insolacao

UNIVERSIDADE CATÓLICA DE GOIÁS

DEPARTAMENTO DE ARTES E ARQUITETURA

"Escola Prof. Edgar Albuquerque Graeff"

INSOLAÇÃO DE EDIFÍCIOS E O PROJETO DE SUAS PROTEÇÕES SOLARES

Prof. António Manuel Corado Pombo Fernandes professor arquiteto

1994

(revisto em 2002)


Prof. António Manuel C. P. Fernandes http://www.ucg.br/deparcursos/arq/ConfortoTermico/index.htm

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APRESENTAÇÃO

Este texto pretende ser um instrumento expedito que capacite o estudante de arquitetura a incorporar ao seu ato projetivo o entendimento da insolação dos edifícios que lhe permitirá, com segurança, tratar de algumas questões importantes referentes ao conforto térmico, tais como: insolação de fachadas, a partir de suas orientações, definindo seus horários de insolação nos períodos principais do ano, equinócios e solstícios; projeto de proteções solares, os brises-soleil, capazes de proteger convenientemente as aberturas envidraçadas evitando as consequências negativas do efeito estufa tendo em vista que nos situamos em região tropical onde o calor é a grande preocupação. Pedagogicamente optou-se por um texto enxuto e objetivo que, sem cair na forma de receituário, possa transformar um conhecimento mínimo indispensável em um instrumento de aplicação, simples e imediata, coadjuvante do ato conceptivo arquitetônico. Com a mesma preocupação, prefere-se, sempre que possível, tratar o assunto de forma gráfica, abdicando, conscientemente, de cálculos matemáticos mais complexos e extensos visto que é o desenho a forma precípua de comunicação e de estudo do arquiteto. Primeiramente, na Introdução, apresentam-se alguns conceitos e determinadas informações que, em princípio, justificam a importância do estudo que o presente texto traz para uma concepção arquitetônica preocupada com a questão do conforto térmico assim como com a racionalização do consumo de energia nos edifícios. A lembrança de Le Corbusier como o criador dos brises-soleil é ponto desse prólogo. Depois, em sequência, apresentam-se: os dados astronômicos básicos sobre a posição relativa Sol e Terra assim como os movimentos desta, rotação e translação; o movimento aparente do Sol na imaginária abóboda celeste, ao longo do ano; o sistema de projeção adotado – projeção estereográfica horizontal - e a obtenção das cartas solares, seu entendimento e manuseio; em seguida, a primeira aplicação à arquitetura, isto é, os horários de insolação de uma fachada, dada sua orientação (azimute) nos momentos notáveis das estações, equinócios e solstícios, conhecida a latitude do local. Esta primeira aplicação, embora de grande significado prático, é operação gráfica muito simples constituindo-se no posicionamento disciplinado de uma linha reta sobre a carta solar representativa da latitude do local. A sequência final apresenta: o chamado transferidor de ângulos de sombra que, sobreposto corretamente à carta solar, permitirá relacionar a sombra desejável com a geometria dos elementos de proteção solar capazes de promovê-la, sem, contudo, predeterminar a forma final dos brises-soleil; questões estéticas e construtivas deverão coadjuvar a definição final; os tipos de brises - horizontais, verticais e em grelha - e suas correspondentes máscaras assim como suas potencialidades de proteção em função da orientação das fachadas; e, finalmente, uma série de exercícios de fixação da aprendizagem. Em anexo apresentam-se, a carta solar para 16º Sul e o transferidor de ângulos de sombra, instrumentos básicos para o estudo da insolação e o projeto das proteções. A contribuição deste texto diz respeito à área de tecnologia do projeto. É, portanto, mais um instrumento à disposição do projetista. O seu uso não é determinante da arquitetura, mas, sem dúvida, poderá ser coadjuvante, como esperamos, na concepção de uma arquitetura mais qualificada, comprometida com seu usuário e com o meio ambiente.



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INTRODUÇÃO

"Embora Corbu viesse trabalhando no conceito das persianas para controle do sol muitos anos antes de 1936, o Ministério da Educação no Rio foi o primeiro grande edifício em que se fez pleno uso do dispositivo. Desde então, a combinação de uma parede de cortina de vidro protegida por uma grade de dispositivos de controle do sol, verticais, horizontais, circulares, etc, tem sido uma solução comum para os edifícios modernos. Bem projetada, essa cortina externa de persianas pode conservar o interior fresco sem obstruir muito a vista dos espaços externos. Até nos edifícios com ar condicionado, êsses dispositivos de controle do sol ajudam a reduzir sensivelmente a carga e a despesa do ar condicionado. Em todas as áreas tropicais e semitropicais do mundo, os brises-soleil de Corbu são agora um dispositivo arquitetônico aceito e de valor comprovado." [4]

O texto acima em epígrafe e a respectiva ilustração [1] foram especialmente escolhidos com o objetivo de salientar que, muito mais que um aparato técnico, as proteções solares são elementos da composição arquitetônica e, como tal, devem incorporar, na concepção original do projeto, as dimensões artísticas do objeto arquitetônico. Entender e manipular tecnicamente a questão da insolação e da geometria mais adequada para sua proteção é tarefa relativamente simples se comparada àquela outra, ou seja, incorporar tais subsídios à obra de arquitetura com sensibilidade artística. Se imaginarmos subtrair os brises-soleil do edifício do Ministério da Educação, acima ilustrado, pode-se perceber, com certeza, que a consequência não será apenas a redução de um aparato técnico, mas, principalmente, o empobrecimento da arquitetura, pois a obra foi concebida tomando partido plástico do referido aparato, ou seja, assumindo-o conceitualmente como um brise-soleil. Feito este preâmbulo que consideramos de grande relevância tendo em vista a fase de formação de conceitos no aprendizado do estudante de arquitetura passaremos a discorrer sobre alguns princípios e informações que sustentam a importância, especialmente em climas tropicais, da redução das cargas térmicas que penetram no espaço interno dos edifícios comprometendo sua habitabilidade ou elevando, desnecessária e onerosamente, os gastos energéticos com a climatização artificial.



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Parte da envolvente dos edifícios é constituida por fechamentos transparentes necessários não só para permitir o recurso à iluminação natural como também para oferecer ao usuário a visão do espaço exterior de grande significado psicológico. Nas últimas décadas, as extensas superfícies envidraçadas - as cortinas ou peles de vidro - têm comparecido com muita ênfase na arquitetura partindo muito mais para caracterizar uma linguagem plástica aceita e desejada pela sociedade - um modismo - do que para garantir as duas necessidades apontadas no início deste parágrafo. As novas soluções estruturais e construtivas têm permitido tais arroubos gerando as famosas caixas de cristal. No entanto, tais fechamentos transparentes são elementos frágeis de um edifício. Além de apresentarem transmissão térmica elevada e permitirem fácil passagem aos ruidos, são, invariavelmente, mais caros que os fechamentos opacos. Quanto à transmissão térmica são dois os inconvenientes: primeiro, suas espessuras sempre muito delgadas e sua condutibilidade térmica elevada facilitam a passagem do calor por condução e convecção derivando um aporte de carga térmica significativo; segundo, e mais importante para o presente texto, a sua transparência permite, obviamente, uma elevada transmissão da radiação solar - 0,85 da radiação incidente, normal à superfície, no caso do vidro plano comum [1] - que se transforma em calor interno. Os elementos internos, aquecidos, emitem radiações que, por suas características - radiações de onda larga - são refletidas pelo vidro, mantendo-se no espaço interior, provocando o aumento da temperatura do ar interno. Configura-se, assim, o chamado efeito estufa, inimigo implacável na perseguição da habitabilidade térmica em climas quentes. O projetista preocupado poderá recorrer a quatro alternativas para efetivar ações de controle solar e reduzir a carga térmica sobre o edifício [2]: a - orientação solar das fachadas e dimensão das áreas envidraçadas, b - proteções solares internas: persianas, cortinas, etc., c - vidros especiais, d - proteções solares externas: os brises-soleil. Na figura abaixo apresenta-se a eficiência relativa entre algumas dessas alternativas. Percebe-se, com facilidade, que as proteções internas assim como os vidros especiais têm uma eficiência reduzida quando se comparam com o resultado obtido com as proteções externas, isto é, os brises.

COMPARAÇÃO ENTRE ÁREAS DE ALGUNS FECHAMENTOS ENVIDRAÇADOS QUE DEIXAM PASSAR A MESMA QUANTIDADE DE ENERGIA SOLAR. Adaptado de [1].



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As proteções solares internas, persianas ou cortinas, só conseguem uma certa eficiência quando a cor de suas superfícies viradas para o exterior é branca ou muito clara devolvendo para fora, por reflexão, parte da radiação; com cores escuras o resultado é quase desprezível: ao absorverem a radiação, instauram o efeito estufa e passam a aquecer o ar interior. Quanto aos vidros especiais podemos fazer algumas breves considerações [2,3] que elucidem certos equívocos bastante comuns . Para melhor entendê-las acompanhe a leitura observando a figura e a tabela abaixo: - os vidros absorventes (vulgarmente chamados de "fumê") embora apresentem coeficientes de transmissão ( T ) que podem ser bastante reduzidos quanto mais escuros forem, têm, inversamente e em contrapartida, coeficientes de absorção ( A ) progressivamente elevados (vidro comum: T = 0,85 ; A = 0,07 ; vidro absorvente escuro: T = 0,09; A = 0,86). Essa barganha, que muitas vezes ilude os desavisados, resulta pouco eficiente pois, ao assumirem temperaturas bastante elevadas resultado da absorção (mais de 25º C acima da temperatura do ar exterior) transmitem para o interior ( Ai ), por radiação e convecção, boa parte do calor absorvido (40% ou bem mais quando há refrigeração e a temperatura interna é bem menor que a externa) além de se constituirem como superfícies quentes e radiantes de extremo desconforto para o corpo humano; - os vidros refletores conseguem boa eficiência quando refletem para o exterior grande parcela da radiação incidente ( R > 0,45 ); seu custo, por outro lado, é proporcional à sua capacidade de reflexão pois agregam películas especiais de reflexão seletiva (refletem as radiações invisíveis), bastante onerosas, inviabilizando sua adoção na maioria das vezes. Outra crítica diz respeito às reflexões provocadas e que passam a ser incomodativas aos usuários dos edifícios vizinhos assim como aos próprios transeuntes das vias públicas.

DESEMPENHO TÉRMICO DE ALGUNS VIDROS DIANTE DA RADIAÇÃO SOLAR

Tipos de Vidro T A R G ts

1. Comum 0,85 0,85

0,07 0,07

0,08 0,08

0,88 ta + 7,0 2. Absorvente Claro 0,52 0,41 0,07 0,68 ta + 23,3 3. Absorvente Médio 0,31 0,63 0,06 0,56 ta + 26,6 4. Absorvente Escuro 0,09 0,86 0,05 0,43 ta + 26,6 5. Refletor Médio 0,25 0,42 0,33 0,42 ta + 21,0 6. Refletor Escuro 0,11 0,42 0,47 0,28 ta + 22,8 7. Absorvente + Câmara de Ar + Comum 0,32 0,62 0,06 0,57 -----



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-------------------------------------------Legenda (adaptado de [1])-------------------------------------------------- T = coef. de transmissão (normal à superfície); G = coef global transmissão (G = T + 0,4 A) A = coef. de absorção (normal à sup); ta = temperatura do ar exterior (C) R = coef. de reflexão (normal à sup); ts = temperatura superficial máxima ao s Com estas considerações fica claro que a raiz do problema deve ser atacada e resolvida abordando as outras duas alternativas, pois só elas oferecem possibilidade de solução significativa: orientação adequada das fachadas com parcimônia, sempre que possível, nas dimensões das áreas envidraçadas e proteções exteriores, quando necessárias, convenientemente projetadas. Na tabela abaixo, pode-se verificar a eficiência comparativa entre as diversas alternativas de trato da questão. Os números apresentados são bastante elucidativos e a sua interpretação, acredita-se, pode ser extremamente pedagógica e persuasiva.

REDUÇÃO DA CARGA TÉRMICA NOS EDIFÍCIOS

Item Projeto Convencional Projeto Racional Redução _____________________________________________________________________

envidraçado 80/100% das fachadas 30/35% das fachadas 15% tipo de vidro comum antitérmico refletivo 8 a 15%

orientação solar

maior eixo: norte/sul maiores fachadas:

leste e oeste

maior eixo: leste/oeste maiores fachadas:

norte e sul

11%

proteção solar

inexistente

venezianas internas -----------------------

brises-soleil

15% -----------

30% iluminação fluorescente normal alta eficiência 5%

cores externas médias/escuras claras 5% carga total 100% 60 a 65% 35 a 40%

carga unitária 160 a 180 w/m2 100 a 120 w/m2 60 w/m2 ______________________________________________________________________

Fonte: Agência para Aplicação de Energia/SP - retirado de [7] O principal objetivo do presente texto de estudo da insolação dos edifícios e de suas proteções é proporcionar um instrumental para combater o problema na raiz eliminando ou reduzindo drasticamente a entrada da radiação solar direta, isto é, sombreando eficientemente as superfícies envidraçadas. Num país como o nosso quase todo de clima tropical, construir a sombra é uma necessidade básica para obter-se uma arquitetura comprometida com o homem e com o meio ambiente. Não pode ser apenas força de expressão mas sim uma postura consciente. Uma atitude consequente capaz, inclusive, de motivar a criação de novas formas arquitetônicas.



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A TERRA E O SOL A Terra gira em torno do Sol numa trajetória elíptica de pequena excentricidade, isto é, os focos da elipse situam-se muito perto entre si. O Sol posiciona-se num desses focos. O tempo dessa translação, como se sabe, é de 365 dias e 4 horas. Para efeito deste texto não iremos muito além no que diz respeito à astronomia, pois não será necessário para entender-se, suficientemente, a geometria da insolação. A Terra gira, também, em torno de seu próprio eixo caracterizando o movimento de rotação que provoca a ocorrência do dia e da noite no período de 24 horas. O ponto crucial, no entanto, da relação Terra-Sol é a posição relativa entre o eixo de rotação da Terra e o seu plano de translação em torno do Sol, ou seja, a eclíptica. A longa experiência didática no trato do assunto leva-nos a iniciar a abordagem da questão de forma hipotética como se segue. Caso o eixo de rotação fosse perpendicular à eclíptica, como se pode ver na ilustração abaixo, a posição relativa Terra-Sol seria idêntica para todos os momentos do movimento de translação, isto é, em todos os dias do ano o Sol nasceria exatamente no ponto cardeal Leste, por-se-ia exatamente a Oeste e faria sempre, ao longo de cada dia, um mesmo caminho no céu. Êsse caminho, invariavelmente um semicírculo, só sofreria alteração, mais "em pé" ou mais "deitado", caso o observador se deslocasse no sentido Norte ou Sul, isto é, mudasse de latitude. Um observador, posicionado no equador, veria o Sol subir do horizonte verticalmente passando, ao meio-dia, no ponto mais alto do céu, ou seja, no zênite; após o meio-dia, desceria, também verticalmente, sobre o horizonte oposto. Caso o observador se deslocasse, por exemplo, para uma latitude Sul de 45º , o plano que contém o semicírculo apresentar-se-ia "deitado" para Norte com a inclinação correspondente, ou seja, 45º . E se o observador se posicionasse no polo o semicírculo estaria completamente "deitado", isto é, confundir-se-ia com o horizonte; na verdade, o Sol giraria sobre o horizonte dando uma volta completa em 24 horas: não haveria nascer nem pôr do Sol, não seria dia nem noite!



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N S N S

Abóboda

Nesta hipótese não haveria estações, pois todos os dias do ano seríam iguais tendo o período diurno e noturno sempre a mesma duração de 12 horas em qualquer latitude. A região equatorial seria bem mais quente e as regiões de latitudes elevadas muito mais frias. A diversidade bioclimática seria muito mais reduzida. Talvez o ser humano nem existisse! A hipótese levantada cumpriu um objetivo didático de introduzir, com mais facilidade para o iniciante da matéria, a geometria da posição Terra-Sol. Na realidade o eixo de rotação da Terra faz com a eclíptica um ângulo de 23º e 27 minutos que, para efeito de simplificação, será arredondado para 23,5º . A Terra, ao girar em tôrno do Sol no movimento de translação, mantêm o referido eixo paralelo a si mesmo decorrendo daí que a posição relativa Terra-Sol modifica-se a cada dia, havendo, ao longo do ano, apenas dois momentos em que essa posição se repete com simetria entre os hemisférios. Na figura abaixo, que ilustra o fenômeno, os dois momentos referidos recebem o título de equinócios: a reta que une os centros da Terra e do Sol é perpendicular ao eixo de rotação da Terra. Só nesses dois momentos a posição Terra-Sol equivale à da hipótese levantada anteriormente, isto é, ambos os hemisférios recebem igualmente a radiação solar, a duração do dia é igual à da noite, 12 horas, e o Sol nasce e se põe exata e respectivamente a Leste e a Oeste.

Os outros dois pontos notáveis da translação ilustrados acima, os solstícios, têm características distintas e simétricas: num deles o hemisfério Norte está visivelmente mais insolarado que o hemisfério Sul e no outro, ao contrário, o Sul está mais insolarado que o Norte. No primeiro é verão no Norte e inverno no Sul; no segundo, inversamente, é verão no Sul e inverno no Norte. A geometria específica desses dois momentos opostos está representada na figura a seguir.



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Verifica-se que as posições dos paralelos notáveis -- Trópico de Câncer, Trópico de Capricórnio, Círculo Polar Ártico e Círculo Polar Antártico -- são decorrentes do ângulo que o eixo de rotação da Terra faz com a normal ao plano da eclíptica. Até agora consideramos o observador fora da Terra. Nessa posição identificam-se os movimentos de translação e de rotação do planeta estando o Sol num ponto fixo. Para podermos avançar no estudo precisamos reposicionar o observador situando-o sobre a superfície terrestre. Neste momento todo o sistema toma nova perspectiva, isto é, o Sol é que gira em volta da Terra "desenhando" sua trajetória no céu. Esse movimento aparente é, na verdade, aquilo que nós observamos cotidianamente embora saibamos, desde Copérnico e Galileu, que não é o Sol que roda em volta da Terra. A cada dia que passa essa trajetória altera-se paralela e gradativamente em função das sucessivas variações da posição relativa Terra-Sol. Ao longo de seis meses a trajetória "caminha" 47º ( 2 x 23,5 ) e nos seis meses seguintes volta sobre si mesma até atingir o ponto inicial ao completar o ciclo anual. Os momentos extremos são o solstício de verão e o solstício de inverno e o momento intermediário representa os equinócios, de primavera e de outono. Para efeito de simplificação do estudo os desenhos vão-se restringir a estas três trajetórias que representam os quatro momentos notáveis anteriormente mostrados. Nos desenhos ao lado e abaixo ilustra-se a explicação acima mostrando-se as projeções ortogonais (vistas de Leste para Oeste) representando diversas latitudes, do Equador ao Polo Sul, e a perspectiva do sistema para a latitude 30º Sul (Porto Alegre).



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obs:desenhos adaptados de[1].



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AS CARTAS SOLARES Para transformar-se este conhecimento em instrumental de projeto - a carta solar - é necessário optar-se por um sistema de projeção capaz de tornar coplanares aquelas informações tridimensionais, simplificando-as e operacionalizando-as. Assim, escolheu-se, entre outras (ortográfica horizontal, eqüidistante horizontal), a projeção estereográfica horizontal (Pleigel, 1954) por ser de simples entendimento e fácil graficação. Nos desenhos abaixo podemos entender o procedimento que permite projetar as trajetórias do Sol, que estão desenhadas na abóboda celeste, no plano do horizonte que se transforma no plano de projeção do sistema. Qualquer ponto da abóboda (A, B, C...) é projetado no plano de projeção por meio de uma reta que parte, invariavelmente, do ponto notável chamado nadir (centro de projeção) e que contém o ponto a ser projetado. Esta reta projetante, ao atravessar o plano de projeção, identifica nele um ponto (A', B', C'...) que é a projeção desejada. Estendendo-se tal procedimento a todos os pontos da trajetória do Sol obtém-se a projeção da referida trajetória no plano de projeção. O ponto nadir é simétrico do zênite que é o ponto superior da abóboda celeste. Na projeção estereográfica, os arcos de circunferência desenhados na abóboda projetam-se, também, sob a forma de arcos de circunferência decorrendo evidente simplicidade gráfica motivo principal da escolha deste tipo de projeção. Em situações limite, quando o arco passa pelo zênite e está contido em um plano perpendicular ao plano do horizonte, a projeção será uma simples linha reta.

Os desenhos anteriormente apresentados referem-se à latitude 16º Sul que é, por aproximação, a situação da cidade de Goiânia. Na perspectiva, e principalmente na vista ortogonal (de Leste para Oeste), pode-se resgatar as informações básicas iniciais,



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ou seja, a variação anual da trajetória do Sol ( 23,5º x 2 = 47º ) e a latitude do local expressa tanto na declinação entre a linha do horizonte e o polo Sul celeste como na declinação entre o zênite e o ponto B que representa o meio-dia na trajetória dos equinócios. O terceiro desenho representa o resultado final -- a carta solar -- ali graficada ainda de forma simplificada, isto é, apenas com as três trajetórias notáveis. Feitas todas estas explicações apresentamos, ao lado e abaixo, algumas cartas solares referentes a diversas latitudes. Nestes desenhos aparecem, além das três trajetórias notáveis, mais outras quatro referentes a datas intermediárias assim como as linhas determinantes da variação horária do Sol e os círculos concêntricos que identificam, em projeção, as alturas angulares da posição do Sol na abóboda celeste. O desenho maior, logo abaixo, é a carta solar para 16º Sul que foi mostrado antes de forma simplificada e que se utiliza para Goiânia. A carta ao lado, na qual se pode perceber a simetria das trajetórias a Norte e a Sul representa a latitude 0º graus, ou seja, a linha do Equador que passa perto de Belém e Manaus. Abaixo desta temos a de 24º Sul que é, por arredondamento, a referente ao Trópico de Capricórnio e que, por sua vez, passa em São Paulo. No canto inferior direito a carta de 40º Sul que passa abaixo de Mar del Plata na Argentina.

obs: desenhos retirados de [2].



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INSOLAÇÃO DE UMA FACHADA

Identificar os horários de insolação, pelo menos nas quatro datas notáveis das estações - solstícios e equinócios - de uma determinada fachada é a primeira aplicação do conhecimento já apresentado. Para tanto, é necessário, apenas, determinar a orientação da fachada em estudo e ter em mãos a carta solar referente à latitude do local. A orientação de uma fachada é dada pelo seu azimute que se constitue no ângulo que a normal à fachada faz (em planta) com o ponto cardeal Norte medido, sempre, no sentido horário a partir do Norte. É bom lembrar que o ponto cardeal é o Norte verdadeiro e não o Norte magnético indicado pela bússula. Há uma diferença angular significativa entre ambos. Em Goiânia, atualmente, essa declinação é, aproximadamente, de 17º (o Norte verdadeiro situa-se, a partir do Norte magnético, no sentido horário). Este valor altera-se em função do local e ao longo do tempo. Os desenhos abaixo ilustram as considerações que acabamos de fazer.

Determinado o azimute da fachada, no exemplo acima Az. = 45º , podemos introduzir tal informação na carta solar desenhando a normal à fachada e, ortogonal a esta, a linha-base da fachada a qual irá interceptar as trajetórias do Sol em determinados pontos a partir dos quais se deduz os horários procurados, como se vê no desenho abaixo. LEGENDA A (solstício de inverno - 22/jun): do nascer do Sol até às 14:30 h. B (equinócios - 23/set. e 21/mar.): do nascer do Sol até às 13:00 h. C (solstício de verão - 22/dez.): do nascer do Sol até às 11:30 h.

Quando o edifício tem planta retangular, como é o caso do esquema anterior, podemos rapidamente determinar os horários de insolação das outras fachadas visto que as fachadas adjacentes são ortogonais e as fachadas opostas são paralelas. Assim, se a fachada Nordeste tem Az. = 45 graus, a fachada Sudeste, adjacente à anterior no sentido horário, terá Az. = 45 + 90 = 135º . A fachada Sudoeste, oposta e paralela à primeira, terá Az. = 45 + 180 = 225º (ou, o que é a mesma coisa, como é adjacente à fachada Sudeste, Az. = 135 + 90 = 225º ). A fachada Noroeste, por sua vez, terá Az. = 45 + 270 = 315º . Todas estas informações ficam graficamente concentradas e simplificadas em duas únicas retas perpendiculares entre si sendo que cada uma representa duas fachadas opostas, pois seus azimutes são suplementares (+ 180º ), como se vê no desenho abaixo. Os horários de insolação das quatro fachadas estão identificados na tabela.

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Fachada Solst. de Inverno Equinócios Solst. de Verão ______________________________________________________________________

Nordeste (Az. 45º )

até às 14:30 h.

até às 13:00 h.

até às 11:30 h.

Sudeste (Az.135º )

até às 09:30 h.

até às 11:00 h.

até às 12:30 h.

Sudoeste (Az. 225º )

após as 14:30 h.

após as 13:00 h.

após as 11:30 h.

Noroeste (Az. 315º )

após as 09:30 h.

após as 11:00 h.

após as 12:30 h.

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O TRANSFERIDOR DE ÂNGULOS DE SOMBRA

Após o estudo da carta solar e da insolação de uma fachada, abordados nos ítens anteriores, passaremos a apresentar o segundo e último instrumento necessário para o projeto das proteções solares dos envidraçados: o Transferidor de Ângulos de Sombra. Uma fachada é um plano vertical (poderá não ser excepcionalmente) que "vê" metade da abóboda celeste. Considerando uma janela nessa fachada e um observador olhando por ela para o exterior o mesmo poderá ver a semi-abóboda olhando-a horizontalmente com uma varredura de 180º , 90 à direita e 90 à esquerda, assim como verticalmente da linha do horizonte até o zênite, com uma varredura de 90º . O Transferidor de Ângulos de Sombra proporciona reunir, em uma única projeção, tanto a graduação horizontal (180º ), quanto a graduação vertical (90º ). Para determinarmos a posição de um ponto qualquer situado nessa semi-abóboda em relação ao plano da fachada fazemos passar pelo referido ponto dois planos auxiliares: um vertical que secciona a semi-abóboda definindo um arco de 90º , e outro passando pela LT (linha de terra). Observe os desenhos abaixo: a perspectiva, as vistas lateral e superior e a projeção estereográfica da situação acima descrita. O plano PF é o plano da fachada; o plano PH é o plano do horizonte; o ponto P é o ponto na abóboda a determinar; o ponto P' é a projeção estereográfica do ponto P no plano de projeção (que é o próprio plano do horizonte) sendo que a projeção P' fica determinada no cruzamento do segmento OM (projeção estereográfica do arco ZPM) com o arco LP'T (projeção estereográfica do arco LPT); neste tipo de projeção cônica o ponto N (nadir) é o centro de projeção; o ponto Z é o zênite.



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Dadas as explicações acima, podemos, agora, apresentar o desenho final e completo do Transferidor de Ângulos de Sombra identificando, nele, o ponto P, acima referido, e acusando os ângulos horizontal (H) e vertical (V) que o referenciam ao plano da fachada. As linhas radiais, de 10 em 10º , demarcam a varredura horizontal de 180º , 90 à direita e 90 à esquerda. Os arcos, também de 10 em 10º , demarcam a varredura vertical, do horizonte até o zênite. Repare, abaixo, o desenho do Transferidor.

Para completar o entendimento do Transferidor de Ângulos de Sombra faremos, a seguir, uma primeira e simples aplicação de seu uso respondendo à seguinte pergunta: qual é a posição do Sol (ângulo horizontal e vertical), às 08:00 h. nos equinócios, relativa à fachada Nordeste (Az. 45º ) de um edifício localizado em Goiânia (lat. 16º Sul) mostrada no exemplo da página 12 ? E às 16:00 h. no solstício de verão em relação à fachada Sudoeste? No desenho abaixo, sem necessidade de maiores explicações (o desenho fala por si) identificam-se as respostas.



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PROTEÇÕES SOLARES HORIZONTAIS

As proteções solares horizontais, brises horizontais, são elementos cuja dimensão preponderante está em um eixo longitudinal horizontal, podendo constituir-se, inclusive, por placas inclinadas. As dimensões lineares e mesmo eventuais inclinações das placas que os constituem nada têm a ver com sua geometria de proteção. O estudo dos brises horizontais faz-se a partir da vista em corte pois é nessa representação que aparece, em verdadeira grandeza, o ângulo de sombra vertical que os mesmos proporcionam. O número de peças e seus desenhos não determinam o desempenho da proteção. Assim, caberá à intenção e às circunstâncias de cada projeto arquitetônico a opção pelo desenho mais conveniente. Reflita sobre estas afirmações observando os desenhos abaixo. Cada um dos brises tem desenho diferenciado mas qualquer um deles oferecerá a mesma proteção e o mesmo desempenho desde que o ângulo de sombra vertical seja o mesmo, apresentando, portanto, a mesma máscara.



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PROTEÇÕES SOLARES VERTICAIS

As proteções solares verticais, brises verticais, são elementos cuja dimensão preponderante está em um eixo longitudinal vertical, podendo constituir-se por placas de topo ou inclinadas à fachada. Como nas proteções horizontais, o número de elementos, suas dimensões lineares e formas não determinam seu desempenho. O arquiteto, mesmo tendo definido certo ângulo de sombra horizontal necessário, terá sempre vasta gama de opções geométricas para adequar suas intenções construtivas e plásticas. O estudo dos brises verticais faz-se a partir dos desenhos em planta pois é nessa representação que se obtém a verdadeira grandeza do ângulo de sombra horizontal. Observando os desenhos abaixo podemos refletir sobre o exposto acima.



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PROTEÇÕES SOLARES EM GRELHA

Os brises em grelha constituem-se em associações combinadas de proteções horizontais e verticais oferecendo tanto ângulo de sombra vertical quanto horizontal. O estudo dos brises em grelha faz-se a partir da vista em corte e da planta pois as sombras proporcionadas apresentam-se tanto em ângulo vertical quanto em ângulo horizontal. Observe, nos desenhos a seguir, dois exemplos de brises em grelha com a mesma capacidade de proteção, isto é, a mesma máscara.



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O edifício "Palácio da Justiça", em Goiânia, apresenta, na sua fachada Norte, um belo exemplo de um brise em grelha formado por um painel de módulos premoldados em concreto armado paralelo à fachada acompanhando a suave curva que esta faz a certo ponto. Na época do solstício de inverno, quando acontece a insolação máxima desta fachada, o resultado plástico do claro-escuro é de grande beleza. A cada momento do dia temos um desenho diferente elaborado pelo contraste luz e sombra.

EXERCÍCIOS

1) Considerando as quatro fachadas de um edifício cuja orientação é dada ao lado, identifique os azimutes e os horários de insolação de cada uma delas:

fachada solst. ver. equinócios solst. inv. A (Az = ) B (Az = ) C (Az = )

D (Az = )



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2) Considerando que nas fachadas A e B acima temos janelas protegidas por brises horizontais com ângulo de sombra vertical de 30º (e portanto, 60º aberto), identifique os horários de insolação dessas janelas: fachada solst. verão equinócios solst inverno A B 3) Idem para as fachadas C e D mas com ângulo de sombra vertical de 40º: fachada solst. verão equinócios solst inverno C D 4) Considerando uma fachada com azimute 340º e nessa fachada uma janela protegida com um brise horizontal com ângulo de sombra de 50º , pergunta-se: qual o ângulo de sombra horizontal mínimo para que não entre Sol nenhum à tarde? O brise vertical ficaria à direita (D) ou à esquerda (E) da janela? Resposta: _____º ; ( ). 5) Num determinado edifício temos uma fachada exatamente Norte (Az 0º ). Por uma opção de projeto decidiu-se sombrear totalmente esta fachada. Definiu-se, também, que a proteção solar deveria se constituir num brise em grelha. Partindo destas considerações surgiram duas geometrias de solução com o mesmo desempenho. Complete as lacunas a seguir: a) ângulo de sombra vertical = 60º + ângulo de sombra horizontal (dir/esq) = ___ º b) ângulo de sombra vertical = ___ º + ângulo de sombra horizontal (dir/esq) = 60º Observações: 1) Considere sempre Goiânia (16º Sul). 2) O observador olha de dentro para fora para decidir à direita ou à esquerda. 3) Brise horizontal >> ângulo de sombra vertical. Brise vertical >> ângulo de sombra horizontal.

BIBLIOGRAFIA



22

1. Rivero, R.; Arquitetura e Clima; Luzzatto Editores; 1986. 2. Koenigsberger, O. H.; Ingersoll, T. G.; Mayhew, A.; Szokolay, S. V.; Viviendas y Edificios en Zonas Cálidas y Tropicales; Paraninfo S/A; 1977. 3. Cavaleiro e Silva, A.; Malato, J. J.; Geometria da Insolação de Edificios; Laboratório Nacional de Engenharia Civil; 1969. 4. Blake, P.; Os Grandes Arquitetos, Vol. I, Le Corbusier e o Domínio da Forma; Distribuidora Record; 1966. 5. Mascaró, L. R.; Luz, Clima e Arquitetura; FAU/USP; 1978. 6. Basso, A.; Geometria de Insolação e Iluminação Solar (mimeo); UFSCar; 1994. 7. Construção - Minas Centro-Oeste (revista); Editora Pini; março/1992.

ANEXO I



23

Carta Solar para 16 graus Sul

Projeção Estereográfica Horizontal

Obs: desenho adaptado de [3]. ANEXO II



24

Transferidor de Ângulos de Sombra Projeção Estereográfica Horizontal



25

Obs: desenho adaptado de [3].

insolacao

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