Avaliação do comportamento térmico de um casa eficiente de interesse social localizada na zona bioclimática 2 brasileira: período de verão

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1 Avaliação do comportamento térmico de um casa eficiente de interesse social localizada na zona bioclimática 2 brasileira: período de verão Rayner Maurício e Silva Machado (1) Marcos Alberto Oss Vaghetti (2) Joaquim C. Pizzutti dos Santos (3) Andressa Roana Costa Schley (4) Lucas da Rosa Ribeiro (5) (1) Acadêmico do curso de Engenharia Civil - GEPETECS, UFSM. machyner@hotmail.com (2) Professor/Pesquisador do curso de Engenharia Civil - GEPETECS, UFSM. marcos.vaghetti@ufsm.br (3) Professor/Pesquisador do curso de Engenharia Civil - GEESE, UFSM. joaquimpizzutti@hotmail.com (4) Acadêmica do curso de Engenharia Sanitária e Ambiental - GEPETECS, UFSM. andressaroana@hotmail.com (5) Acadêmico do curso de Engenharia Civil - GEPETECS, UFSM. lucasribeiro952008@hotmail.com Resumo: O presente trabalho teve como objetivo analisar, durante o verão, o comportamento térmico do protótipo de Casa Popular Eficiente construído pelo Grupo de Estudo e Pesquisa em Tecnologias Sustentáveis (GEPETECS) no campus da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM). Foram avaliados os dados de temperatura interna e externa do protótipo obtidos através do uso de medidores de temperatura Hobo Data Logger em um período de 90 dias, sendo 45 dias com sistema de ventilação fechado e 45 dias aberto. O comportamento térmico da edificação frente às variações climáticas externas foi obtido a partir do cálculo do amortecimento térmico das temperaturas internas em relação às externas. Os resultados obtidos mostram que a sala e cozinha têm as maiores temperaturas internas e menor amortecimento térmico devido à orientação para oeste, o que indica a necessidade de maior proteção solar nessa fachada. A ventilação durante todo o dia prejudica o comportamento térmico de verão, diminuindo o amortecimento e diminuindo as diferenças entre as temperaturas internas e externas máximas, mostrando a maior conveniência de uma ventilação seletiva, com abertura apenas nos horários com temperaturas externas abaixo das internas. Palavras-chave: Comportamento térmico; Casa Popular; Medição em protótipo. Abstract: This study aimed to analyze, during the summer, the thermal behavior of the prototype Casa Popular Eficiente built by Group Study and Research in Sustainable Technologies (GEPETECS) at the Federal University of Santa Maria (UFSM). Were evaluated the data from internal and external temperature of the prototype through the use of temperature gauges Hobo Data Logger in a period of

2 90 days, being 45 days with closed ventilation and 45 days open system. The thermal behavior of the construction through external climatic variations was obtained from the calculation of the thermal damping of the internal temperature in relation to external. The results show that the living room and kitchen have the highest internal temperatures and lower thermal damping due to the orientation to the west, which indicates the need for greater sun protection to this facade. The ventilation throughout the day affect the thermal behavior of summer, decreasing the damping and the difference between maximum indoor and outdoor temperatures, showing the convenience of a selective ventilation, opening only in time with external temperatures is below internal. Keywords: Thermal behavior; Popular House; Measuring of prototype. 1. INTRODUÇÃO Devido ao recente processo de urbanização e crescimento populacional, típico de países em desenvolvimento, é perceptível a grande demanda brasileira por unidades habitacionais. Entretanto, resolver esse problema não é tão simples como parece, uma vez que a construção civil produz grandes impactos ambientais. O protótipo de Casa Popular Eficiente, construído pelo grupo de pesquisa GEPETCS na UFSM, visa permitir a análise dos diversos itens de desempenho de uma construção de baixo custo executada com materiais alternativos de baixo impacto ambiental, através da aplicação de técnicas que proporcionem uma melhor eficiência energética aliada a um baixo custo construtivo. A edificação foi construída na cidade de Santa Maria-RS, que pertence à zona bioclimática 2 brasileira, sendo uma região de clima temperado, chuvoso e quente, do tipo Cfa, de acordo com a classificação de Köppen-Geiger. Essas características são refletidas na configuração da envolvente, que entra no escopo de suprir as necessidades de aquecimento e resfriamento, que são proeminentes neste tipo de clima. 2. OBJETIVO O presente trabalho tem como objetivo principal verificar o comportamento térmico da Casa Popular Eficiente durante o período crítico do verão, a partir das medições de temperatura obtidas in loco, dessa forma identificando estratégias que minimizem eventuais deficiências no comportamento térmico da envoltória estudada. Dessa forma caracterizando a performance da edificação em função das temperaturas máximas, interna e externa, encontradas nos dias considerados, por meio das quais obteve-se o amortecimento térmico nas partições analisadas. 3. JUSTIFICATIVA Com o intuito de construir residências de baixo custo, atualmente opta-se por materiais de construção mais baratos, entretanto, estes materiais, em alguns casos, além de serem mais impactantes ao meio ambiente, não possuem um comportamento térmico adequado ao clima em que estão inseridos, levando os moradores a terem um elevado gasto de energia em busca do conforto térmico. Para Castro (2006, p.2), O edifício atua como mecanismo de controle das variáveis do clima, através de sua envoltória (paredes, piso, cobertura e aberturas) e dos elementos do entorno, e deve ser projetado de

3 modo a proporcionar conforto e eficiência energética. No entanto, Oliveira (2011) cita que a construção mais econômica tem como consequência a existência de perdas térmicas muito elevadas, e assim um consumo maior de energia. Desse modo, sendo a Casa Popular Eficiente, uma edificação que possui diretrizes construtivas que comtemplam a eficiente energética aliada a um baixo custo, observa-se a necessidade de verificar como é o comportamento térmico dessa edificação. 4. METODOLOGIA 4.1. Medições Para o monitoramento das temperaturas internas e externas do protótipo foram usados aparelho de medição de temperatura Hobo Data Logger, fabricados pela empresa ONSET Computer Corporation. São no total dez aparelhos, dois por ambiente interno (sala, cozinha e dois quartos) e um cabo ligado a outros dois aparelhos para o ambiente externo. Eles foram programados para coletarem a temperatura do ar durante 90 dias, com a edificação plenamente desocupada, com um intervalo de medição de 30 minutos, entre 21 de Dezembro de 2013 e 21 de Março de Nos primeiros 45 dias as medições foram feitas com as esquadria totalmente fechadas, já nos 45 dias subsequentes, as portas, vidros e basculantes, exceto as da cozinha, foram abertas, a fim de analisar a influência do sistema de ventilação sobre as variáveis térmicas do protótipo. Os registradores internos foram instalados a 1,2 metros do piso. Os sensores externos foram postos abaixo do beiral, protegidos da radiação solar direta. A Figura 1 apresenta a planta baixa do protótipo com a localização dos medidores. Legenda: = Hobo Data Logger Interno = Hobo Data Logger FIGURA 1- Planta Baixa com a localização dos medidores (Fonte: Vaghetti et al.,2013) Avaliação do comportamento térmico A análise do comportamento térmico foi feita a partir da comparação entre valores de temperaturas externas e internas e do amortecimento térmico da edificação, calculado através da Eq. (1), que relaciona a diferença entre a amplitude de variação de temperatura interna com a amplitude observada externamente, o que é um indicativo importante da resposta dos componentes construtivos da edificação frente às ações térmicas atuantes. Ti = 1- (1) Te

4 5. ANÁLISE DOS RESULTADOS A Figura 2 apresenta os dados de temperaturas, externas e internas, nos diversos ambientes monitorados, para o período de três dias em que a envolvente foi exposta à temperaturas críticas de verão, estando a edificação hermeticamente fechada (sistema fechado). A Figura 3 mostra o gráfico com as temperaturas que foram medidas no período crítico em que a edificação esteve submetida ao sistema aberto. FIGURA 2 Temperaturas internas e externa com sistema fechado. FIGURA 3 Temperaturas internas e externa com sistema aberto. Observa-se uma maior amplitude térmica das temperaturas externas no segundo período, o que se refletiu na maior amplitude das temperaturas internas, fenômeno que foi acentuado pela abertura de

5 ventilação ser permanente nesses dias, resultando em um menor amortecimento das variações externas. No final do primeiro período observa-se uma entrada de frente fria, fenômeno típico da região em que o estudo foi conduzido, o que influenciou em um pequeno decréscimo na temperatura interna dos ambientes no último dia considerado desse período. Nos dois períodos a influência da incidência da radiação solar é marcante, com maiores temperaturas e amplitudes térmicas nos ambientes com maior incidência solar, o que indica que o controle desse ganho térmico é determinante para um maior conforto no período quente, devendo-se atentar para proteções que permitam a abertura na estação fria do ano, característica do clima dessa região. O uso de vegetação, quando previsto em projeto, deve ser implementado durante a execução das edificações, pois faz parte importante da solução com relação a comportamento térmico das mesmas Avaliação do comportamento térmico A partir dos dados das Figuras 2 e 3, foi estruturada a Tabela 1 com o resumo dos principais dados necessários para essa análise, sendo detalhado, tanto para o período fechado como período aberto, o dia crítico, ou seja, o dia mais quente do período de medição. Para o primeiro período (casa fechada) o dia adotado foi 24 de janeiro que apresentou temperatura máxima de 37,66 C e mínima de 24,21 C. Para o segundo período (casa aberta) foi adotado o dia 07 de fevereiro, com temperatura máxima de 39,9 C e mínima de 24,02 C. Sendo o dia crítico, em ambos os períodos, precedido por dois dias com temperaturas semelhantes. Ambiente Data 1º PERÍODO - CASA FECHADA Temperatura máxima (ºC) Temperatura mínima (ºC) Amplitude (ºC) EXTERNO 24/jan 37,660 24,210 13,45 Amortecimento QUARTO FUNDO 24/jan 33,800 30,105 3,695 72,53% QUARTO FRENTE 24/jan 35,275 30,715 4,560 66,10% COZINHA 24/jan 35,060 29,900 5,160 61,64% SALA 24/jan 35,485 30,105 5,380 60,00% 2º PERÍODO - CASA ABERTA Ambiente Data Temperatura Temperatura Amplitude máxima (ºC) mínima (ºC) (ºC) Amortecimento EXTERNO 07/fev 39,900 24,015 15,885 QUARTO FUNDO 07/fev 35,060 28,310 6,750 57,51% QUARTO FRENTE 07/fev 36,565 29,100 7,465 53,01% COZINHA 07/fev 37,660 28,310 9,350 41,14% SALA 07/fev 37,660 28,505 9,155 42,37% TABELA 1 Temperaturas internas e externas e amortecimento nos diferentes ambientes.

6 A Figura 4 mostra os gráficos de variação das temperaturas máximas para os diversos ambientes da edificação no período crítico dos dois períodos considerados na análise, enquanto a Figura 5 apresenta os valores de amortecimento nos diversos ambientes. FIGURA 4 Temperaturas máximas externa e internas (a)sistema fechado (b)sistema aberto. FIGURA 5 - Amortecimento da temperatura interna dos ambientes Nos dois períodos analisados, foi possível observar que a sala e a cozinha foram os ambientes com menor amortecimento e maior temperatura interna medida, devido principalmente à maior influência da radiação solar, por estarem posicionados com suas paredes externas voltadas ao norte e oeste. Já o dormitório do fundo é o ambiente com a menor temperatura máxima interna medida e o maior amortecimento, pois a posição geográfica desse quarto com suas paredes externas voltadas ao sul e leste influencia positivamente no período quente. Proteções solares nos fechamentos opacos orientados a Oeste podem trazer melhoras importantes no comportamento térmico no período de verão. Nesse caso está previsto o plantio de vegetação com folhas caducifólias na fachada oeste. Em todos os ambientes a amplitude térmica é maior, com menor amortecimento, quando a ventilação está aberta durante todo o dia. Esse fato indica a necessidade de controle da ventilação, com abertura apenas nos horários com temperaturas externas mais frescas do dia, caso contrário os ganhos térmicos

7 por ventilação durante os horários mais quentes prejudicam o bom comportamento térmico da edificação. O amortecimento térmico médio do protótipo no período quente analisado é de %, com ventilação fechada, o que indica um amortecimento alto das variações de temperaturas externas para uma edificação de interesse social. Com ventilação aberta todo o dia esse valor baixa para 48,50 %. 6. CONSIDERAÇÕES FINAIS Através da análise dos dados nota-se que a grande amplitude térmica, do ambiente externo, resulta na necessidade da adoção de estratégias que proporcionem uma boa inércia térmica às partições que são mais exigidas pelas ações térmicas, para que desse modo sejam capazes de suportar os extremos térmicos aos quais serão exigidos, amortecendo parte das temperaturas resultantes e estendendo o tempo em que essas ações são sentidas internamente. Nos dois períodos analisados, o comportamento térmico dos ambientes tem relação direta com a intensidade da radiação solar incidente nos fechamentos dos mesmos, independentemente da existência de fechamentos transparentes nas fachadas, sendo importante a previsão nos projeto e na execução de conjuntos residenciais, de proteções vegetais, que tem baixo custo e grande eficiência. No período analisado foi medido um amortecimento térmico médio da edificação de 65,07%, com ventilação fechada, um valor significativo para uma edificação construída focada no baixo custo e com materiais de baixo impacto ambiental, o que limita as opções a serem consideradas na especificação dos materiais construtivos. A abertura do sistema de ventilação durante todo o dia acarretou um aumento na amplitude térmica interna, com menor amortecimento térmico da edificação, com média de 48,50%. Isso fortalece a ideia de que há necessidade de ventilação seletiva, através do uso inteligente dos fechamentos herméticos objetivando a mínima admissão de cargas térmicas e proporcionando uma ventilação cruzada de melhor qualidade. 7. REFERÊNCIAS CASTRO, A. P. A. S. Desempenho térmico de vidros utilizados na construção civil: Estudo em células-teste. Tese de doutorado - Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo, da Universidade Estadual de Campinas, Campinas, São Paulo, Brasil p. OLIVEIRA, N. M. D. de. Estudo do comportamento térmico de um edifício utilizando o programa RCCTE-STE. Dissertação de mestrado (Engenharia Mecânica) Universidade Nova de Lisboa, Portugal p. VAGHETTI, M.A.O. et al. Casa Popular Eficiente: um benefício ambiental aliado a um custo mínimo. Santa Maria: UFSM, Projeto de Pesquisa (Protocolo GAP/CT nº 28582).