto higrotérmico, mas assegurá-las racionalmente.12 Ver apostila de iluminação correspondente.


Figura 52, 53 e 54: Aberturas em supermercado,

Itaipava, RJ.


2) 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.


Entretanto, seu valor residual (o aquecimento das superfícies) pode ser significativo e duradouro. Desta

forma, o sombreamento integrado à construção, como ilustram as figuras 55 e 56, dos brises e venezianas

dos quartos no projeto dos irmãos Roberto, em Copacabana, Rio de Janeiro, permitem o acesso ao Sol

matinal – necessário em clima úmido para a salubridade dos ambientes. Foram projetados para gerarem

sombra a partir das 10horas, sem prejuízo do acesso à ventilação.

Figura 55 e 56: Tipos de tratamento de fachadas, Rio de Janeiro.


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, impede-se o acesso direto à radiação solar entre 12 e 14 horas do solstício de

verão, para prevenir um sobreaquecimento no ambiente interior.


Figura 57, 58, 59 e 60: Uso da cobertura como fonte de

iluminação, Itaipava, RJ.



Para tal bastou uma consulta ao diagrama solar da região, que determinou os ângulos para serem traba-

lhados em planta e corte no projeto por um sombreamento do pavimento superior:

Finalmente, superfícies externas – fachadas ou lajes de cobertura – com maior dificuldade de serem tratadas

com sombreamento integrado, como beirais e brises, podem sê-lo através do uso de elementos vegetais13.

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.

Figura 61: Revestimento de empena lateral, Paris (latitude 43 N).


Em locais de climas frios que possuem períodos de calor, a utilização de espécies de folhas caducas – que

perdem as folhas no inverno – permite atender tanto à necessidade de captação solar do inverno, quanto

à sua proteção no verão.

13 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.


Figura 62, 63,64: Prédio residencial multifamiliar no Rio de

Janeiro.



Figura 65: 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 sobreaquecimento dos bairros, em uma

contribuição significativa – pelos princípios da sustentabilidade - à qualidade ambiental global.

4 TROCAS POR CONDUÇÃO ENTRE A CONSTRUÇÃO E O

ENTORNOAs trocas térmicas por condução são responsáveis pelo “trânsito” do calor no interior dos elementos construti-

vos dos ambientes. Isto porque são elas que propiciam a propagação do calor através de um corpo homogêneo

ou entre camadas distintas de um corpo em temperaturas diferentes.

Figura 66: Trocas térmicas: destaque para trocas por

condução.


O fluxo de calor variará em função: da diferença de temperatura; da densidade do material (o ar enclausu-

rado é melhor isolante que a matéria); de sua condutividade (que depende de sua natureza físico-química,

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 calor do que o ar).

Assim, materiais comumente utilizados nos projetos de construção apresentam comportamentos bastante

distintos na transmissão de calor por condução em função de suas propriedades físicas e de fabricação,

como exemplificado nos valores de condutividade da tabela a seguir:


Tabela 2: Valores de condutividade.

Fonte: Corbella e Yannas e do fabri-

cante da telha 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 calor

exterior e pela radiação solar eventualmente incidente.

MATERIALCONDUTIVIDADE (λ)

W/M.KAR A PRESSÃO NORMAL E A 20°C 0,024

ÁGUA A 4°C 2,26

AÇO CARBONO 43

ALUMÍNIO (AL-SI) 204

CONCRETO (1-2-4) 1,37

CONCRETO CELULAR 0,4

MADEIRA EM PAINEL AGLOMERADO

(SECA)0,14

TIJOLO COMUM MACIÇO 0,69

TIJOLO COMUM (FURADO) 0,67

TELHA DE FIBRO-CIMENTO 0,95

TELHA DE FIBRA VEGETAL (TIPO

ONDULINE)0,46

VIDRO PLANO COMUM 1,114

CORTIÇA SECA EM PLACAS 0,051

POLIESTIRENO EXPANDIDO 0,036

14 Não confundindo aqui com a sua capacidade de transmissão da radiação solar direta


4.1 Condução e resistência à passagem de calor

Enquanto que na qualificação dos materiais para uso nas trocas radiativas, as características da camada

externa são significativas, nas trocas por condução, todo o conjunto tem seu peso, e fechamentos (paredes,

pisos e tetos) com dimensões diferentes e/ou compostas apresentam valores diferenciados de condutância,

em função das espessuras empregadas.

A resistência térmica de uma parede será, portanto, o resultado da razão entre a espessura a ser utilizada

pela capacidade de condução (condutividade) do material utilizado.

Ex.: uma parede executada apenas em tijolo maciço, com 10 cm de espessura, terá uma resistência à pas-

sagem de calor, por condução, de 0,15 m².K/W (a fórmula da resistência sendo R = e/ λ, ou seja, neste caso

0,10/0,69).

Quando tratarmos de paredes compostas por várias camadas será necessário efetuar a somas das resistên-

cias de cada uma para uma avaliação adequada.

Figura 67 e 68: Exemplo de valores de espessura e condutividade de materiais como tijolo e compensado.


Assim, se revestirmos aquela parede de tijolos internamente com uma chapa de 2 cm de compensado de

madeira (0,02/0,14 = 0,14 m².K/W), o resultado ficará:

R PAREDE COM REVESTIMENTO = R TIJOLO + R COMPENSADO

R PAREDE COM REVESTIMENTO = 0,15+0,14 = 0,29 m².K/W

Ou seja, pelas características deste tipo de madeira, o acréscimo interno de 2 cm de compensado a uma

parede de 10 cm de tijolo maciço dobra a resistência à passagem de calor através desta parede. Artifício já

conhecido dos habitantes das regiões frias ou de ambientes climatizados artificialmente.


Esta é a magia da leitura das tabelas. Através delas, é possível conjugar a eficiência com outros valores pró-

prios a cada projeto, como disponibilidade, orçamento, pertinência ao estilo desejado, sem que se perca a

eficiência térmica que se pretende.

As janelas devem ser escolhidas com a mesma cautela. A transmissão de calor15 em uma janela se faz pelo

tipo da esquadria (madeira, alumínio ou PVC possuem valores bastante diferenciados de condução); pelas

frestas deixadas pela sua execução; e pela área envidraçada.

Assim, dobrar o número de vidros de uma janela e colocar uma camada de ar entre eles é a decisão eco-

nômica16 acertada – e requisito legal em muitos países – para evitar a perda de calor através de um vidro

simples quando condicionamos um ambiente, resfriando ou aquecendo.

O ar possui uma condutividade térmica baixa e pode ser considerado, quando enclausurado em câmaras

com até 5 cm de espessura, por exemplo17 , como um componente interessante para reduzir a eventual

troca de calor por condução.

Figura 69 e 70: Esquema de transmissão de calor face a projeto de esquadrias.


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, verifi-

caremos que uma esquadria com um vidro simples de 3 ou 4 mm de espessura, terá uma baixa resistência

à passagem de calor, da ordem de apenas 0,003 m²K/W18.

15 Não confundir com a transmissão da radiação solar direta, aqui trata-se apenas das trocas por condução.

17 Para maiores detalhes ver ABNT NBR 15220-2:2005.

16 Do ponto de vista da gestão da fatura de energia da edificação.


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 redescoberto

pelo mercado, apresenta-se para uso em pisos e em paredes internas e externas. Possui inúmeras formas

e cores e apresenta uma resistência térmica da ordem de 2,8 a 3,0 m²K/W.

Figura 71, 72 e 73: Tijolos de vidro.

Fonte: catálogo de fabricantes, 2005.

Um excelente exemplo de uso do tijolo de vidro pode ser observado no aeroporto de Paris:

Figura 74 e 75: Uso do

tijolo de vidro no Aero-

porto de Paris.

Fonte: Arquivo pessoal,

2003.

4. 2 O conceito de massa térmica

Como visto anteriormente, as trocas de calor por condução, ao contrário das por radiação, não se interrom-

pem ao simples cessar da presença da fonte de calor.

Verifica-se com frequência nas edificações submetidas a forte insolação, ambientes internos que perma-

necem quentes muitas horas depois do pôr do Sol.18 R= e/ λ; 0,003/1,1


Esse 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 76: Diversos tipos de fechamento.

Fonte: catálogos diversos, 2005.

Em princípio, quanto maior a densidade e a espessura utilizada, por exemplo, maior será a capacidade térmica.

Quanto maior a capacidade térmica de um material, maior a sua capacidade de armazenamento antes de

transmitir o fluxo de calor térmico para os elementos adjacentes.

Assim como a escolha dos revestimentos externos, a escolha dos materiais constituintes de paredes externas

e coberturas é muito importante para as trocas radiativas, pois afeta o desempenho de uma edificação e a

oscilação horária de sua temperatura interna.

Considerando que as construções podem estar submetidas externamente a uma variação significativa de

temperatura, em função da exposição à radiação solar ou da variação da temperatura exterior ao longo do

dia; é esta decisão arquitetônica que determinará se o fluxo de calor atingirá as faces internas dos fecha-

mentos de um ambiente no momento em que este estará sendo usado 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. Do mesmo modo, outro, de baixa

capacidade térmica, como o vidro ou o aço, transferirá, quase que imediatamente, as condições de tem-

peratura a face externa para a interna.


Figura 77: Esquema simplificado de

fluxo de calor em função de espessura

de paredes.


O mesmo raciocínio se aplica no outro sentido. Se um ambiente tiver artificialmente sua temperatura redu-

zida ou elevada em relação à temperatura externa, a dificuldade de “fuga” deste ambiente térmico mantido

pelo sistema estará diretamente relacionada às características das paredes19, 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.

Figura 78: Auditório UFRJ. Figura 79: Aeroporto de Belém.


19 A legislação dos países a mais tempo preocupados com o custo energético do condicionamento artificial do ar – re-frigeração 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.


Olhando especificamente um instante inicial, em que o Sol aparece e o ar exterior está a 37°C:

Figura 80: Condição onde a

parede encontra-se exposta

à radiação solar.


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 40ºC.

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 pa-

rede 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 parede20.

Figura 81: Condição onde

a parede encontra-se pro-

tegida da radiação solar.


2005.

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., Em um cálculo simplista, esse valor seria 23,5°C, ou

superior.

20 A temperatura resultante seria obtida através da fórmula , sendo Tar, a temperatura do ar interno; Si a superfície de cada parede envolvida, incluindo teto e piso e Tpi sua temperatura.


O termostato do aparelho de condicionamento de ar, registrando este novo valor, indica ao sistema de

refrigeração a necessidade de produzir um novo aporte de ar a uma temperatura ainda mais baixa do 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 a 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 CONVECÇÃODefinindo as trocas apresentadas até agora e considerando dois componentes da edificação ou de seu en-

torno 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 que necessitam 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 e 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 82: Trocas térmicas na construção: destaque para

trocas por convecção – Cv.


Através de um meio fluido – o ar – em movimento, são promovidas “trocas térmicas por condução” entre

diversas zonas gasosas do ambiente, o ar que nos circunda, a pele de nosso corpo, e os 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 também estão elevadas) e se refresca pouco através da trans-

piração, devido à alta umidade relativa do ar, as correntes de ar controladas podem agir de forma bastante

positiva para obtermos conforto higrotérmico no verão.

Em edificações 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 83, 84 e 85: Diferentes formas projetuais de captação de ar em fachadas: Buenos Aires, Salvador, Rio de Janeiro.Fonte: Arquivo pessoal, 2005, 2006.

Além disso, 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, há o aparecimento de uma fadiga prematura

e o risco de contaminação aumenta21.

Segundo a atividade exercida, admitem-se taxas diferentes de renovação mínima de ar novo para man-

termos a qualidade do ar interno. Essas 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.21 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 concentra-ção.


Embora varie em função da vestimenta, da atividade de condições metabólicas e da temperatura circun-

dante, há alguns valores de velocidades do ar consideradas como máximas confortáveis22.

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. A Tabela 3 apresenta alguns valores sugeridos por Fer-

nandez (2005):

Tabela 3: Valores máximos de velocidade do ar, segundo diversos 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.

Figura 86: Parede com umidificação, res-

taurante Rio de Janeiro.


VELOCIDADE MÁXIMA TOLERADA (M/S)

SITUAÇÃO DO USUÁRIO (ATIVIDADE)

5 SENTADO OU EM PÉ, IMÓVEL.

10ESTADO DE POUCA MOBILIDADE (CONVERSANDO EM PÉ, DANDO PEQUENOS

PASSOS).

15 ANDANDO.

25 ANDANDO RÁPIDO OU CORRENDO.

>25 DESCONFORTO EM QUALQUER ATIVIDADE.

22 A sensação de arrepio, por exemplo, é uma reação do organismo à perda de calor acima da desejada.


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 no guia técnico sobre

ventilação, 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 termossifão.

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:

Figura 87: O princípio do termossifão.


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 aumenta à medida que a altitude (altura) aumenta, até tornar-se estável a partir

de 400 m (z = ± 400 m).

Em zona muito urbanizada (com muitos obstáculos), o vento não é disponibilizado com a intensidade que

se mede na estação meteorológica, mas sim geralmente com valores reduzidos, e eventualmente até em

direção contrária, como mostra o esquema a seguir:


Figura 88: Esquema

de deslocamento do

vento face ao entor-

no construído.

Fonte: Arquivo pes-

soal, 2005.

Alguns estudos sugerem indicativos da redução que a urbanização pode trazer para a velocidade do vento

disponibilizado nas estações meteorológicas.

Tabela 4: Percentuais potenciais de aproveitamento do vento em função da rugosidade do local.

Fonte: Van Straaten, 2005.

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 deles.

Figura 89: Cidade de Belém.


TIPO DE ENTORNO % DE APROVEITAMENTO

PLANÍCIE, ZONA RURAL DE PLANTIO, LAGOS, ETC.. 100

SUBÚRBIO DE CASAS, URBANISMO DE POUCO PORTE 66

CENTRO DE CIDADE, ÁREAS DENSAMENTE CONSTRUÍDAS 33


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).

F i g u r a 9 0 : E s q u e m a

ilustrativo de zonas de

turbulência.


2005.

A adoção do uso de pilotis, por direcionar o fluxo ao 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.

Figura 91 e 92: Prédio da FAU/UFRJ.



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 93: Belém.


Embora cálculos precisos sobre o efeito dos ventos sobre as edificações sejam difíceis de serem antecipa-

dos com precisão, experimentos em túneis de ventos levam alguns Arquivo pessoal ao estabelecimento

de relações de projeto recorrentes.

Tratam em geral de afastamentos mais promissores em relação à volumetria prevista de implantação: ga-

barito e plantas das futuras edificações versus localização no lote...

O chamado efeito de barreira à ventilação (causado pela obstrução frontal ao vento da fachada mais ampla

das construções da primeira fila) é transcrito do livro de Hertz (1998), abaixo. Algumas relações entre afas-

tamento de linhas de edificações com a altura média das edificações da primeira linha a receber o vento

frontal (A), proporcionam uma maior porosidade das construções a sotavento.

Figura 95: Proposta de

afastamento de edifi-

cações face a altura da

primeira linha.

Fonte: Hertz, 1998.


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, apresentando um perfil estável.

Uma vez sem ter para onde se deslocar, cria uma camada quente estacionária, que irá aquecer o teto, pro-

vocando trocas por radiação complementares:

Figura 96: Esquema de es-

tratificação de ar quente no

interior das edificações.


Em paralelo, o monóxido de carbono das expirações e a maior parte dos demais gases23 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:

• Mecânica, através da instalação de exaustores;

• Pela diferença de pressão do ar entre as fachadas.

• Por termossifão, através do projeto interior e da cobertura.

Este último caso é exemplificado neste exemplo na ilha de Moorea, na Polinésia Francesa, onde por necessi-

dade de custo de transporte, as telhas de aço – termicamente inadequadas ao clima - são as mais utilizadas

na arquitetura moderna local, portanto, no projeto devem ter seus efeitos nocivos térmicos reduzidos;23 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.


Figura 97: Cobertura ventilada em

Papeete,Tahiti.


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 apro-

veitamento 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 com

ambientes diversos.

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 desse ar novo não esteja poluída. A

existência de zonas de turbulência na fachada posterior das edificações pode prejudicar essa renovação.

Figura 98: Esquema de possibilidades de ventilação.



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 se não houver possibilidade

de controlar o fluxo de ar, como ocorre quando do uso de cobogós.

Assim, um bom projeto de esquadria e a posição de aberturas devem 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.

É possível observar nesta foto de prédio residencial dos Irmãos Roberto como a retirada do excelente projeto

de persiana externa em alguns dormitórios termina por gerar a necessidade de condicionamento de ar nos

dormitórios pela inviabilidade da alternativa obscuridade+ventilação, que as cortinas internas não atendem.

Figura 99: Fachada edifício Rio de Janeiro, projeto

Irmãos Roberto, RJ.


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 ilu-

minação. 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 e 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.


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.

Fechamentos como muros de alvenaria, arbustos, cobogós, gradis, possuem diferentes níveis de permea-

bilidade e modificam a qualidade do acesso aos ventos pela edificação.

Figura 101: Diversos tipos de fechamentos de lote.



A “métrica” dessas distâncias varia em função de um número grande de fatores, entre eles, a permeabilidade

do fechamento em si, a velocidade do vento e a rugosidade do terreno. Alguns Arquivo pessoales, após

ensaios em túneis de vento ensaiam algumas proporções relativamente recorrentes, como a citada por

Hertz (1998), abaixo:

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. 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. Figura 104: Varandas escalonadas, Papeete, P.F.



5.3 Cobertura e ventilação

A ventilação dos telhados em clima quente úmido é solução vernacula, como pode ser observado neste

armazém em Boa Vista, às margens do Amazonas.

Figura 105: Detalhe de cobertura em venda em Boa Vista, AM.


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, devido à sua geometria,

pela maior fonte de desconforto higrotérmico de origem radiativa.

A temperatura de superfície externa de uma cobertura pode, em função do material utilizado (metálico,

fibrocimento etc.) e de sua inclinação (lajes planas com revestimento asfáltico, por exemplo), atingir va-

lores superiores a 70°C. Parte desses valores passará, por condução, para a face inferior da cobertura e por

radiação para o usuário.

Nesse caso, a opção por uma ventilação permanente, específica para a cobertura, pode favorecer trocas por

convecção do 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 no calor transmitido para o interior da edificação.

É, aliás, o que torna naturalmente tão atraente o telhado feito com telha 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 termossifão – de parte do ar quente acumulado.


Figura 106: Detalhe de cobertura com telha colonial. Figura 107: Esquema de ventilação natural.


Quando em presença de um forro entre o telhado e o usuário, a redução da temperatura do ambiente se

torna mais significativa, pois se insere 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. Trocas térmicas na cobertura.


A intensidade do fluxo térmico por radiação neste momento se expressa por: q= hc DT (W/m2), onde DT é a

diferença de temperatura das duas superfícies que trocam calor por radiação. DT 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 atinge o ambiente.

Figura 109 - Ventilação do ático. Figura 110: Trocas térmicas x ventilação do ático.


Essa busca pelo resfriamento da cobertura pode ser observada mesmo em climas muito frios, em função

de condições de verão.

A foto a seguir é do aeroporto de El Calafate, extremo sul da Argentina, onde se observa, ao lado dos

grandes blocos de pedra, absorvedores da radiação solar ao longo do dia e depois emissores de calor em

infravermelho para o interior. Observa-se também 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.

Por isso, 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 nos meses de verão para seus usuários.


Figura 111 – Uso combinado de radiadores térmicos e

proteção à insolação. Aeroporto da Patagônia, AR.


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,

mas 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 deixam 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.


Já em Brasília, a quantidade de água no ar é pouca, e por vezes, alcança valores inferiores aos que o orga-

nismo precisa para a lubrificação cutânea e o adequado funcionamento das 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; com isso, refresca o ar e assegura uma umi-

dade relativa menos baixa e mais confortável.

Figura 113: Umidificação do

ar mediante o uso de espelho

d’água.


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 Bahia:

Figura 114: Hotel Costa do Sauípe,

Bahia.


O saguão do hotel, onde funcionam tanto a recepção como as áreas de espera para excursões, possui

grandes proporções e é dotado de ventilação cruzada permanente.

Em momentos de maior temperatura do ar e correspondente baixa umidade, utiliza-se a movimentação de

pequenos esguichos no lago interno para fazer evaporar parte da água para o ar imediatamente em contato.


Esse processo físico requer energia, retirada do ar, para sua transformação, produzindo uma redução na

temperatura do ar circunvizinho. Os ventiladores de teto – na função exaustão ou na função ventilação -

auxiliam na distribuição desse 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.

5.5 Outras situações de conforto higrotérmico no projeto

O projeto arquitetônico também pode proporcionar outras situações de conforto térmico aplicado a ou-

tros 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 desse sistema seja objeto de outro guia técnico, 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, com inclinação máxima24 inferior ao ângulo

da latitude do local onde se está projetando.

São estes mesmos panos receptores que recebem a maior carga térmica ao longo do dia, o que pode gerar

um sobreaquecimento às edificações. Por isso, 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 território brasileiro – que é

útil à colocação das placas. O sistema – desde o acesso à caixa d’água até o termossifão de bombeamento

exige algumas especificações, ilustradas na figura abaixo:

24 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.


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 te-

lhado com os principais elementos para

aquecimento solar – funcionamento por

termossifão.


Olhando o desenho esquemático acima que mostra um corte vertical padrão verifica-se espaços “non-aedi-

ficandi” (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, por sua vez, 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 termossifão, a Física diz que é necessário um desnível vertical

(Y) mínimo25 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 pé-direito, o boiler vertical é ainda mais eficiente que o

mesmo boiler colocado na horizontal.

25 Alguns fabricantes falam em máximo de 5 metros para baixa pressão.


Esses 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 também 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.


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 princípio 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, também 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 pro-

jetado ou existente.


Figura 117: Piscina com aquecimento solar. Figura 118: Aquecimento solar.


6 O DIAGNÓSTICO DO MICROCLIMA: OS INSTRUMENTOS

DE PROGNÓSTICO PARA O PROJETOOs instrumentos para suporte do trabalho em Térmica das construções variam em função das etapas cons-

trutivas a que se destinam. Cada etapa possui suas próprias especificidades que devem ser respeitadas pelos

instrumentos de apoio.

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 desse 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

conforme seu objetivo primário:

- destinados à térmica de anteprojeto (uso do arquiteto);

- destinados ao cálculo de carga térmica (uso de engenheiros mecânicos e instaladores);

- destinados à gestão energética (uso dos administradores prediais);

- destinados à auditoria energética (uso das ESCO, ou de seus representantes).

Nesse guia técnico, 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.


Além 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 dois instrumentos complementares de apoio às decisões projetuais

básicas que visam ao suporte da atividade projetual inicial sob o enfoque do conforto higrotérmico: o dia-

grama bioclimático de Givoni (1974), 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, necessários ao estudo.

Figura 119: Diagrama de Givoni original.

Fonte: Givoni, 1974.

Figura 120: Diagrama de Givoni.

Fonte: Labeee, 2001.


O diagrama bioclimático desenvolvido por Givoni em 1960, e readequado às condições de países em de-

senvolvimento em 1994, foi objeto de um trabalho de processamento informático que gerou o programa

Analysis Bio, “freeware” disponibilizado no site da UFSC (www.labeee.ufsc.br).

O diagrama solar utilizado nesse guia técnico é o disponibilizado no livro de Frota (1998). Ele existe em

algumas versões informatizadas, como a desenvolvida pelo Prof. Mauricio Roriz, o Luz do Sol 1.1 ou o pro-

grama Sol-Ar do Labeee, da Universidade Federal de Santa Catarina.

Figura 121: Diagrama solar na versão papel. Figura 122: Diagrama solar na versão informatizada.

Fonte: Frota, A. 2000. 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, de-

talham com bastante apuro seu manejo.


Entretanto, são necessárias algumas considerações preliminares sobre sua elaboração e 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 com, no máximo, 1 clo de isolamento.

Isto significa dizer que se o usuário tiver uma atividade mais intensa, for mais frágil (idosos), estiver com a

saúde alterada ou necessitar por outras exigências 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 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 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 guia técnico) pode estabelecer essa 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 da umidade e da temperatura do ar que encontramos no

local. Os limites se dão em função das características dos climas que apresentam valores de temperatura e

umidade fora da zona de conforto, que possam ser corrigidos pela correta utilização das diversas estratégias

bioclimáticas. Entretanto, como foi calculado sobre um diagrama psicrométrico ao nível do mar, algumas

incorreções quanto a esses limites podem ocorrer em grandes altitudes, devido ao 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 são 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 a sensações de desconforto

higrotérmicas, que podem ser corrigidas ou minoradas se aplicarmos determinadas estratégias, disponi-

bilizadas em zonas adjacentes, e em função da potencialidade climática dos sítios.

Tabela 5: Zonas com as principais estraté-

gias bioclimáticas.

Fonte: Givoni in Labeee, 2005.

ZONAS BIOCLIMÁTICAS PELO ANALYSISBIO

1. CONFORTO HIGROTÉRMICO

2. VENTILAÇÃO

3. RESFRIAMENTO EVAPORATIVO

4. ALTA INÉRCIA TÉRMICA PARA RESFRIAMENTO

5. AR CONDICIONADO

6. UMIDIFICAÇÃO

7. ALTA INÉRCIA TÉRMICA + AQUECIMENTO SOLAR PASSIVO

8. AQUECIMENTO SOLAR PASSIVO

9. AQUECIMENTO ARTIFICIAL

10. VENTILAÇÃO + ALTA INÉRCIA TÉRMICA

11. VENTILAÇÃO + ALTA INÉRCIA TÉRMICA + RESFRIAMENTO EVAPORATIVO

12. ALTA INÉRCIA + RESFRIAMENTO EVAPORATIVO


Abaixo do limite inferior de temperatura (18°C), as estratégias envolvem o aproveitamento da insolação de

forma controlada. Acima de 29°C, o sombreamento certamente se faz necessário, com a ventilação sendo

boa estratégia para os valores superiores de umidade relativa e altas temperaturas.26

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:

Tabela 6: Climato-

logia do Ministério

da Aeronáutica –

Período 1961/1965.

Fonte: Frota, 1978.

Entretanto, para o projeto bioclimático, as médias mensais são pouco úteis, já que na realidade é a variação

dia-noite que reflete a verdade das transferências higrotérmicas face às necessidades dos ocupantes e,

portanto seu conhecimento é que traz as melhores oportunidades de projeto.

Desse modo, 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.

26 Sempre lembrando as restrições de microclima que podem estar envolvidas, tais como direção de vento tendo na origem uma situação de maior temperatura, etc...


Figura 124: Diagrama bioclimático em

diferentes regiões geográficas.


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 catarinense, o

que indicará disposições diferenciadas para os quartos de dormir, para a forma de aproveitar ou sombrear

a radiação solar incidente.

E até dentro da mesma cidade é possível observar a sensibilidade de uso quando da troca entre períodos de

ocupação – entre a casa do exemplo abaixo, agora só no Rio de Janeiro, e uma creche para o turno da manhã.


Figura 125: Diagrama bioclimático

para diferentes perfis de ocupação.


6.2 O diagnóstico do microclima.

Além do tipo de clima, para todo estudo arquitetônico, é necessário o conhecimento do microclima en-

volvido, 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: Site oficial

da Prefeitura de

Itajubá (www.

itajuba.mg.gov.

br), 2005.


Na realidade, no estudo do microclima existe um limite além do qual, o assunto torna-se estudo de urba-

nismo, escapando às possibilidades de intervenção do arquiteto. Dessa 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 ajudar-nos 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:

Tabela 7: Exemplos de diagnóstico de microclima em função da influência da umidade.

Fonte: GRET, 1986.

Combinando os diagnósticos de temperatura e umidade é possível gerar definições de clima como tempe-

rado úmido, quente seco, etc. Os resultados servirão de base para escolha das estratégias mais adequadas.

Quanto aos ventos, em caso de ausência de dados, uma conversa com um ribeirinho, uma olhada no ter-

reno com uma bússola e a tabela de Beaufort (ver à frente), em horas, dias e estações diferentes, podem,

pela simples observação dos fenômenos ocorrentes, dar uma noção da velocidade e direção dos ventos;

informando sobre o tipo de abertura e esquadria necessária ao pleno aproveitamento deste recurso natural.


Tabela 8: Tabela de Beaufort, relacionada a eventos urbanos tropicais.

Fonte: Fernandez, 1990.

Tendo feito isso, os dados geo-climáticos podem ser classificados pelo arquiteto, destacando as vantagens,

trunfos, ou desvantagens, facilitando sua compreensão na escolha das estratégias (resfriamento passivo ou

ativo, umidificação ou desumidificação, aquecimento passivo ou ativo, inércia térmica, etc.) que possam

ser incorporadas a seu estilo, sua estética, e seu entorno.

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.


Figura 127: Zona de insolação,

sobre diagrama bioclimático

de Givoni.


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

adéque às estratégias levantadas no diagrama de Givoni para um período determinado, como inverno,

por exemplo:

Para efeitos de suporte ao projeto, o que queremos saber é onde está o Sol no período desejado, ou seja,

conhecer a direção de seus raios, e, sobretudo, suas projeções horizontal e vertical.

Dessa 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 pela envoltória construída. Comentamos a maneira pela qual

esta envoltória 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,

como resultado da maior ou menor proximidade e inclinação dos raios solares.

O Sol possui uma trajetória aparente que varia ao longo do dia e 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 radiação27.

Para efeito de projeto, o que se quer saber é onde está o Sol, a cada hora desejada, para conhecermos a

direção de seus raios e a potência desta radiação. Dessa forma, podem-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.

A posição espacial do Sol pode ser reproduzida no projeto em função da sua altura solar (α) e o seu azimute

(a), Figura 128.

Se sobre um plano no solo, se marcar a direção dos pontos cardeais e uma projeção do Sol sobre esse pla-

no, em determinado instante, chega-se ao azimute; o ângulo plano que esta projeção fará com o Norte28.

O ângulo que esta projeção horizontal forma com o Sol é denominado de altura solar (α na figura 128).

Figura 128: Esquema de trajetória

solar.


Esses pontos estão marcados em cartas solares disponíveis para as principais altitudes, podendo ser encon-

tradas em Frota (ano da publicação – 1998?), por exemplo. Mas como lê-las? Bastante simples:

27 Na realidade, as condições de nebulosidade e poluição também influenciam, atenuando seu valor.28 Foi Considerado que para as latitudes Sul do Equador o Sol está ao Norte. No hemisfério Norte a situação se inverte (lite-ralmente 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.


Figura 129: Esquema de leitura das cartas solares.

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 horas29 do dia. Finalmente,

na parte inferior do eixo Norte-Sul, encontram-se marcações com valores da altura solar, de 0° represen-

tado 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 nesse instante. A altura solar

correspondente se consegue com ajuda de um transferidor solar:

Figura 130: decodifi-

cando o transferidor

solar.


2005.29 Sempre lembrando as restrições de microclima que podem estar envolvidas, tais como direção de vento tendo na origem uma situação de maior temperatura, etc...


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.

Abaixo está ilustrada uma aplicação para 10h dos dias 21/3, ou 24/9, e projeção sobre desenho de Olgyay

(2005?).

Figuras 131 e 132: Efeito dos raios solares.

Fonte: Olgyay, 2005.

Depois é só geometria e desejo para achar a projeção que melhor se adéque ao projeto. Existe uma infi-

nidade de soluções para as projeções, todas com a mesma eficiência (sobre desenho original de Olgyay,

em Hertz (1998)):


Figura 133: Diversos exemplos.


Esta é talvez a parte mais importante deste guia técnico e, é preciso confessar, a menos atraente, em uma

primeira abordagem. No entanto, após alguns exercícios de inserção dos ângulos transferidos sobre cartas

solares no projeto, desenvolve-se um automatismo e a tarefa flui sem problemas.

Figura: 134 – A obstrução da abóbada celeste da placa horizontal (A) sobre a janela representada sobre o transferidor

auxiliar de ângulos (B).

Fonte: MOORE (1991) apud Souza, RVG.

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:

Figura 135: Programa Sol Ar.

Fonte: Labee/UFSC, 2005.

É possível observar que uma fachada com azimute 45° recebe Sol no período da manhã, durante todos os

dias do ano; e à tarde em horários que vão até meio dia, no solstício de verão, e até as 15 h, no solstício de

inverno.

Esta informação pode ser útil na medida em que, dependendo da localidade, 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 sobreaquecimento.

7 RESUMO DAS PRINCIPAIS DIRETRIZES DE PROJETOCada 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 a um projeto com adequada qualidade

higrotérmica passa pela inserção do usuário desde o início do 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 uma estratégia importante para a obtenção do conforto e da economia de energia

em edifícios30.

A sua otimização deve ser pensada desde o início do projeto, quando há menos intervenientes no processo

e, portanto mais liberdade; e em função do entorno para uma 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, no 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 - altera-se em função de sua distância do solo.

Resumindo: os 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?

30 residenciais, públicos, comerciais, industriais..., dependendo das opções de projeto de climatização feitas e do entorno climático.


Compreender, 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; 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 roti-

neiros e sazonais;

Complementar o projeto com uso das técnicas de eficiência energética, sobretudo no tocante ao uso de

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 comple-

mentares. 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 ao longo do projeto a gestão dos espaços gerados, simulando-se ao usuário.

Esses passos devem permitir ao projetista, respeitando sua individualidade projetual, e apoiado nos ins-

trumentos de auxilio ao projeto, diagnosticar as necessidades internas no período de ocupação as ofertas

ou restrições externas.

GLOSSÁRIOEste glossário é dividido em duas partes: uma informal, onde menos que uma definição científica 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. A outra parte é formal e apresenta 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 por 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: 1 J =

0,24 cal. Ou 1 cal = 4,18 J.

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. Símbolo: 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 perma-

nente, 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 tem-

peratura 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 dessa troca - chamada densidade do fluxo térmico - varia

segundo a distância entre os pontos, a diferença de temperatura e o tipo de material envolvido.

A fórmula de cálculo é:

onde λ é a condutividade térmica do material e e a espessura do elemento (parede, por exemplo);

λ 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.

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

frequente, e ultrapassada BTU ou ainda caloria (cal)). A conversão se faz:

1 kJ = 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 duas vezes por ano, nos dias 23 de setembro e 22 de março.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 essa 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 caracte-

rizar 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 estudam-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 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,

contabiliza-se 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 ela31 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 tra-

jetória 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 (1 clo= 0,1555 (m².K)/W)

Metabolismo - é a produção de calor interna ao corpo humano, permitindo a este manter sua tempera-

tura 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, 1976)31 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...”:


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: 1 W = J/s, ou a 0,862 kcal/h, ou a 3,41 Btu/h

ou a 0,001 HP. Assim, Itaipu pode produzir 12.600 MW, uma lâmpada incandescente pode consumir 60W

e uma lâmpada fluorescente compacta pode consumir 11 W, 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 superfícies envolvidas. Os principais coeficientes envolvidos serão

os coeficientes de absorção (a) e de emissividade (e). 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 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 12:00 h (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 ideia 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, aplicada a um outro valor, o 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.

NBR 15 220-1 temperatura de bulbo seco - temperatura do ar medida por um termômetro com dispo-

sitivo 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 ma-

nutenção das funções vitais do organismo, sendo medida em condições padrão de jejum, repouso físico

e mental em ambiente tranquilo 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 superfícies

circunvizinhas. Em climas onde a umidade relativa fica entre 40 e 70 %, podemos dizer que se equivale à

temperatura do conforto térmico sentido.

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.

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 última condição já sem possibilidade de reter água no estado gasoso.

BIBLIOGRAFIA CONSULTADA E DE APOIOABNT NBR 15220-1: 2005. Desempenho térmico de edificações Parte 1: definições, símbolos e unidades.

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