proteções solares

Desempenho trmico de edificaes

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3 PROTEES SOLARES A incidncia da radiao direta e as sombras geradas por obstrues sero estudadas neste captulo. As protees solares so utilizadas quando a radiao direta no desejada dentro do ambiente. O traado das protees exige o conhecimento dos movimentos do Sol e da Terra, e de seus efeitos sob a viso do observador na terra. Este pode ser um ponto, uma reta, um plano como uma parede ou janela ou um volume, no caso de uma edificao. 3.1 MOVIMENTOS DA TERRA 3.1.1 Rotao A rotao ao redor de um eixo Norte-Sul, que passa por seus plos, origina o dia e a noite (Figura 52).

Figura 52. Rotao da Terra.

3.1.2 Translao ao redor do Sol A Terra realiza um movimento elptico ao redor do Sol conforme mostra a Figura 53.

Figura 53. Translao da Terra ao redor do Sol. O movimento de translao da Terra ao redor do Sol determina as quatro diferentes estaes do ano. A Tabela 5 apresenta a data de incio destas estaes no hemisfrio sul, bem como a sua denominao.

Tabela 5. Datas de incio das estaes do ano para o hemisfrio sul.

21 DEZ

21 JUN

21 MAR

21 SET


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Data Denominao 21 de maro Equincio de outono 21 de setembro Equincio de primavera 21 de junho Solstcio de inverno 21 de dezembro Solstcio de vero

Considere um observador sobre a terra, onde h um plano imaginrio onde o sol se projeta. A localizao do sol na abbada celeste pode ser identificada atravs de dois ngulos: a altura solar e o azimute. O azimute o ngulo que a projeo do sol faz com a direo norte enquanto a altura solar o ngulo que o sol faz com o plano horizontal. Neste estudo, ser considerada altura solar o seu ngulo complementar, ou seja, o ngulo que o sol faz com o znite.

Figura 54 - Projeo estereogrfica do sol sobre o plano do observador localizado em um ponto qualquer da Terra.

Para traar os diagramas solares, considera-se a Terra fixa e o Sol percorrendo a trajetria diria da abbada celeste, variando de caminho em funo da poca do ano, conforme mostra Figura 55. Nela, v-se os limites da trajetria anual que consistem nos solstcios de inverno de vero, enquanto a linha do meio indica o equincio.

S

N

L

a

h

znite

O

Nadir

Linha do horizonte

Abbada celeste


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Figura 55. Movimento aparente do Sol no hemisfrio sul. 3.2 DIAGRAMAS SOLARES Atravs das informaes mostradas at o momento e do conhecimento do traado de projeo estereogrfica (existem outros mtodos) pode-se traar os diagramas solares. A Figura 6 apresenta um exemplo de projeo estereogrfica para a latitude 27o Sul e a Figura 57, o diagrama solar para esta latitude.

Figura 56. Projeo estereogrfica para a latitude 27o Sul.

Figura 57. Diagrama solar para a latitude 27o Sul.

A Figura 58 apresenta o diagrama solar para a latitude 28o Sul, muito prxima latitude de Florianpolis (27o 35 Sul).


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Figura 58. Diagrama solar para Florianpolis (latitude 27o Sul), projeo estereogrfica. 3.3 GEOMETRIA SOLAR

A altura solar e o azimute so as informaes necessrias para projetar uma sombra em uma determinada hora. Desta forma, possvel controlar a implantao de uma piscina, ou mesmo de uma edificao, em um terreno, para que no seja sombreada pelo entorno.

A Figura 59 mostra um exemplo da sombra de um poste (AO) no piso, ou seja, de uma reta em um plano horizontal. O azimute (a) identificado a partir do Norte. Sobre o plano da linha do azimute, encontrada a altura solar (h). Uma reta paralela a OH traada sobre o ponto A. O encontro desta paralela com uma paralela linha do azimute, ou o encontro desta paralela com a prpria linha do azimute (AzO) gera o ponto A, que a projeo do ponto A na altura solar h e no azimute a. A sombra do poste a reta AO.

Azimute = 10o

Altura solar = 40o


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Figura 59: Sombra de um poste no piso. A Figura 60 mostra a construo da sombra de um muro sobre um plano vertical.

Considere o muro ABCD. Centralizando o ponto C sobre na origem, o azimute (a) identificado a partir do Norte. No plano que a linha do azimute (AzC) faz com a vertical, traada a altura solar (h). A reta encontrada (CH) a direo da radiao solar, cuja paralela deve passar sobre os vrtices A e B. Sobre os vrtices D e C traada uma reta paralela a AzC, j que estes pontos se encontram no plano do observador. Os pontos encontrados so A e B, no plano vertical, e C e D na linha de terra da vista em pura (linha comum ao plano vertical e horizontal). A sombra no plano horizontal formada pelo plano DCCD, enquanto a sombra no plano vertical formada pelo plano ABCD. Os pontos C e D seriam as projees dos vrtices A e B no piso caso no existisse o plano vertical.

Figura 60: Sombra de um muro em no piso e na parede. O princpio para sombras de um volume o mesmo. A sombra de uma edificao

construda ao traar as projees de seus vrtices, que depois so ligados formando as arestas da sombra projetada no plano horizontal. A Figura 61 mostra o processo, com o ponto C na

H

B

A

D

C

B

A

D

C

N

LS

O

h

a

AzD

C

H

A

O

N

LS

O

h

aAz

A


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origem. A partir da origem, so encontrados o azimute (a) e a altura solar (h). As paralelas direo do sol (CH) passando pelos vrtices do volume so as retas AA, BB, B1B1 e A1A1. O encontro destas com as retas paralelas direo do azimute (AzC, direo do sol no plano horizontal) so as sombras das arestas verticais dos volumes. A sombra do volume a unio das arestas, sendo ento formada pelo polgono C BAA1D1. A projeo da aresta B1C1, formada pela reta B1C1, est na rea de sombra e, portanto, no limita a sombra do volume.

Figura 61: Sombra de uma caixa (representando uma edificao simplificada) no

piso. 3.4 TRANSFERIDOR DE NGULOS Para facilitar o traado de mscaras deve-se utilizar o transferidor de ngulos apresentado na Figura 62.

Figura 62. Transferidor de ngulos.

10o

20o

30o

40o

50o

60o

90o

80o 70o

60o

50o

40o

30o

20o

10o 10o

20o

30o

40o

50o

60o

70o 80o

70o 80o

H

B

A

D

C

B

A

A1

N

LS

O

h

a

AzB1

A1

D1

C1

B1


46

3.5 ANLISE DE PROTEES SOLARES Entendido o movimento aparente do sol percebido por um observador na Terra, pode-se utilizar este conhecimento para o traado de protees solares (brises) que impeam a entrada de raios solares no interior do ambiente durante as horas do dia e os meses do ano em que se deseja esta proteo. O tipo de brise e suas dimenses so funo da eficincia desejada. Portanto, um brise ser considerado eficiente quando impedir a entrada de raios solares no perodo desejado. 3.5.1 Traado de mscaras Para projetar protees solares, a segunda informao que deve ser conhecida o tipo de mascaramento que cada tipo de brise proporciona. Portanto, o traado de mscaras a ferramenta utilizada no projeto de protees solares. 3.5.2 Brise horizontal infinito

Os brises horizontais impedem a entrada dos raios solares atravs da abertura a partir do ngulo de altitude solar. O traado do mascaramento proporcionado por este brise determinado em funo do ngulo e apresentado na Figura 63.

Figura 63. Mascaramento proporcionado pelo brise horizontal infinito.

Pode-se perceber que h incidncia do sol no interior do ambiente apenas quando o seu ngulo de altitude estiver entre a linha do horizonte e o ngulo .


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3.5.3 Brise vertical infinito

Os brises verticais impedem a entrada dos raios solares atravs da abertura a partir do ngulo de azimute solar. O traado do mascaramento proporcionado por este brise determinado em funo do ngulo e apresentado na Figura64.

Figura 64. Mascaramento proporcionado pelo brise vertical infinito.

Neste caso, a incidncia de raios solares no ambiente ocorre quando o ngulo de azimute solar est entre os dois ngulos determinados. Como em situaes reais difcil a existncia de brises que podem ser considerados infinitos, surge a necessidade de definio de um terceiro ngulo, o . Este ngulo limita o sombreamento produzido pelos ngulos e .


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3.5.4 Brise horizontal finito

Este tipo de brise tem a sua eficincia limitada pois a sua projeo lateral limitada pelos ngulos , como mostra a Figura65.

Figura 65. Mascaramento proporcionado pelo brise horizontal finito.

3.5.5 Brise vertical finito

Para o brise vertical o sombreamento produzido pelos ngulos ser limitado pelos ngulos , como mostra a Figura 66.


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Figura 66. Mascaramento proporcionado pelo brise vertical finito.

3.5.6 Brises mistos Atravs do mascaramento produzido pelos quatro tipos bsicos de brises apresentados anteriormente pode-se determinar o mascaramento para qualquer tipo de brise com diferentes combinaes de brises horizontais e verticais, conforme mostra a Figura67.

Figura 67. Brises mistos.

3.6 O PROGRAMA SOL-AR O programa Sol-Ar, desenvolvido pelo LabEEE, uma ferramenta para projeto de protees solares. Ele traa a mscara de sombra sobre a carta solar dados os ngulos , e (Figura 68). Indica tambm as temperaturas do arquivo TRY para cada localidade cadastrada (Figura 69) e fornece a Rosa dos Ventos do TRY (Figura 70). Atravs do Sol-Ar, possvel traar a mscara desejada para, posteriormente, partir para o projeto das protees solares.


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Figura 68: Carta solar para a latitude de Florianpolis e transferidor auxiliar com

mscara de proteo solar orientada a 20o do programa Sol-Ar.

Figura 69: Temperaturas horrias do primeiro semestre do TRY de Florianpolis (1963)

do programa Sol-Ar.


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Figura 70: Freqncia de ocorrncia do vento do TRY de Florianpolis (1963) do

programa Sol-Ar.

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