Elementos de proteção solar em edifícios no clima de Goiânia

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1 Resumo Elementos de proteção solar em edifícios no clima de Goiânia Marcos Alessandro Viana Instituto de Pós-Graduação - IPOG Este documento apresenta um estudo com o objetivo de estabelecer uma análise sobre o conforto térmico do ser humano, especificamente permitido aos usuários da arquitetura por intermédio dos elementos de proteção solar (brises de controle da iluminação natural) empregados nos edifícios contemporâneos com dimensão vertical na região de Goiás. Visa, portanto, a obtenção de conhecimento sobre as formas de proteção solar em regiões de clima quente proporcionada por meios técnicos, bem como o aprofundamento do conteúdo abordado no módulo de Iluminação Natural e Eficiência Energética e por consequência a conclusão do curso de especialização lato sensu em Iluminação e Design de Interiores. O estudo toma para análise o edifício RIZZO PLAZA localizado em Goiânia e pretende estabelecer alguns ensaios com o emprego virtual de proteções solares no edifício para analisar a eficiência sob aspectos do sombreamento e a qualidade estética Palavras-chave: Orientação; Artigos; Proteção solar, brises. 1. Introdução Com uma abordagem voltada especificamente para o clima da região de Goiânia, o estudo busca uma análise das variações climáticas específicas da região, e pretende apresentar exemplos de formas eficientes de proteção solar nos edifícios implantados nessa área. Para a apresentação desses estudos, serão expressas, análises de insolação e intervenção por meio da carta solar, baseando no estudo de um edifício localizado na cidade. Ao final dessas análises, será checada a eficiência das proteções e o resultado estético no conjunto arquitetônico do edifício escolhido. Desde a revolução industrial, com o domínio pleno do aço empregado na arquitetura, que permitiu o aumento dos pavimentos, algo antes inatingível devido os materiais empregados na estrutura não suportarem o peso de várias sobreposições, hoje os edifícios com múltiplos andares vem sendo utilizados como soluções de agenciamento do espaço. Visto que a arquitetura dispõe de diversas tecnologias em materiais que permitem o alcance de alturas nunca antes imaginado pelo homem, técnicas com o emprego do aço, o concreto de alto desempenho, e mais recentemente a fibra de carbono, este ultimo com um desempenho que supera inclusive o aço. A arquitetura dos arranha-céus traz efeitos diversos que, numa análise inicial, parece prioritariamente plástico e escultural. São poucos os exemplos de nítido aproveitamento do parâmetro da altura com vistas ao ambiente, ao conforto térmico e à economia. Em geral, atualmente parece difícil dissociar a decisão por um edifício monumental do predomínio da forma pela forma e o emprego das novas tecnologias em materiais por razões inexplicáveis. O uso de novas tecnologias com funções meramente estéticas e sem preocupações sob os aspectos de eficiência energética vem sendo condenado pelos defensores de uma arquitetura sustentável. É claro que a estética deve fazer parte da concepção arquitetônica, porém, arquitetura não pode funcionar como uma grande escultura, ela precisa ser confortável para os seus usuários e integrada ao meio onde for inserida. Diante da condição em que se encontra o planeta, devido ao processo de impactos ambientais causados pela destruição dos recursos naturais, a arquitetura desenvolvida dentro dos parâmetros da sustentabilidade ganha força

2 entre os arquitetos. Um tipo de arquitetura antes chamada de bioclimática, que se baseia na eficiência energética dos edifícios, ressaltando o máximo desempenho dos materiais empregados e a implantação do edifício em harmonia com o entorno integrando-se às paisagens naturais. Os princípios da arquitetura bioclimatica buscam conciliar a matéria, a forma e a energia, tirando partido de elementos estáticos, como localização geográfica e sítio, e elementos dinâmicos, como temperatura, ventos, umidade e radiação, utilizando ao máximo a energia de forma passiva, para assegurar o cumprimento dos requisitos de conforto ambiental preestabelecidos. (MASCARÓ, 1991). A elaboração de projetos energeticamente eficientes, através de uma arquitetura adaptada ao clima, considerando a iluminação natural integrada à artificial, na especificação de acabamentos e materiais adequados ao clima, no uso de ventilação natural, proteção solar, entre outros aspectos, são hoje (sempre foram), condicionantes imprescindíveis para a elaboração de uma arquitetura condizente com o nosso tempo. Dentro dos paradigmas estabelecidos pela arquitetura sustentável, um diz respeito aos diferentes meios de obtenção do conforto térmico nos edifícios, visto que a climatização de ambientes através de formas artificiais, como por exemplo, o uso de ar condicionado em grande escala nos edifícios em países de clima quente resulta em um grande gasto de energia elétrica. A insolação nos países de clima tropical como o nosso traz desconforto térmico aos que fazem uso da arquitetura. Resolver essa questão de forma inteligente implica em adaptar a arquitetura ao clima, através das boas orientações e de proteções solares. O estudo sobre as maneiras de se combater a insolação nos edifícios através das proteções solares aplicadas na arquitetura em climas com as características como as da região de Goiânia será o principal enfoque apresentado nesse trabalho. O estabelecimento da cidade de Goiânia para a análise nesse estudo visa essencialmente à compreensão do clima da cidade e suas variações durante o ano. É de extrema necessidade que os profissionais de arquitetura que estabelecem suas atividades na região em que a cidade está inserida, conheçam as particularidades climáticas da mesma, visto que a qualidade dos espaços arquitetônicos depende (além de diversos outros aspectos da arquitetura), do conforto térmico de seus usuários. A obtenção do conforto térmico nos ambientes nessa região é, de forma resumida, a garantia de uma temperatura amena, ou seja, dentro da zona de conforto durante o dia e o mesmo a noite. Um estudo de insolação será feito a partir da análise especifica de um edifício, o RIZZO PLAZA localizado em Goiânia. Um edifício comercial situado na região central da cidade que possui características arquitetônicas singulares. 2. Conforto térmico do corpo humano Para sentir-se confortável em um espaço arquitetônico, devem existir nos usuários da arquitetura, sensações físicas e psicológicas de bem estar. Os espaços arquitetônicos devem dotar de qualidade ambiental, garantindo uma temperatura confortável, um espaço agradável em termos de dimensões e estética, bem como qualidade sonora entre outros requisitos. Segundo a ASHRAE, Conforto Térmico é um estado de espírito que reflete a satisfação com o ambiente térmico que envolve a pessoa. Se o balanço de todas as trocas de calor for nulo e a temperatura da pele e suor estiverem dentro de certos limites, pode-se dizer que o homem sente Conforto Térmico. (LAMBERTS, 2004:6)

3 Quando ocorrem grandes variações de temperatura em qualquer ambiente, o organismo do ser humano tende a responder através de mecanismos para manter a temperatura interna do corpo estável. Estes que são chamados de Termo - reguladores buscam sempre a manutenção da temperatura média por volta de 37º C em condições saudáveis. Os mecanismos mais utilizados pelo corpo para a redução do calor interno são as perdas de calor por radiação e convecção, e a perspiração (suor), esse último sendo considerado o mais importante. Figura 1 Suor (Fonte: Multimídia LAMBERTS, Eficiência energética na arquitetura). Essas variações térmicas, além de provocarem o desconforto dos usuários do espaço, podem causar danos à saúde e até mesmo a morte. No caso do calor, esses mecanismos termos-reguladores são ativados com o objetivo de incrementar as perdas térmicas do corpo e também reduzir a produção interna do calor. (FERNANDES, 2007) Ao se conceber um espaço arquitetônico, é importante que o mesmo seja detentor das mais favoráveis formas de conforto. Pois, segundo (FERNANDES, 2007:34), Normalmente, da energia obtida pelo metabolismo, apenas cerca de 20% é utilizada, o restante é obrigatoriamente liberada sob a forma de calor. A quantidade necessária de dispersão de calor varia de acordo com a atividade desenvolvida, quanto mais forte for o ritmo da atividade, maiores terão de serem as perdas de calor. A insolação direta sobre as aberturas transmitem calor, gerando o aquecimento do ambiente, nas cidades com clima semelhante ao de Goiânia, onde há a prevalência das temperaturas elevadas em quase todo o ano, a proteção solar é imprescindível, portanto, nessas regiões, os edifícios devem garantir o conforto dos seus usuários pelo menos através do sombreamento, buscando uma interação perfeita entre eficiência das proteções solares e estética.

4 Figura 2 Exemplo de figura Fonte: OLGYAY, 1957, p. 19 retirado de FERNANDES O clima de Goiânia Goiânia está localizada no Planalto Central, 209 quilômetros a sudoeste da capital federal, Brasília. Mais precisamente na latitude 16º 41 sul, e na longitude 49º 17 oeste. A cidade possui, segundo o IBGE, (Censo 2010), cerca de de habitantes sendo o 13º município mais populoso do Brasil, A Região Metropolitana de Goiânia, de acordo com o censo de 2010, conta com de habitantes, e é a 10ª região metropolitana em número de população. Sobre o clima, em síntese, é certo dizer que a região possui apenas duas estações climáticas bem divididas durante o ano, uma estação chuvosa e um período seco, um aspecto característico da própria região localizada entre a linha imaginária da exotérmica dos 20ºC e o equador térmico. 4. O estudo de caso Figura 3 Parque urbano em Goiânia Fonte: Google imagens acessado em 2012 Para cumprir com o objetivo do trabalho e ilustrar de forma mais didática as análises de insolação nos edifícios, foi estabelecido um estudo de caso com análise da eficiência prática das proteções solares empregadas no mesmo. Um edifício na região central de Goiânia que constitui um marco de referencia na capital foi o objeto de estudo escolhido. Conhecido como Edifício Rizzo Plaza.

5 O edifício Rizzo Plaza, projetado por Plinio de Sousa Junior é um prédio comercial com 17 pavimentos construído para a sede da incorporadora Leonardo Rizzo em Goiânia, um edifício onde ver-se a ousadia estrutural em concreto armado bem evidente, esta característica que, juntamente com seus panos de vidros escuros e arcos dão ao edifício uma beleza moderna e sempre atual. A escolha se deu pelo fato de que a localização das fachadas envidraçadas do edifício instiga à análise da insolação incidente no prédio. Mesmo não contestando a qualidade estética da arquitetura, que a meu ver é bastante interessante, o estudo tem a pretensão de realizar somente uma análise técnica da insolação nas fachadas do prédio e posteriormente simular a implantação de proteções solares, buscando interferir o mínimo possível na conjuntura atual do edifício. 5. Localização do Rizzo Plaza Figura 4 Edifício Rizzo Plaza Fotografia: Autor O edifício localiza-se na região central de Goiânia, e se impõe como o maior edifício de seu entorno. Mais precisamente localizado no setor sul, onde não há grandes edifícios concorrentes na dimensão vertical, está sempre visível nos bairros adjacentes. A posição em que foi implantado facilita a análise de insolação, pois, o prédio possui a planta basicamente em forma retangular e suas fachadas estão orientadas quase que perpendicular aos eixos de localização norte, sul, leste e oeste. Figura 5 Localização Fonte: Google Earth, acessado

6 No edifício estudado, as fachadas que serão protegidas são: norte, sul e leste, pois sãos as que apresentam as maiores aberturas envidraçadas. A orientação das fachadas é importante para se definir a linha que será sobreposta na carta solar e a partir de então pode-se definir o azimute dela. O azimute por sua vez, corresponde ao ângulo perpendicular ao da fachada em relação à carta solar. No caso da fachada norte do Rizzo Plaza, por exemplo, o azimute corresponde à zero. Como mostra a figura: Figura 6 Localização Autor 6. As fachadas Como dito anteriormente, as fachadas do Rizzo Plaza exceto a oeste, são basicamente formadas por grandes painéis de vidros com películas negras. Estas fachadas é que dão identidade ao edifício. Apesar de transmitirem uma modernidade e beleza ao prédio, estes painéis de vidro deixam a radiação solar entrar nos ambientes, e geram o chamado efeito estufa provocando desconforto e gastos com climatização artificial. A fachada oeste não entrará no estudo de insolação, pois possui apenas aberturas mínimas que iluminam naturalmente o ramal de banheiros e circulações do edifício. As outras três mostradas nas figuras 9, 10 e 11, serão analisadas através da carta solar, juntamente com o transferidor de ângulos de sombreamento.

7 (Figura 7 Fachadas Norte, Sul, Leste e Oeste. Fonte: Autor Desenho elaborado em Revit Architecture)

8 7. A carta solar Figura 8 Carta Solar 16º Sul Adaptado de CAVALEIRO e SILVA, 1969, p. 85 e 91 Fonte: FERNANDES, 2007 Para a análise eficiente da insolação incidente nas fachadas do edifício será utilizado a carta solar, pois com essa ferramenta pode-se mostrar as variações anuais e diárias do caminho aparente do sol em um desenho conciso e chegar ao projeto de controle de insolação. O sistema de projeção única a carta solar proporciona uma informação simultânea dos movimentos anuais e diários que nenhum outro procedimento oferece e é absolutamente necessária para uma visão panorâmica da relação espaçotempo do caminho aparente do sol. (FERNANDES, 2007) Embora existam programas que podem ser utilizados pelos mais criteriosos que buscam uma perfeição milimétrica nos dados obtidos, a carta solar, juntamente com o Transferidor de ângulos de sombra ainda é bastante utilizada e aconselhada pelos mestres e corresponde perfeitamente às análises de insolação no que se refere à arquitetura. Através da carta solar, com um pouco de prática tem-se uma visão rápida da insolação nas fachadas do edifício, se tornando um instrumento prático nas decisões arquitetônicas. A figura 14 mostra a carta solar adaptada para Goiânia simplificada com o significado dos principais elementos. 8. Transferência de ângulos de sombra Para o projeto das proteções solares, precisamos alem da carta solar, do Transferidor de ângulos de sombra, segundo FERNANDES 2007, ele funciona sobrepondo-se à carta solar, e gradeia o céu visto da janela, dividindo-o em ângulos horizontais. O transferidor de ângulos de sombra é importante na prática porque é nele que vemos o ângulo de proteção na fachada e através disso determinamos a dimensão e o tipo de proteção a ser utilizado no edifício.

9 Figura 9 Transferidor de ângulos de sombra de CAVALEIRO e SILVA, 1969, p. 85 e 91 Fonte: FERNANDES, 2007 A seguir serão apresentados em seqüência as análises da insolação no edifício Rizzo Plaza e já servem de exemplo prático da utilização da carta solar juntamente com o transferidor de ângulos de sombra. 9. Análise da insolação das fachadas Figura 10 Estudo da fachada norte Adaptação do autor sobre a carta solar de CAVALEIRO e SILVA Fonte: FERNANDES, 2007

10 Ao analisarmos a trajetória do sol durante o dia no solstício de inverno, percebe-se que a fachada norte do Rizzo Plaza é atingida diretamente pelos raios solares durante todo o dia. Com a sobreposição do transferidor de ângulos de sombra à carta solar, podemos perceber que a proteção mais eficiente é por meio de elementos horizontais. O critério utilizado para o estabelecimento das dimensões das proteções foi o horário, pois se torna mais eficaz evitar a insolação a partir de determinada hora. A hora definida para a proteção foi a partir das 9:00h, rebatendo isso na carta solar, o limite obtido para a proteção foi as 15:00h. Como a fachada oeste não apresenta aberturas que justifiquem a implantação de proteções, a fachada norte se torna a com aberturas mais atingida, a partir da proteção desta fachada, podese obter uma proteção padrão de 42 º para as fachadas leste e sul, como se observa nas figuras que seguem: Figura 11 Estudo da fachada Sul Adaptação do autor sobre a carta solar de CAVALEIRO e SILVA Fonte: FERNANDES, 2007

11 10. Inserção das proteções Figura 12 Estudo da fachada Leste Adaptação do autor sobre a carta solar de CAVALEIRO e SILVA Fonte: FERNANDES, 2007 Diante dos estudos expressos até então, chego à proposta de proteções solares através do estabelecimento de brises horizontais. O modelo estabelecido para as três fachadas desprotegidas (Norte, Sul e Leste) é idêntico, embora tendo a consciência de que a melhor proteção para a fachada sul é o estabelecimento de planos verticais. Figura 13 Detalhes da proteção horizontal e aplicação Criação: Autor

12 11. Conclusão A justificativa para a implantação de brises horizontais também na fachada sul é de caráter estético, pois a proteção seria mínima nessa fachada, por outro lado, a proposta da intervenção nas fachadas do RIZZO PLAZA também é reduzir a insolação das fachadas críticas (Norte e Leste) más interferir o mínimo possível na conjuntura formal atual do edifício, que a meu ver, é interessante. A repetição da solução nas três fachadas conserva a simetria existente entre elas atualmente. As imagens elaboradas a partir de programa de computador mostram de forma clara a intervenção nas fachadas, bem como a intenção estética da proposta em preservar a forma do edifício, deixando as esquinas sem preenchimento e outros fatores como: a cor neutra para não ressaltar aos olhos dos observadores e o distanciamento entre os brises para deixar o vidro do edifício a mostra. Diante do resultado obtido no exercício, tornou-se claro que a busca da resolução técnica e cartesiana da insolação deve ser levada em consideração, porém, com bom senso e sensibilidade plástica. Concluindo, o Rizzo Plaza se caracterizou no exercício como um exemplo da solução técnica aliada a uma decisão arquitetônica. Referências EDWARDS, Brian e HYETT, Paul Guia Básico de la Sostenibilidad. Barcelona: Gustavo Gili, 2004 FERNANDES, Antônio Manuel C, P. Clima, Homem e Arquitetura. Goiânia: Trilhas Urbanas, 2006 FERNANDES, Antônio Manuel C, P. Arquitetura e sombreamento: parâmetros para a região climática de Goiânia Dissertação de Mestrado pela Faculdade de Arquitetura, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, 2007 MONTANER, Josep Maria. Modernidade Superada arquitetura, arte e pensamento do século XX. Barcelona: Gustavo Gili, 2001 YEANG, Ken. El Rascacielo Ecológico. Barcelona: Gustavo Gili, 2001 LAMBERTS, - Multimídia: Eficiência energética na arquitetura, 2001 MASCARÓ, Lúcia R. Energia da Edificação Estratégias para minimizar seu consumo. São Paulo: Projeto, LAMBERTS, R., L. DUTRA e F. O. R. PEREIRA. Eficiência energética na arquitetura. São Paulo/SP: ProLivros, 2 ed IBGE, censo 2010 Acessado em janeiro de

13 Anexos Imagens feitas no software REVIT ARCHITECTURE pelo autor.

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