AUT 270 AULA 2 DESEMPENHO AMBIENTAL DA COBERTURA DA FAUUSP: CONFORTO TÉRMICO E ILUMINAÇÃO NATURAL
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- Therezinha Maria de Figueiredo Marreiro
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1 AUT 270 AULA 2 DESEMPENHO AMBIENTAL DA COBERTURA DA FAUUSP: Professora Roberta Kronka Mulfarth Professora Joana Carla Soares Goncalves Arq. Johnny Klemke (Mestrando da FAUUSP)
2 1. COLOCAÇÃO DO PROBLEMA
3 1. COLOCAÇÃO DO PROBLEMA SITUAÇÃO ATUAL: Desconforto térmico nas salas de aula e nos estúdios do prédio principal da FAUUSP. O desconforto acontece tanto devido ao frio (meses de inverno) quanto devido ao calor (meses de verão), mas as altas temperaturas nos ambientes citados desconcentram os alunos nos meses mais quentes do ano. É importante que o desconforto térmico pelas altas temperaturas seja resolvido com soluções de projeto que não interfiram visualmente na arquitetura, uma vez que a edificação é tombada por órgão de patrimônio histórico. A edificação é toda aberta e possui um átrio central que conecta os principais ambientes, portanto qualquer solução para a cobertura da FAUUSP tem impacto (menor ou maior) em todo o restante do prédio.
4 1. COLOCAÇÃO DO PROBLEMA Fonte:
5 1. COLOCAÇÃO DO PROBLEMA Fonte:
6 1. COLOCAÇÃO DO PROBLEMA Corte mostrando a cobertura da FAUUSP. Os domus possuem ventilação permanente, mas insuficiente para diminuir as temperaturas internas
7 1. COLOCAÇÃO DO PROBLEMA PROPOSTAS DE INVESTIGAÇÃO: Principal fonte de ganhos de calor é pela cobertura, portanto as soluções investigadas deveriam considerar, obrigatoriamente, alguma intervenção na cobertura da edificação. As soluções propostas eram: a.simples substituição do material translúcido da cobertura (domus), por algum produto com desempenho térmico superior ao atualmente utilizado. b.alteração do desenho dos domus da cobertura, possibilitando maior ventilação permanente. c.estudo de sombreamento da cobertura, visando è menor incidência de radiação solar direta sobre o material translúcido.
8 2. FERRAMENTAS UTILIZADAS PARA AS ANÁLISES
9 2. FERRAMENTAS UTILIZADAS PARA AS ANÁLISES
10 2. FERRAMENTAS UTILIZADAS PARA AS ANÁLISES
11 3. ALGORITMOS UTILIZADOS - TÉRMICA
12 4. DESENVOLVIMENTO DAS ANÁLISES - TÉRMICA
13 4. DESENVOLVIMENTO DAS ANÁLISES - TÉRMICA A modelagem tridimensional da edificação é o primeiro passo para o início das análises A edificação deve ser modelada de maneira que os fenômenos físicos estejam presentes (ainda que visualmente a edificação difira da realidade)
14 4. DESENVOLVIMENTO DAS ANÁLISES - TÉRMICA O zoneamento térmico é definido em função das características dos espaços (orientação, perfil de ocupação, cargas internas)
15 4. DESENVOLVIMENTO DAS ANÁLISES - TÉRMICA Deve-se aplicar um material para cada tipo de superfície (opaca ou translúcida). As características físicas desses materiais serão definidas posteriormente
16 4. DESENVOLVIMENTO DAS ANÁLISES - TÉRMICA ZONEAMENTO TÉRMICO E CONDIÇÕES EXISTENTES
17 4. DESENVOLVIMENTO DAS ANÁLISES - TÉRMICA CONDIÇÕES DE MODELAGEM DAS ANÁLISES TÉRMICAS Cenário 1 (Básico) Descrição Cenário de referência. Substituição dos domus atuais por material translúcido novo, com policarbonato simples. Objetivo e intervenção Estabelecimento de um cenário de referência para as análises seguintes. Dados do material: U = 5,5 W/m². C; FS = 80% Tvis = 20% para as salas de aula e Tvis = 50% para o restante da cobertura.
18 4. DESENVOLVIMENTO DAS ANÁLISES - TÉRMICA CONDIÇÕES DE MODELAGEM DAS ANÁLISES TÉRMICAS Cenário 2 Descrição Simples substituição do material translúcido da cobertura (domus) por um produto com desempenho térmico superior. Objetivo e intervenção Avaliação da diferença entre o desempenho do policarbonato simples e de um policarbonato duplo por meio de uma análise comparativa, ambos com aparência "leitosa" ao invés de transparente. Dados do material: U = 3,5 W/m². C; FS = 50% Tvis = 20% para as salas de aula e Tvis = 50% para o restante da cobertura.
19 4. DESENVOLVIMENTO DAS ANÁLISES - TÉRMICA CONDIÇÕES DE MODELAGEM DAS ANÁLISES TÉRMICAS Cenário 3 Descrição Alteração do desenho dos domus da cobertura, aumentando o espaço entre este e a estrutura de concreto no qual estão apoiados. Objetivo e intervenção Maior troca de ar com o meio externo (taxa de ventilação permanente) visando à diminuição das temperaturas operativas nos períodos mais quentes do ano. O aumento do espaço entre o domus e a estrutura de concreto passaria dos atuais 4 cm para 16 cm.
20 4. DESENVOLVIMENTO DAS ANÁLISES - TÉRMICA PROPOSTA 1: SIMPLES SUBSTITUIÇÃO DE MATERIAL TRANSLÚCIDO 40 C ACH Cenário 1 - policarbonato simples Semana típica de verão (11-17 Março) W/m² Temperaturas internas nos estúdios e nas salas de aula sempre maiores que a temperatura exterior, numa semana típica de verão SEG TER QUA QUI SEX SAB DOM 0 Global Radiation (W/m²) Estudio-3 Resultant Temp ( C) Estudio-3 External Aperture Flow Out (ach) External Temperature ( C) Sala-80X Resultant Temp ( C) Sala-80X External Aperture Flow Out (ach)
21 4. DESENVOLVIMENTO DAS ANÁLISES - TÉRMICA PROPOSTA 1: SIMPLES SUBSTITUIÇÃO DE MATERIAL TRANSLÚCIDO Temperaturas internas nos estúdios e nas salas de aula sempre maiores que a temperatura exterior C ACH Cenário 1 - policarbonato simples Dia típico de verão (Março) W/m² Global Radiation (W/m²) Estudio-3 Resultant Temp ( C) Estudio-3 External Aperture Flow Out (ach) External Temperature ( C) Sala-80X Resultant Temp ( C) Sala-80X External Aperture Flow Out (ach)
22 4. DESENVOLVIMENTO DAS ANÁLISES - TÉRMICA PROPOSTA 3: ALTERAÇÃO DO DESENHO DOS DOMUS (MAIS VENTILAÇÃO) 40 C ACH Cenário 3 - ventilação permanente a com h=16cm Semana típica de verão (11-17 Março) W/m² Temperaturas internas nos estúdios e nas salas de aula ainda maiores que a temperatura exterior, mas menores que na proposta SEG TER QUA QUI SEX SAB DOM 0 Global Radiation (W/m²) Estudio-3 Resultant Temp ( C) Estudio-3 External Aperture Flow Out (ach) External Temperature ( C) Sala-80X Resultant Temp ( C) Sala-80X External Aperture Flow Out (ach)
23 4. DESENVOLVIMENTO DAS ANÁLISES - TÉRMICA PROPOSTA 3: ALTERAÇÃO DO DESENHO DOS DOMUS (MAIS VENTILAÇÃO) Temperaturas internas nos estúdios e nas salas de aula ainda maiores que a temperatura exterior, mas menores que na proposta 1 C ACH Cenário 3 - ventilação permanente com h=16cm Dia típico de verão (Março) W/m² Global Radiation (W/m²) Estudio-3 Resultant Temp ( C) Estudio-3 External Aperture Flow Out (ach) External Temperature ( C) Sala-80X Resultant Temp ( C) Sala-80X External Aperture Flow Out (ach)
24 CONFORTO TÉRMICO DIA TÍPICO E ILUMINAÇÃO DE VERÃO NATURAL (MAR-15) - em período de aula Cenário 1 policarbonato/ou vidro simples - COM VENTILAÇÃO DOS DOMUS A 5%
25 CONFORTO TÉRMICO DIA TÍPICO E ILUMINAÇÃO DE VERÃO NATURAL (MAR-15) - em período de aula Cenário 2 policarbonato/ou vidro duplo - COM VENTILAÇÃO DOS DOMUS A 5%
26 CONFORTO TÉRMICO Cenário E ILUMINAÇÃO 1 - COM VENTILAÇÃO NATURAL DOS DOMUS A 30% DIA TÍPICO DE VERÃO (MAR-15) - em período de aula
27 Cenário 1 - COM VENTILAÇÃO DOS DOMUS A 5% DIA TÍPICO DE INVERNO (AGO-15) - em período de aula
28 CONFORTO TÉRMICO DIA TÍPICO E ILUMINAÇÃO DE INVERNO NATURAL (AGO-15) - em período de aula Cenário 2 policarbonato ou vidro duplo - COM VENTILAÇÃO DOS DOMUS A 5%
29 DESEMPENHO AMBIENTAL Cenário 1 DA - COM COBERTURA VENTILAÇÃO DA FAUUSP: DOS DOMUS A 30% CONFORTO TÉRMICO DIA TÍPICO E ILUMINAÇÃO DE INVERNO NATURAL (AGO-15) - em período de aula
30 4. DESENVOLVIMENTO DAS ANÁLISES - TÉRMICA PROPOSTA ADICIONAL: PROPOSIÇÃO DE SOMBREAMENTO DOS DOMUS Proposta apresentava alterações excessivas no projeto original da edificação e, provavelmente, não seria aprovada junto aos órgãos de patrimônio histórico
31 Quantidade de horas no ano ocupado DESEMPENHO AMBIENTAL DA COBERTURA DA FAUUSP: 4. DESENVOLVIMENTO DAS ANÁLISES - TÉRMICA FREQUÊNCIA DE OCORRÊNCIA DAS TEMPERATURAS AO LONGO DO ANO Estúdio Zona de conforto adaptativo ASHRAE < 15 < 16 < 17 < 18 < 19 < 20 < 21 < 22 < 23 < 24 < 25 < 26 < 27 < 28 < 29 < 30 < 31 < 32 > 32 Temperaturas operativas ( C) Cenário 1 Cenário 3
32 5. DESENVOLVIMENTO DAS ANÁLISES ILUMINAÇÃO NATURAL
33 5. DESENVOLVIMENTO DAS ANÁLISES ILUMINAÇÃO NATURAL CONDIÇÕES DE MODELAGEM DE ILUMINAÇÃO NATURAL: Método analítico desenvolvido com o auxílio de ferramentas de simulação computacional avançada, respeitando nível de confiabilidade semelhante ao que foi utilizado nas simulações de desempenho térmico. O modelo preparado para as simulações incluíram a inserção de todos os espaços da edificação. Foram geradas simulações nos seguintes períodos: dia de projeto de verão (21/03), sob céu claro, às 9:00 e às 15:00; e dia de projeto de inverno (21/8), sob céu encoberto, às 9:00 e às 15:00. Condição de céu encoberto, tipicamente, possui menor disponibilidade de luz externa difusa, portanto onde se espera o pior desempenho do edifício.
34 5. DESENVOLVIMENTO DAS ANÁLISES ILUMINAÇÃO NATURAL CONDIÇÕES DE NEBULOSIDADE AO LONGO DO ANO SÃO PAULO Predominância de condições de céu parcialmente encoberto ao longo do ano
35 5. DESENVOLVIMENTO DAS ANÁLISES ILUMINAÇÃO NATURAL CONDIÇÃO DE CÉU CLARO
36 5. DESENVOLVIMENTO DAS ANÁLISES ILUMINAÇÃO NATURAL CONDIÇÃO DE CÉU ENCOBERTO
37 5. DESENVOLVIMENTO DAS ANÁLISES ILUMINAÇÃO NATURAL Iluminâncias - 21 de março, 9h, céu claro
38 5. DESENVOLVIMENTO DAS ANÁLISES ILUMINAÇÃO NATURAL Iluminâncias - 21 de março, 15h, céu claro
39 5. DESENVOLVIMENTO DAS ANÁLISES ILUMINAÇÃO NATURAL Iluminâncias - 21 de março, 9h, céu ENCOBERTO
40 5. DESENVOLVIMENTO DAS ANÁLISES ILUMINAÇÃO NATURAL Luminâncias em céu claro, 21 de março, 9h - Estúdio 3
41 5. DESENVOLVIMENTO DAS ANÁLISES ILUMINAÇÃO NATURAL Luminâncias em céu claro, 21 de março, 9h - Estúdio 3
42 5. DESENVOLVIMENTO DAS ANÁLISES ILUMINAÇÃO NATURAL Luminâncias em céu encoberto, 21 de agosto, 9h - Estúdio 3
43 5. DESENVOLVIMENTO DAS ANÁLISES ILUMINAÇÃO NATURAL Luminâncias em céu encoberto, 21 de agosto, 9h - Estúdio 3
44 5. DESENVOLVIMENTO DAS ANÁLISES ILUMINAÇÃO NATURAL Luminâncias em céu claro, 21 de março, 9h Salão Caramelo
45 5. DESENVOLVIMENTO DAS ANÁLISES ILUMINAÇÃO NATURAL Luminâncias em céu claro, 21 de março, 9h Salão Caramelo
46 5. DESENVOLVIMENTO DAS ANÁLISES ILUMINAÇÃO NATURAL Luminâncias em céu encoberto, 21 de agosto, 9h Salão Caramelo
47 5. DESENVOLVIMENTO DAS ANÁLISES ILUMINAÇÃO NATURAL Luminâncias em céu encoberto, 21 de agosto, 9h Salão Caramelo
48 5. DESENVOLVIMENTO DAS ANÁLISES ILUMINAÇÃO NATURAL Luminâncias em céu claro, 21 de março, 9h Sala de aula
49 5. DESENVOLVIMENTO DAS ANÁLISES ILUMINAÇÃO NATURAL Luminâncias em céu claro, 21 de março, 9h Sala de aula
50 5. DESENVOLVIMENTO DAS ANÁLISES ILUMINAÇÃO NATURAL Luminâncias em céu encoberto, 21 de agosto, 9h Sala de aula
51 5. DESENVOLVIMENTO DAS ANÁLISES ILUMINAÇÃO NATURAL Luminâncias em céu encoberto, 21 de agosto, 9h Sala de aula
52 6. CONCLUSÕES
53 6. CONCLUSÕES A proposta que deu melhor resultado (redução das altas temperaturas) foi a que previa maior ventilação permanente pelos domus da cobertura, juntamente com o sombreamento dos mesmos. Porém, tal solução encontraria problemas de aprovação junto aos órgãos de patrimônio histórico. A melhor solução, portanto era a de ventilação apenas sem sobrecobertura. Devido à arquitetura da edificação, amplamente conectada com o meio externo nos pavimentos inferiores, não foi possível chegar a uma solução que contemplasse diminuição das altas temperaturas de verão e aumento das baixas temperaturas de inverno. Optou-se por privilegiar o conforto nos períodos mais quentes, considerando que nos períodos mais frios os ocupantes podem aumentar o próprio isolamento térmico devido à vestimenta utilizada.
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