CCET - DECArquitetura e Urbanismo

ConfortoAmbiental

Aplicação de Estratégias Bioclimáticas

Acadêmicos: Bruna Fonseca, Gabriela Guena, Raí Zanoni

Campo grande – MS09/04/09

UFMS – CCET – DECARQUITETURA E URBANISMO

Conforto Ambiental - 2009Professor: Wagner Augusto Andreasi

Estratégias Bioclimáticas

Ventilação; Massa térmica para resfriamento; Resfriamento evaporativo

Campo grande – MS09/04/09

ILUSTRAÇÕES

Projeto Casa autônoma

Croqui bioclimático da residência(Figura 01)

Esquema de estratégias utilizadas(Figura 02)

Fachada principal(Figura 03)

Fachada lateral(Figura 04)

Mapa de solos – a área em azul representa os solos hidromórficos(Figura 05)

Localização do conjunto(Figura 06)

Fachada(Figura 07)

Fachada(Figura 08)

SUMÁRIO

Introdução ...................................................................................................................... 1

1- Resfriamento evaporativo ......................................................................................... 2

1.1 Aplicação no Projeto .................................................................................... 5

2- Ventilação ................................................................................................................... 5

2.1 Aplicação no Projeto .................................................................................... 7

3- Massa térmica para resfriamento ............................................................................ 9

3.1 Aplicação no Projeto .................................................................................. 10

Conclusão ..................................................................................................................... 11

Referencias bibliográficas ........................................................................................... 12

1

INTRODUÇÃO

As Estratégias Bioclimáticas são um conjunto de regras ou medidas de caráter

geral destinadas a influenciarem a forma do edifício bem como os seus processos,

sistemas e componentes construtivos. As estratégias a adotadas num determinado

edifício ou projeto deverão ser selecionadas; tendo como objetivo a especificidade

climática do local, função do edifício, modo de ocupação e operação do mesmo, com o

objetivo de promoverem um bom desempenho em termos de adaptação ao clima.

21 – Resfriamento Evaporativo

O resfriamento por evaporação é um processo natural que consiste na redução da

temperatura do ar e elevação de sua umidade relativa através de mecanismos

simultâneos de transferência de calor e massa entre o ar e a água. Funciona através de

um processo adiabático, através do qual o ar passa sobre uma superfície molhada,

aumentando, assim a umidade relativa do ar. Por sua capacidade de armazenar calor, o

vapor recebe, por transferência, o calor do ar, baixando a temperatura real. O corpo

humano tem o potencial de perder mais calor por convecção ao ar que pela evaporação

do suor. Por isso, quando a temperatura diminui e a umidade aumente, pela aplicação do

processo adiabático de evaporação, o corpo pode perder mais calor com mais rapidez,

conseguindo assim um maior conforto.

A utilização de resfriamento evaporativo como estratégia pode ser feita através

de evaporação vegetal, fontes de água, ou qualquer recurso que gere evaporação da

água, e requer boa ventilação para evitar acúmulo excessivo de umidade no ar.

Essa estratégia pode atuar de duas maneiras distintas. De forma direta, pela entrada de

fluxo de ar úmido, induzido de forma natural para dentro da edificação ou por sistema

mecânico, podendo também originar-se pelo resfriamento do ar externo, por evaporação

de água, introduzida para dentro da edificação. Neste caso, a temperatura do ar interno é

reduzida, porém o seu conteúdo de umidade aumenta.

Fig. 1 Representação esquemática de um sistema de resfriamento evaporativo

direto por painel de contato.

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O resfriamento indireto ocorre quando se utiliza, por exemplo, isolamento da

cobertura com a introdução de tanques de água, ou mesmo ao borrifar água sobre o

telhado. São práticas que não resultam em aumento da umidade dentro do ambiente

interno. É um resfriamento passivo e indireto, que age tanto por resfriamento radiante

como convectivo na superfície da água. E, dependendo da espessura da lâmina de água

dentro do tanque, age como resfriamento passivo, resultando na redução da temperatura

interna em relação à temperatura externa, efeito causado pela redução do fluxo de calor

que efetivamente atravessa a laje da cobertura, pelo gasto de grande parte da energia no

próprio aquecimento da água e sua conseqüente evaporação.

Fig. 2 Resfriamento evaporativo indireto com trocador de calor do tipo placa.

A utilização do tipo de Resfriamento Evaporativo direto, segundo GIVONI (1992), só é

aconselhável para países desenvolvidos, quando a Temperatura de bulbo úmido máxima

apresenta-se em torno do valor de 22°C, e a Temperatura de bulbo seco máxima em

torno de 42°C. Nestas condições, a temperatura do ar resfriado pode chegar de 26 a

27°C, e a média da temperatura do ar interna poderá ficar entre 27 a 29°C. Em países

em desenvolvimento, em regiões quentes e secas, os limites superiores são da

Temperatura de bulbo úmido de 24°C e Temperatura de bulbo seco de 44°C,

respectivamente relacionados aos dados acima. Os limites do Resfriamento Evaporativo

Indireto, para países desenvolvidos, com a utilização de tanques de água na cobertura,

podem ser os mesmos que os adotados para países em desenvolvimento, com os valores

limites de Temperatura de bulbo úmido de 24°C e Temperatura de bulbo seco máximo

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de 44°C. Desta forma, os limites para a utilização do Resfriamento Indireto, para países

desenvolvidos, equiparam-se aos limites estabelecidos, considerando o fator de

aclimatação, do Resfriamento Evaporativo Direto, para países em desenvolvimento.

Quanto à climatização de ambientes, vários estudos envolvendo a aplicação do

resfriamento evaporativo, foram realizados. Em relação ao condicionamento do ar para

grandes ambientes industriais ou comerciais abertos, envolvendo cargas térmicas

elevadas, verificou-se que a utilização de sistemas evaporativos é altamente

recomendável. Estas condições impõem restrições ao uso de sistemas de ar

condicionado convencionais e favorecem o uso do resfriamento evaporativo. Outra

vantagem do uso de sistemas evaporativos para conforto térmico é o fato de apresentar

baixo consumo de energia comparativamente aos sistemas convencionais e ter

instalação, manutenção e operação simples, sendo facilmente integrável a

sistemas de condicionamento de ar já instalados. Além disso, uma vez

que os sistemas evaporativos trabalham com renovação total do ar, elimina-se a

recirculação e a proliferação de fungos e bactérias, problema comum nos aparelhos de

condicionamento de ar usuais. O custo médio inicial do sistema evaporativo também é

baixo, comparado a um sistema mecânico, tendo um serviço de manutenção

extremamente simples.

O resfriador evaporativo da figura a seguir possui um ventilador que aspira ar

externo através de um painel evaporativo especial, sobre o qual água é circulada

continuamente por uma pequena bomba. A água que evapora é reposta por uma bóia

que mantém nível constante no reservatório. O painel evaporativo do resfriador de ar é

composto por camadas de papel kraft de alta qualidade, ondulado, poroso, impregnado

com uma resina que lhe confere grande rigidez e durabilidade. Uma vez coladas, as

camadas formam blocos ou colméias de área superficial muito grande, que oferecem

baixa resistência ao fluxo de ar. O resultado é um equipamento de grande eficiência,

compacto, simples, durável e de baixa manutenção que produz ar limpo de excelente

qualidade, não saturado e resfriado em até 12°C abaixo da temperatura do ar externo.

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Fig. 3 Esquema do Funcionamento de um Resfriador Evaporativo

1.1 Aplicação no Projeto

Na casa autônoma a utilização da estratégia do resfriamento evaporativo se da

através da instalação de uma cascata, espelhos d’água e fontes. Ao passar por estas

superfícies molhadas, o ar tem sua umidade relativa aumentada, baixando a temperatura

ambiente. Além disso, o projeto possui efetivos recursos de ventilação, evitando assim o

acúmulo excessivo de umidade no ar, inevitável para que este mantenha sua qualidade

boa.

2 – Ventilação

A ventilação pode ser dividida em natural ou forçada. A ventilação natural ocorre

através da produção de diferenças de pressão naturais ou artificiais, e a ventilação

forçada, também chamada de ventilação mecânica, ocorre através da introdução de

ventiladores e condutas de admissão e exaustão.

A ventilação dos edifícios é, cada vez mais um fator com enorme importância no

desempenho energético das habitações. Principalmente com a mudança das técnicas de

construção, que visam reduzir a taxa de infiltração de ar nas habitações. Assim, ao

projetar uma habitação é sempre necessário prever certa taxa de ventilação, seguindo as

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seguintes necessidades: qualidade do ar interior, conforto térmico e prevenção de riscos

de condensação.

Para gerar ventilação é utilizado o fluxo normal do ar para ventilar o ambiente.

Isto pode ocorrer com o simples fato de proporcionar o cruzamento de ar na abertura de

portas, janelas, paredes e etc.

A ventilação natural ajuda de forma eficaz quando utilizada no interior das

edificações, proporcionando conforto térmico aos ocupantes e melhora a qualidade do ar

interno. A ventilação só obtém total eficiência quando se é trabalhada a posição,

número, tipo e tamanho das aberturas existentes para a passagem de ar e também á ação

combinada das forças do vento e das diferenças de temperatura.

Um exemplo de ventilação natural são

os galpões industriais e edificações

comerciais, onde é usual utilizar uma

opção de fazer aberturas nas coberturas

(lanternins), e também aberturas nas

fachadas, para além de uma boa

ventilação obter uma iluminação natural.

A velocidade de circulação do ar

no interior da edificação e as temperaturas superficiais internas são variáveis que podem

ser alteradas, por meio das estratégias arquitetônicas, sem a utilização dos equipamentos

mecânicos, para obter um melhor conforto térmico.

A ventilação natural permite projetos espaçosos e iluminados, e um aspecto

importante é a alta redução do custo energético da edificações e um clima interno mais

agradável.

Para que a ventilação seja uma estratégia suficiente para a obtenção de um

ambiente confortável, recursos de projeto devem ser utilizados, tais como:

Ter cuidado na forma e orientação da edificação: As características

arquitetônicas e construtivas dos edifícios têm uma influência determinante nas

condições de conforto interior. Um edifício que tenha sido projetado e construído sem

levar em conta as condições climáticas do local não poderá ser considerado um edifício

eficiente para proporcionar conforto aos seus moradores.

Projetar espaços fluidos: que pode ser obtido através da organização dos

ambientes de forma setorizada integrada por elementos vazados e de vidro (favorecendo

também na iluminação do ambiente).

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Facilitar a ventilação vertical: como já citado anteriormente, uma das soluções

seria o uso das lanterni, que são aberturas dispostas na cobertura de edificações, para

proporcionar ventilação e iluminação natural nos ambientes.

Utilizar elementos para direcionar o fluxo de ar para o interior do edifício.

O planejamento da ventilação de uma edificação deve aproveitar ao máximo os

ventos dominantes do local. Deve-se também levar em consideração a presença de

obstáculos e alguns fatores variáveis, como direção, velocidade, freqüência dos ventos e

diferenças de temperatura do ar interior e exterior.

Existem dois tipos de ventilação utilizadas nas construções de edifícios:

Ventilação unilateral: a ventilação unilateral consiste em uma única abertura ou

até mais de uma, mas na mesma parede do edifício. O problema desse tipo de ventilação

é a dificuldade para ocorrer a circulação de ar.

Ventilação cruzada: a ventilação cruzada é caracterizada pela localização das

aberturas de entrada e saída de ar situado nas paredes opostas ou adjacentes, facilitando

a circulação do ar.

A ventilação natural num edifício

construído é estudada pela ação combinada das

forças do vento e térmicas, considerando as

ventilações unilateral e cruzada. Avaliam-se os

parâmetros mais relevantes no fluxo de ar

através de aberturas existentes no ambiente.

O grande benefício desse tipo de

ventilação é que ela pode ser definida como

tendo fornecimento passivo de ar, que não utiliza máquinas, ou seja, não precisa de

energia elétrica para preservação do meio ambiente e diminuição substancial nos gastos

com a energia elétrica, sendo que quando bem organizada, a ventilação natural pode sim

prover grande conforto térmico para os morados ou freqüentadores do edifício

construído.

2.1 Aplicação no Projeto

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No projeto da Casa Autônoma, existem diretrizes a serem cumpridas em relação

ao processo de ventilação.

Para captar ventos frescos, utiliza-se da instalação de captores eólicos. O sistema

de ventilação eólica baseia-se em propriedades físicas e naturais, a convecção e

diferenças de pressão atmosférica. A convecção é um movimento natural dos fluidos,

que faz com que, no caso do ar, o ar quente suba, por ter menor densidade, e o ar frio

desça. Em um ambiente sem exaustão, exposto a irradiação solar, num primeiro

momento, antes do aquecimento do telhado, a sensação térmica é suportável, pois o ar

quente sobe, esfria no telhado e desce refrescando o ambiente. Porém, após algum

tempo, ao invés de resfriar o ar, o telhado passa a aquecê-lo, elevando a temperatura. O

sistema de ventilação eólica promove a retirada do ar quente do ambiente e injeta o ar

frio, melhorando consideravelmente o conforto térmico e a qualidade do ar. A energia

que move o sistema provém do vento, é grátis, limpa e infinita.

A precisão do dimensionamento de um sistema de geração eólica está diretamente

relacionada com a qualidade dos dados da incidência de ventos do local a ser

implantado o sistema. A coleta precisa dos dados de incidência dos ventos requer

aparelhos sofisticados de medição de velocidade e direção, além do armazenamento e

processamento destes dados. Um método mais simples de avaliação considera a

freqüência relativa das velocidades que é a variação percentual de tempo em que

determinada velocidade ocorreu. Este levantamento pode ser efetuado com um

anemômetro simples e a precisão dos dados é dada na razão direta da quantidade de

medições conseguida. O método proposto de dimensionamento pela freqüência relativa

nos indica a possibilidade de geração de 600 Wh/dia por turbina o que se enquadra na

previsão do sistema híbrido de 9/1 (90% de geração solar e 10% de geração eólica).

Para evitar os ventos secos, a solução está em bloquear os ventos que venham do

sudeste.

O Sistema de climatização aborda a climatização natural integrado com a

climatização mecânica através da utilização exclusiva da água com vaporizadores e

aspersores de fachada e telhado.

Todos essas soluções são elaboradas para que não seja necessário a utilização de

climatização por meios mecânicos. Para que seja minimizado o consumo energético.

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3 – Massa Térmica para resfriamento

Massa Térmica para resfriamento consiste no uso de grande quantidade de um

material, de preferência com grande massa térmica para promover a inércia térmica, ou

seja, amortecer e atrasar a ação da onda de calor. A inércia térmica depende das

características térmicas da envolvente e dos componentes construtivos internos. Quando

,por exemplo, a temperatura exterior, suposta inicialmente igual a temperatura interior,

se eleva, um certo fluxo de calor penetra na parede. Esse fluxo não atravessa a parede

imediatamente, antes aquecendo-a internamente.

A Inércia Térmica é responsável pelo retardamento da transferência de calor

externo para dentro da edificação, pois utiliza grande parte deste calor para aquecimento

da própria massa de sua envoltória, mantendo o ambiente interno com a temperatura

mais baixa (menor pico) durante o dia. À noite, o calor armazenado na massa por

reirradiação transfere-se tanto para o ambiente externo quanto para o interno. Pode-se

dizer que ocorre mudança do fluxo de troca de calor (resfriamento), no final do dia. Este

resfriamento é mais rápido na massa leve do que na massa pesada, que armazenou

maior quantidade de energia térmica, solicitando maior tempo para descarregá-la. A

temperatura comparativamente eleva-se à noite, internamente, mas nunca atinge o valor

máximo externo, diminuindo, desta forma, a amplitude térmica interna. Origina o

retardo térmico ("time-lag"), que é definido como o tempo de retardo entre o impacto de

uma variação diurna de temperatura, pela radiação sobre uma superfície externa, e a

variação de temperatura resultante sobre a superfície interna. Este índice varia com a

escolha do tipo de massa, seja leve, média ou pesada. A performance da edificação

depende da dosagem e distribuição adequada destas propriedades e do período de

utilização dos ambientes construídos, salientando a importância, na fase de projeto, do

atendimento destes requisitos para obtenção de conforto.

A propriedade térmica da massa que retrata a Inércia Térmica, modificando e

controlando o meio interno pelo armazenamento de maior ou menor energia pela

envoltória, é a Capacidade Térmica Volumétrica. (kJ/m3 K). É definida como a

quantidade de calor requerida para aumentar a temperatura de uma unidade de volume

de um material por uma diferença unitária na temperatura, e relaciona-se diretamente

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com a densidade do material. A capacidade térmica relaciona-se com outras variáveis,

tais como Condutância, Transmitância e Fator de ganho de calor solar, variando

conforme a espessura, o posicionamento, características de superfície e condições

externas, nunca atuando isoladamente.

3.1 Aplicação no Projeto

O projeto casa autônoma utiliza paredes com alta inércia térmica na fachada

voltada para noroeste, que é onde a incidência dos raios solares é maior (Figura 01). A

massa térmica que também inclui vegetação plantada nos beirais, absorve as ondas de

calor impedindo o aquecimento do interior da casa durante o dia. A noite esse calor

absorvido é distribuído entre o meio interno e externo. A aplicação de massa térmica no

projeto foi bem sucedida, foi utilizado tijolos de barro maciços, que garantem uma boa

inércia, na parede de proteção, como essa parede é a que recebe maior quantidade de

calor durante o dia, logo, caso ela não existisse, a temperatura interna da casa seria bem

mais elevada.

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CONCLUSÃO

O objetivo do projeto de Arquitetura Bioclimática é promover um ambiente construído

com conforto físico, sadio, agradável, adaptado ao clima local, que minimize o consumo

de energia convencional e exija instalação da menor potencia elétrica possível, o que

também gera uma minimização da quantidade de poluição produzida.

12REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

HERTZ, John B. Ecotécnicas em arquitetura: como projetar nos trópicos úmidos do Brasil. John B. Hertz. São Paulo: Pioneira Thomson Learning, 2003. 125p.

CORBELLA, Oscar. Em busca de uma arquitetura sustentável para os trópicos – conforto ambiental. Oscar Corbella. Rio de Janeiro: Revan, 2003. 288p.

NEUFERT, Ernst. Arte de projetar em arquitetura: princípios, normas e prescrições sobre construção, instalações, distribuição e programa de necessidades, dimensões de edifícios, locais e utensílios. Tradução da 21. Ed. Alemã. 5. Ed. São Paulo: Gustavo Gili do Brasil, 1976. 431p.

TOLEDO, E. Ventilação natural das edificações.

FROTA, Anésia Barros. SCHIFFER, Sueli Ramos. Manual de Conforto Térmico. Studio Nobel, 7ª edição.

SITES:www.casaautonoma.com.br