MEDIÇÃO DA REFLETÂNCIA E ANÁLISE DE SUA INFLUÊNCIA NOS MATERIAIS CONSTRUTIVOS DA ENVOLTÓRIA DA EDIFICAÇÃO

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1 MEDIÇÃO DA REFLETÂNCIA E ANÁLISE DE SUA INFLUÊNCIA NOS MATERIAIS CONSTRUTIVOS DA ENVOLTÓRIA DA EDIFICAÇÃO Guilherme Kato Rodrigues Faculdade de Engenharia Civil CEATEC guilherme.kr@puccamp.edu.br Claudia Cotrim Pezzuto Grupo de Pesquisa Eficiência Energética CEATEC claudiapezzuto@puc-campinas.edu.br Resumo: Uma estratégia de mitigar o efeito da ilha de calor que atinge muitas cidades brasileiras é a diminuição da temperatura superficial dos materiais. Este artigo aborda análises de refletâncias de materiais presentes em fachadas comerciais através de medições em diferentes tonalidades de cimento cinza. Para tanto, foram confeccionadas amostras de argamassas de cimento cinza com diferentes tonalidades de pó xadrez (amarelo, azul, verde, vermelho, marrom e preto) e uma sem adição de pigmento. Para as análises foi utilizado o Espectrômetro Portátil ALTA II o qual mede refletâncias em diferentes comprimentos de ondas. Observou-se que para as amostras escuras (marrom e preta) e para a vermelha, as curvas espectrais apresentaram comportamentos altos de absortâncias totais acima dos 85%; já para as tonalidades verde, azul, amarela e sem pigmentação, as curvas espectrais de absortância apresentaram-se mais inferiores. Palavras-chave: refletância, absortância, espectrômetro portátil Área do Conhecimento: Engenharias Engenharia Civil Construção Civil. 1. INTRODUÇÃO Como o território brasileiro recebe intensa insolação na maior parte do ano, as construções e mais especificamente o envelope construtivo devem ser bem projetados de modo a proporcionar maior conforto aos usuários e melhoria na eficiência energética. O envelope do edifício é o que separa o ambiente interior do exterior de uma edificação. É o fator chave que determina a qualidade e controla as condições interiores, independentemente das condições exteriores. Vários componentes, tais como paredes, superfícies, telhado, isolamento térmico, massa térmica, dispositivos externos de sombreamento, entre outros compõem esta parte importante de qualquer construção Sadineni, Madala e Boehm [1]. Estudos indicam que a diminuição da temperatura superficial dos materiais contribui diretamente para a mitigação dos efeitos negativos das ilhas de calor. Ou seja, o albedo ou refletância dos materiais utilizados em coberturas e envoltórias de edifícios é uma das variáveis responsáveis por seu ganho de calor, pois representa a porção da radiação solar incidente, que é refletida pelo material segundo Ferreira e Prado [2] e Prado e Ferreira [3]. A absortância solar é definida como a razão entre a energia solar absorvida pela superfície e o total da energia solar incidente na mesma superfície [4]. O valor da absortância depende diretamente do acabamento da superfície, sendo que em edificações esse acabamento final é muitas vezes obtido por meio de pintura com tintas industrializadas. Já refletância solar, é obtida pela razão entre a taxa de radiação solar absorvida pela superfície e a taxa de radiação solar incidente sobre a mesma superfície [5]. De acordo com Dornelles [6], a incidência da radiação solar sobre os edifícios constitui sua maior fonte de ganhos térmicos. Neste sentido, o meio natural mais eficaz para reduzir ganhos de calor nas edificações é controlar e minimizar a radiação solar que atinge o envelope construtivo ou reduzir sua absorção pelo edifício. Outro fator que influencia no ganho de energia térmica é o sombreamento presente ou não sobre o edifício. Segundo os autores Melo e Lamberts [7], a orientação da fachada é importantíssima haja vista que dependendo da época do ano, algumas paredes recebem maior incidência que outras. Fato este que irá influenciar no valor da carga térmica total que é transferida para o interior da construção. Com a orientação adequada, a carga térmica incidente poderá ser reduzida, o que consequentemente irá melhorar sua eficiência energética. Santamouris, Synnefa e Karlessi [8] relata que as medições de albedo ou refletância dos materiais podem ser obtidas através de 3 métodos: medições através do espectrofotômetro com esfera integradora, medições através dos espectrômetros

2 portáteis e medições através de piranômetros para medições em superfícies de grandes áreas. O aparelho espectrômetro portátil ALTA II é muito útil e eficaz, haja vista seu baixo custo e sua leveza se comparado a outros medidores de comprimentos de onda. Ainda segundo Dornelles [6], a utilização do espectrômetro ALTA II para estimar a absortância solar em superfícies opacas apresenta resultados próximos aos obtidos através do método utilizando espectrofotômetro, com uma margem de erro 7%. instrumento mede a refletância em onze comprimentos de ondas sendo sete comprimentos na região do visível: 470nm (Blue), 525nm (Cyan), 560nm (Green), 585nm (Yellow), 600nm (Orange), 645nm (Red), 700nm (Deep Red), e quatro na região do infravermelho: 735nm (IR1), 810nm (IR2), 880nm(IR3) e 940nm (IR4). 2. OBJETIVO O presente estudo tem como objetivo geral analisar a refletância das amostras de diferentes cores com superfícies opacas de cimento cinza. Os valores analisados foram obtidos através do aparelho Espectrômetro Portátil ALTA II. 3. METODOLOGIA Para atingir o objetivo deste projeto, foram confeccionadas amostras de cimento cinza retangulares sem acabamento superficial, apenas com superfícies lisas, nas seguintes dimensões: 10 cm de largura, 20 cm de comprimento e 6,2 cm de altura. Na mistura das amostras de argamassa foi utilizado pó xadrez para a pigmentação. Para cada uma das mostra, foi misturado pó xadrez em sua mistura a fim de dar cor, nas tonalidades: amarelo, azul, verde, vermelho, marrom e preto. Foi feita também uma amostra de cimento na sua cor pura sem mistura com o pó xadrez. Ao total foram 07 amostras analisadas como segue o quadro 1. Quadro 1: Amostras confeccionadas para medição das refletâncias totais e absortâncias totais. Imagem Tipo de Cimento Tonalidade Cinza Puro (sem mistura) Pigmento Amarelo Amarelo escuro Azul claro Pigmento Azul Pigmento Verde Verde Acinzentado Pigmento escuro Marrom Pigmento Marrom Pigmento Preto Acinzentado Preto 3.1. Equipamentos e procedimentos de medições A coleta de dados desta pesquisa foi feita utilizando o Espectrômetro Portátil ALTA II (figura 1). Este Figura 1. Vista Frontal do Espectrômetro Portátil ALTA II Para a coleta de dados, confeccionou-se uma câmara escura (Figura 2) para serem feitas as medições em seu interior, impedindo qualquer tipo de infiltração da luz e resultados mais precisos. Esta câmara é importantíssima para que não ocorram infiltrações de luz pelas bordas do espectrômetro e consequentemente perda da sensibilidade do detector à luz emitida pelo aparelho. Figura 2. Câmara Escura utilizada para coleta de dados O método de cálculo foi adotado os procedimentos de Dos Santos, Marinoski e Lamberts [9] o qual corrige a intensidade de radiação solar para cada comprimento de onda, a partir do espectro solar padrão adotado conforme ASTM [10]. Todas as medidas foram feitas no interior da câmara escura, utilizando o aparelho sobre a superfície da amostra escolhida. Inicialmente foi utilizado como valores de referência para o fundo branco, cinco folhas de papel branco comum (Ripax, 75g/m³). Em seguida foram feitas 3 medições dos comprimentos de onda para cada região da amostra, sendo que foram feitas em 3 diferentes locais na mesma

3 amostra, de modo a se obter um valor médio geral da amostra. Este procedimento de medição se repetiu para cada uma das cores das amostras. 4. ANALISE DOS RESULTADOS Na figura 3, encontram-se os resultados das absortância obtidas através das medições no Espectrômetro Portátil ALTA II, para as cores com pigmentação e cor pura. Figura 3: Curvas espectrais das absortâncias nas amostras Ao analisar o comportamento espectral de cada cor de pó xadrez para cada uma das amostras, observou-se que as amostras de cores preta, marrom e vermelha, apresentaram valores maiores. Já para as cores amarelo azul e verde, apresentaram valores menores, assim como para a amostra sem pigmentação. A seguir segue uma comparação entre os valores de absortâncias totais para as 07 amostras, em todas as amostras analisadas.

4 Figura 3: Comparação entre os resultados de absortância totais de cada amostra. Tabela 1: Amostras para cálculo da refletância total (ρ tot) e absortâncias totais (α tot). Nome da cor Cor ρ tot(%) α tot = ρ tot(%) Pigmento Amarelo 24,19 75,81 Pigmento Azul 27,51 72,49 Pigmento Verde 26,19 73,81 Pigmento 13,66 86,34 Pigmento Marrom 9,85 90,15 Pigmento Preto 2,64 97,36 Puro (sem mistura) 30,70 69,30 Observa-se em termos gerais que, como era de se esperar por apresentarem os menores valores de refletância, as amostras de pigmentação preta, marrom e vermelha, apresentam os maiores valores totais de absortância, respectivamente: 97,36%, 90,15% e 86,34%, todos ultrapassando os 85%. Para as tonalidades: amarelo, azul e verde, a diferença entre os valores de absortância foram de pouca relevância, aproximadamente 2%. Neste caso, os valores de absortância totais foram de 75,81%, 72,49%, 73,81% respectivamente para as cores: amarelo, azul e verde. No caso da argamassa sem mistura de cor, apresentou os melhores resultados, com 30,70% e 69,30% para valores de refletância e absortância respectivamente. 5. CONSIDERAÇÕES FINAIS A partir dos resultados nota-se uma diferença significativa ao comparar o cimento cinza sem pigmentação com a pigmentação preta, uma diferença de aproximadamente 28,06% na absorção total. Em uma breve comparação da pigmentação cinza pura com as cores mais claras, como o amarelo, verde e azul, a diferença não ultrapassa os 7%, sendo 6,51% para o amarelo, 4,51% para o verde e 3,19% para o azul. Portanto, para as cores mais claras, as amostras apresentaram valores que influenciam nas melhoras das condições do ambiente interno de uma edificação. Assim a utilização de argamassa com cores mais claras em detrimento das mais escuras é uma

5 alternativa viável e de baixo custo que pode ser implementada para melhoria das condições de conforto térmico interno da edificação e, consequente, redução do consumo de energia. AGRADECIMENTOS Os autores gostariam de agradecer a FAPIC/Reitoria pelo financiamento desta Pesquisa através de uma bolsa de Iniciação Científica. Aos técnicos dos laboratórios de materiais e a Profa Dra Lia Pimentel no auxílio para a confecção das amostras. REFERÊNCIAS [1] Sadineni, S. B., Madala S. (2011), Boehm R. F. Passive building energy savings: A review of building envelope componentes. Renewable and Sustainable Energy Reviews 15 (2011) [2] Ferreira F.L., Prado R.T.A. (2003), Medição do albedo e análise da sua influência na temperature superficial dos materiais utilizados em coberturas de edifícios no Brasil. Boletim Técnico da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo 351 Série BT-PCC. São Paulo. INSS [3] Prado R. T. A., Ferreira F. (2005), L. Measurement of albedo and analysis of its Influence the surface temperature of building roof materials. Energy and Buildings 37 (2005) [4] Associação brasileira de Normas Técnicas ABNT (2005a). NBR : Desempenho Térmico de Edificações parte 1: Definições, símbolos e unidades, Rio de Janeiro. [5] Associação Brasileira de Normas Técnicas ABNT (2005b). NBR : Desempenho Térmico de Edificações parte 2: Métodos de cálculo da transmitância térmica, da capacidade térmica, do atraso térmico e do fator solar de elementos e components de edificações. Rio de Janeiro. [6] Dornelles K.A. (2008), Absortância Solar de Superfícies Opacas: Métodos de Determinação e Base de Dados para Tintas Látex Acrílica e PVA. Tese (Doutorada em Engenharia Civil) Faculdade de Engenharia Civil, Universidade Estadual de Campinas, Campinas. [7] Melo A.P., Lamberts R. (2008), Análise da influência do desempenho térmico dos fechamentos opacos através do balanço térmico. IN: XII: ENCONTRO NACIONAL DE TECNOLOGIA DO AMBIENTE CONTRUÍDO, Anais...Fortaleza,CE. [8] Santamouris M., Synneda A., Karlessi T. (2011), Using advanced cool materials in the urban built environment to mitigate heat islands and improve thermal comfort conditions. Solar Energy, In Press, Corrected Proof, Jan 2011 [9] Dos Santos E.I., Marinoski D.L., Lamberts R. (2009), Influência do ambiente de medição sobre a verificação da absortância de superfícies opacas utilizando um espectrômetro portátil. IN: X: ENCONTRO NACIONAL e VI ENCONTRO LATINO AMERICANO D CONFORTO NO AMBIENTE CONSTRUÍDO, Anais...Natal,RN. [10] American Society for testing and Materials (2003), G173-03: standard tables for reference solar spectral irradiances direct normal and hemispherical on 37º tilted surfasse. ASTM International.