RELATÓRIO DE ESTÁGIO

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1 INSTITUTO POLITÉCNICO DA GUARDA ESCOLA SUPERIOR DE TECNOLOGIA E GESTÃO RELATÓRIO DE ESTÁGIO CATARINA DIAS SORRILHA RELATÓRIO PARA A OBTENÇÃO DO DIPLOMA DE ESPECIALIZAÇÃO TECNOLÓGICA EM CONDUÇÃO DE OBRA Julho/2010

2 Resumo O presente relatório de estágio baseou-se na pesquisa e investigação do conceito de arquitectura bioclimática, devido à sua relevante importância relacionada com os problemas ambientais existentes actualmente, e que se prevêem no futuro. Face à conjectura económica mundial, à crescente consciência de que fontes energéticas como o petróleo não são eternas, é cada vez mais importante apreender os princípios bioclimáticos e aplicá-los na concepção nos edifícios de modo a aumentar a sustentabilidade dos mesmos. A par do trabalho de pesquisa, procedeu-se ao acompanhamento de algumas das obras (habitações unifamiliares) fiscalizadas pelo departamento de fiscalização da C.M. de Tarouca de modo a verificar técnicas de execução de isolamento técnico. I

3 Agradecimentos Este relatório de estágio não teria sido possível de realizar sem a ajuda do Sr. Eng.º Américo Correia, agradecendo desde já todo o auxílio prestado. Pela constante disponibilidade, ensinamentos, comentários e melhoramentos propostos, sinceros agradecimentos ao Sr. Prof. José Carlos Almeida. II

4 Índice 1. Ficha de identificação Plano de estágio curricular Caracterização sumária da instituição Objectivos de trabalho Metodologia utilizada Trabalho desenvolvido Arquitectura Bioclimática Necessidades energéticas e conforto Geometria Solar Sistemas solares passivos e seus princípios Sistemas de ganho directo Sistemas de ganho indirecto Sistema de ganho indirecto (isolado) Sistemas passivos de arrefecimento Materiais, técnicas e regras práticas de projecto Localização do edifício Forma e orientação do edifício Protecção natural dos ventos Fachada Norte do edifício Distribuição dos espaços interiores Entrada protegida Orientação de fachadas envidraçadas Clarabóias e outros dispositivos de iluminação natural Dispositivos de sombreamento Isolamento exterior Sistemas solares activos Solar Térmico Solar Fotovoltaico Acompanhamento de obras Conclusão Bibliografia... 42

5 Índice de Figuras Figura 1. - A energia solar e o edifício [1] Figura 2. - Percursos do Sol ao longo do ano [2] Figura 3. - Sistema ganho directo [2] Figura 4. - Parede de trombe [2] Figura 5. - Parede de trombe [2] Figura 6. - Parede de trombe [1] Figura 7. - Coluna de água [2] Figura 8. - Sistema ganho isolado [2] Figura 9. - Moradia unifamiliar com estufa Inverno e Verão com protecção de vegetação [2] Figura Ventilação transversal [2] Figura Esquema de funcionamento de chaminé solar [3] Figura Arrefecimento pelo solo [2] Figura Esquema de funcionamento de um sistema de arrefecimento / ventilação durante um dia de Verão [2] Figura Arrefecimento evaporativo [2] Figura Cobertura ajardinada [1] Figura Edifício com cobertura ajardinada [1] Figura Esquema da correcta orientação de um edifício [3] Figura Protecção natural dos ventos [3] Figura Fachadas a Norte protegidas [1] Figura Zona do vestíbulo (corpo mais pequeno intermédio - cinza) [1] Figura Palas sombreadoras: a) Inverno; b) Verão [3] Figura Percurso do Sol no Inverno [2] Figura Percurso do Sol no Verão [2] Figura Várias situações de aproveitamento de luz zenital [4] Figura Exemplo de sombreamento com uma árvore de folha caduca no Inverno (a) e no Verão (b) [3] Figura Exemplo de um sombreamento com uma trepadeira [3] Figura Sombreamento com perfis de alumínio [5] Figura Sombreamento de um edifício com uso de ripado de madeira [3] Figura Exemplo de um isolamento exterior [6] Figura Energia solar [1] Figura Esquema do funcionamento de um painel [1] Figura Colectores fotovoltaicos [1] Figura Deficiente impermeabilização da cave; ausência de dreno periférico de águas pluviais Figura Ausência de remate no arranque de sistema ETIC s RELATÓRIO PARA A OBTENÇÃO DO DIPLOMA DE ESPECIALIZAÇÃO TECNOLÓGICA EM CONDUÇÃO DE OBRA 2

6 Figura O isolamento (capoto) não dobrou/rematou contra a caixilharia Figura Incumprimento da segurança dos andaimes Figura Isolamento térmico na cobertura Figura Dreno de águas pluviais Figura Correcta aplicação do isolamento térmico (capoto), soleira cortada para evitar uma ponte térmica Figura Isolamento exterior com capoto Figura Isolamento com roofmate RELATÓRIO PARA A OBTENÇÃO DO DIPLOMA DE ESPECIALIZAÇÃO TECNOLÓGICA EM CONDUÇÃO DE OBRA 3

7 1. Ficha de identificação Nome: Catarina Dias Sorrilha Nome da instituição: Câmara Municipal de Tarouca Morada: Av. Dr. Alexandre Taveira Cardoso Tarouca Telefone: Fax: Período de estágio: Início: 10/08/2009 Fim: 09/11/2009 Total de horas: 540 horas Supervisor da empresa: Eng.º Américo Santos Correia Orientador de estágio: Prof. José Carlos Almeida RELATÓRIO PARA A OBTENÇÃO DO DIPLOMA DE ESPECIALIZAÇÃO TECNOLÓGICA EM CONDUÇÃO DE OBRA 4

8 2. Plano de estágio curricular Este estágio curricular assentou essencialmente num trabalho de pesquisa sobre princípios fundamentais do isolamento térmico e suas repercussões na perspectiva da arquitectura bioclimática, de modo a maximizar o conforto térmico de cada edifício. Acompanhando este trabalho de pesquisa, fez-se o acompanhamento do departamento de fiscalização da C. M. de Tarouca na sua vertente prática (Anexo). RELATÓRIO PARA A OBTENÇÃO DO DIPLOMA DE ESPECIALIZAÇÃO TECNOLÓGICA EM CONDUÇÃO DE OBRA 5

9 3. Caracterização sumária da instituição Sector de actividade: Divisão de Gestão Urbanística e Ambiente Sede: Câmara Municipal de Tarouca Número de trabalhadores no local onde realizou o estágio: 25 Sectores de divisão: Eng.º Civil, Eng.º Ambiente, Eng.º Agrónomo, Eng.º Florestal, sector administrativo, sector de fiscalização e sector topográfico. RELATÓRIO PARA A OBTENÇÃO DO DIPLOMA DE ESPECIALIZAÇÃO TECNOLÓGICA EM CONDUÇÃO DE OBRA 6

10 4. Objectivos de trabalho Pretende-se com este trabalho apreender os conhecimentos sobre os princípios fundamentais da arquitectura bioclimática de modo a alargar capacidades com o recurso a casos práticos, e com vista à aplicação dos conhecimentos teórico-práticos na actividade profissional. Compreender as diferentes técnicas utilizadas na arquitectura bioclimática de modo a que no seu todo contribuam para um máximo aproveitamento face às condições climáticas existentes em cada local. Distinguir o uso e a correcta aplicação de materiais de construção e identificar regras práticas de projecto utilizando soluções para a arquitectura bioclimática, de modo a potencializar os sistemas solares passivos de acordo com cada espaço, edifício e localização geográfica. RELATÓRIO PARA A OBTENÇÃO DO DIPLOMA DE ESPECIALIZAÇÃO TECNOLÓGICA EM CONDUÇÃO DE OBRA 7

11 5. Metodologia utilizada Para a realização do presente relatório, foi facultada alguma documentação, bem como algumas referências bibliográficas por parte do supervisor de estágio, de modo a orientar o trabalho de pesquisa realizada na internet. Deste modo, além de comunicações pessoais por parte do supervisor de estágio, essencialmente o presente trabalho resulta de uma revisão bibliográfica sobre conceitos de arquitectura bioclimática. RELATÓRIO PARA A OBTENÇÃO DO DIPLOMA DE ESPECIALIZAÇÃO TECNOLÓGICA EM CONDUÇÃO DE OBRA 8

12 6. Trabalho desenvolvido O panorama mundial é de preocupação no que concerne a recursos energéticos e sua escassez, mas também na preservação do ambiente e sua sustentabilidade. Ao encontro destas inquietações estão as estratégias possíveis a adoptar e a potencialização dos sistemas solares passivos na construção dos edifícios. O conceito de arquitectura bioclimática ou arquitectura solar passiva, tem sido atribuído a um tipo de arquitectura, que atribui ao clima um parâmetro importante, tendo o sol, na sua interacção com o edifício, um papel fulcral. Mais que o conceito, ou a designação, importa apreender os princípios, as regras simples, de modo a que variáveis climáticas como o sol, o vento, a água, interajam com as construções de modo a potencializar o conforto térmico das mesmas Arquitectura bioclimática A arquitectura bioclimática, tem como objectivo fundamental a concepção arquitectónica e os materiais utilizados satisfação a integração do edifício com o meio ambiente. Os recursos naturais utilizados, para essa integração são: a paisagem, os materiais típicos do local e as fontes de energia renováveis. Estes edifícios utilizam a energia solar para iluminação e aquecimento, usando processos naturais (passivos) de captação, armazenamento e transferência de energia e ainda de ventilação. As variações climáticas que mais influenciam os edifícios, em termos de transferência de calor, são a temperatura do ar exterior e a radiação solar. A temperatura do ar, que sendo a variável indutora das trocas de calor através da envolvente do edifício, determina o estabelecimento de fluxos energéticos do interior para o exterior. Estes fluxos que ocorrem fundamentalmente no período de Inverno, tratam-se neste caso de perdas térmicas, um dos principais aspectos a ter atenção no projecto. A redução das perdas constituiu uma das medidas mais eficazes no sentido de melhorar as condições de conforto no interior dos edifícios. As medidas normalmente adoptadas resultam na utilização de soluções de isolamento térmico nos elementos opacos (paredes, coberturas e pavimentos) e/ou da utilização de vidros duplos nos vãos envidraçados. Enquanto que no Verão o sentido do fluxo tem tendência a inverter-se, passando-se a uma situação de ganhos térmicos por troca de calor, em que o fluxo de transferência de calor, tem o sentido exterior interior. Esta situação contribui para aumentar a carga térmica do edifício RELATÓRIO PARA A OBTENÇÃO DO DIPLOMA DE ESPECIALIZAÇÃO TECNOLÓGICA EM CONDUÇÃO DE OBRA 9

13 e consequentemente a sua temperatura interna. Este fenómeno é de evitar numa situação de Verão [1]. 6.2 Necessidades energéticas e conforto As principais necessidades energéticas num edifício estão normalmente associadas ao aquecimento/arrefecimento ambiente e também à iluminação, que resultam das necessidades de conforto térmico e visual. A iluminação natural, proporcionada pela luz solar é um importante factor de conforto visual, como o demonstram diversos estudos que as pessoas se sentem mais confortáveis com a iluminação natural do que com uma iluminação artificial [1]. O conforto térmico está associado às sensações de calor e frio. Um ser humano está numa situação de conforto térmico quando atinge um estado de neutralidade térmica, ou seja, quando não deseja um ambiente nem mais quente nem mais frio. Há outros parâmetros que condicionam a sensação térmica, associados à transferência de calor do corpo para o exterior: humidade do ar, temperatura das superfícies, movimento do ar e nível de actividade. Um edifício deve ainda satisfazer exigências de qualidade do ar, por razões de saúde ou higiene [1]. Na figura 1 pode-se verificar a interacção de um edifício com a energia solar. Figura 1. - A energia solar e o edifício [1] Geometria Solar Segundo [2], é importante conhecer os diferentes percursos do sol ao longo do dia para as diferentes estações do ano no sentido de: RELATÓRIO PARA A OBTENÇÃO DO DIPLOMA DE ESPECIALIZAÇÃO TECNOLÓGICA EM CONDUÇÃO DE OBRA 10

14 Aproveitar da melhor forma os ganhos solares para o interior do edifício nos casos em que o contributo da radiação se afigura necessário; Restringir a sua entrada, nos casos em que o mesmo efeito se afigura inconveniente. Na figura 2 pode-se visualizar o percurso do sol durante o dia ao longo do ano. Figura 2. - Percursos do Sol ao longo do ano [2] Sistemas solares passivos e seus princípios Os sistemas solares passivos têm como objectivo o aproveitamento dos ganhos solares para aquecimento do ambiente. Usam processos naturais (passivos) para funcionarem. Segundo [1] é usual classificar os sistemas passivos em 2 grupos: de ganho directo ou de ganho indirecto Sistemas de ganho directo Este é o sistema solar passivo mais simples e usual. O espaço interior é aquecido directamente através da radiação solar, que, para esse efeito entra no edifício por vãos envidraçados, como se apresenta na figura 3. Neste sistema, o próprio edifício é usado como um colector solar. Há, no entanto, que assegurar o armazenamento e distribuição da energia ganha, de forma a poder ser utilizada em períodos em que é mais necessária á noite. RELATÓRIO PARA A OBTENÇÃO DO DIPLOMA DE ESPECIALIZAÇÃO TECNOLÓGICA EM CONDUÇÃO DE OBRA 11

15 Figura 3. - Sistema ganho directo [2]. Durante o dia, a radiação solar incide e entra no espaço interior sendo absorvida pelas diversas superfícies (pavimentos e paredes). Uma parte do calor absorvido pelas superfícies é imediatamente transferida para o ar, podendo o restante ser armazenado por algum tempo nas paredes e lajes, se estas tiverem uma capacidade de armazenamento adequada. Mais tarde é libertado para o ar situação típica nocturna. Segundo [2] os materiais de construção que podem ser utilizados como elementos de armazenamento são o betão ou blocos de betão maciço, o tijolo maciço, ou a pedra. Quanto maior for a massa térmica, menor será a variação climática, sendo que também será mais difícil aquecer o edifício. Em [2] é referido que é necessário um equilíbrio entre massa térmica, isolamento e área de vãos, dependendo muito do tipo de edifício e localização do mesmo Sistemas de ganho indirecto Parede de Trombe O sistema de trombe apresentado na figura 4 é composto por um vão devidamente orientado, no qual se coloca interiormente uma parede maciça de espessura variável entre os 10 e os 30 cm de espessura. Figura 4. - Parede de trombe [2]. RELATÓRIO PARA A OBTENÇÃO DO DIPLOMA DE ESPECIALIZAÇÃO TECNOLÓGICA EM CONDUÇÃO DE OBRA 12

16 A superfície exterior da parede é geralmente pintada de cor escura, aumentando assim a captação da radiação solar incidente. Dando assim origem a um efeito de estufa, atingindo-se temperaturas muito elevadas (30-60ºC) no espaço entre o vidro e a parede de armazenamento. Esta energia incidente pode ser transferida de imediato para o interior do espaço, a aquecer, por intermédio da ventilação natural através dos orifícios existentes na parede. Se tal for a utilização pretendida, o espaço será aquecido por uma corrente de convenção natural entre o espaço interior e o espaço estufa. No entanto, desta forma, a maior parte da energia incidente é transferida e utilizada directamente, sendo que a energia acumulada na parede é reduzida. É este o funcionamento da denominada Parede de trombe, ilustradas nas figuras 5 e 6, sendo que variações têm sido introduzidas pelos arquitectos neste modo de funcionamento, tais como os materiais utilizados, na sua localização e dimensão. No caso de não se pretender utilizar a estratégia de ventilação natural, a energia incidente irá sendo acumulada na parede durante o dia, e por condução será transferida para o interior do espaço a aquecer, demorando um tempo que depende da espessura da parede. Esta estratégia permite armazenar energia que estará disponível no período nocturno, estabilizando assim as temperaturas nesse espaço. Neste caso, estamos perante a denominada Parede de armazenamento. Figura 5. - Parede de trombe [2]. RELATÓRIO PARA A OBTENÇÃO DO DIPLOMA DE ESPECIALIZAÇÃO TECNOLÓGICA EM CONDUÇÃO DE OBRA 13

17 Figura 6. - Parede de trombe [1]. Os sistemas de ganho indirecto (Paredes de Trombe e Paredes de Armazenamento) deverão incluir dispositivos móveis de sombreamento, de forma a desactivá-los no período de Verão permitindo assim o controle das temperaturas interiores, evitando-se assim condições de sobreaquecimento [2]. Paredes e Colunas de Água A água tem uma capacidade de armazenamento superior aos materiais de construção correntes para a mesma espessura e área (cerca de 2 vezes superior ao betão) [1]. Como em [2], este sistema é basicamente o mesmo, que uma parede de armazenamento, sendo que o material de armazenamento, em vez de um material construtivo normal tipo betão ou argamassa é água em contentores como se pode observar na imagem 7. RELATÓRIO PARA A OBTENÇÃO DO DIPLOMA DE ESPECIALIZAÇÃO TECNOLÓGICA EM CONDUÇÃO DE OBRA 14

18 Figura 7. - Coluna de água [2] Sistema de ganho indirecto (isolado) Estufa anexa Figura 8. - Sistema ganho isolado [2]. Nos sistemas de ganho isolado, a captação dos ganhos solares e o armazenamento da energia captada não se encontram nas áreas ocupadas dos edifícios, pelo que operam independentemente do edifício. Os espaços estufa são exemplos deste sistema que utilizam a combinação dos efeitos de ganho directo e indirecto. O funcionamento deste sistema é descrito seguidamente. A energia solar é transmitida ao espaço adjacente à estufa por condução através da parede de armazenamento que os separa e ainda por convenção, no caso de existirem orifícios que permitem a circulação de ar [2]. RELATÓRIO PARA A OBTENÇÃO DO DIPLOMA DE ESPECIALIZAÇÃO TECNOLÓGICA EM CONDUÇÃO DE OBRA 15

19 Figura 9. - Moradia unifamiliar com estufa Inverno e Verão com protecção de vegetação [2] Sistemas passivos de arrefecimento Os sistemas de arrefecimento passivo baseiam-se em estratégias que tendem a utilizar as fontes frias existentes de forma a diminuir a temperatura no interior dos edifícios. Desta forma, os sistemas de arrefecimento passivo podem eliminar ou diminuir consideravelmente a necessidade de um sistema de climatização convencional. A adopção de soluções que conduzam à prevenção e atenuação de ganhos de calor e de estratégias que dêem origem a processos de dissipação de calor, traduzir-se-á desta forma numa redução das necessidades de arrefecimento e na melhoria das condições de conforto térmico. A atenuação dos ganhos de calor através da envolvente do edifício depende também da massa térmica do edifício, ou seja, da capacidade que um edifício tem de armazenar calor na sua estrutura, quanto maior for a massa térmica maior será a diminuição dos valores de pico das cargas de arrefecimento e o desfasamento entre as temperaturas exteriores e interiores [2]. Segundo [2] aplicação de estratégias que visem a dissipação de calor, a que se atribui geralmente a designação arrefecimento passivo ou natural, depende da existência de ambientes propícios que actuem como fontes frias e de diferenças temperaturas que permitam dar origem a processos de transferência significativos. RELATÓRIO PARA A OBTENÇÃO DO DIPLOMA DE ESPECIALIZAÇÃO TECNOLÓGICA EM CONDUÇÃO DE OBRA 16

20 Ventilação Natural A ventilação natural é um processo pelo qual é possível arrefecer os edifícios tirando partido da diferença de temperaturas existente entre o interior e o exterior em determinados períodos. O clima em Portugal caracteriza-se por importantes amplitudes diárias, que poderão atingir mais de 20 ºC (dia-noite). Assim para o Verão, é possível, e desejável, implementar a ventilação nocturna como uma estratégia muito eficaz de evacuação dos ganhos no interior dos edifícios, principalmente dos edifícios de habitação. Também é possível utilizar a ventilação natural durante o dia em períodos nos quais a temperatura exterior é inferior à temperatura do edifício, por exemplo durante a manhã [2]. A ventilação natural é um processo promovido pelas diferenças de pressão de um lado e de outro lado das janelas, como se pode visualizar na figura 10, portas, chaminés e frinchas, quer por origem na diferença de temperaturas interior-exterior, quer por acção directa do vento sobre as edificações [2]. Figura Ventilação transversal [2]. Em [2] é referido que a circulação de ar contribui para a diminuição da temperatura interior e ainda para a remoção do calor sensível armazenado na massa térmica. Tem também implicações ao nível de conforto térmico, ao incentivar perdas de calor por convenção e evaporação nos ocupantes. A ventilação natural pode ser intensificada com a utilização de um elemento vulgarmente designado por chaminé solar. Trata-se de uma coluna vertical com a forma de uma chaminé, cuja superfície exterior é envidraçada, de forma a receber a radiação solar. Pode existir uma parede ou placa no interior do envidraçado ou, por exemplo, pode usar-se uma parede construída em material transparente (tijolo transparente ou outro). O aquecimento do ar na chaminé, devido aos ganhos solares, provoca a sua subida. Consegue estabelecer-se uma corrente de ar, pois o ar que sobe é substituído por RELATÓRIO PARA A OBTENÇÃO DO DIPLOMA DE ESPECIALIZAÇÃO TECNOLÓGICA EM CONDUÇÃO DE OBRA 17

21 ar novo mais frio que provém das zonas mais frias do edifício, ou do exterior (por aberturas e infiltrações). Através da colocação de um registo é possível regular o caudal de ar. A ventilação pode também ser incrementada com o auxílio de um exaustor [1]. Figura Esquema de funcionamento de chaminé solar [3]. Arrefecimento pelo Solo O solo, no Verão, apresenta temperaturas inferiores à temperatura exterior, constitui-se como uma importante fonte fria e poderá, no período de Verão, intervir como uma fonte de dissipação de calor. Esta dissipação que pode ocorrer por processos directos ou indirectos [2]. Na figura 12 pode-se visualizar o arrefecimento por contacto directo com o solo. Figura Arrefecimento pelo solo [2]. Na situação de arrefecimento por contacto indirecto com o solo, o interior do edifício está associado a um permutador existente no solo: condutas subterrâneas colocadas de 1 a 3 m de profundidade. O desempenho destes sistemas depende das dimensões das condutas e da profundidade a que são colocadas, ou seja, da temperatura a que se encon- RELATÓRIO PARA A OBTENÇÃO DO DIPLOMA DE ESPECIALIZAÇÃO TECNOLÓGICA EM CONDUÇÃO DE OBRA 18

22 tra o solo, da temperatura e da velocidade do ar que circula no seu interior e ainda das propriedades térmicas das condutas e do solo [2]. A figura 13 representa o mecanismo de tubos de ventilação enterrados no solo e os orifícios no interior da casa. Figura Esquema de funcionamento de um sistema de arrefecimento / ventilação durante um dia de Verão [2]. Arrefecimento evaporativo Esta estratégia baseia-se na diminuição da temperatura associada à mudança do estado da água de líquido a gasoso. Quando o decréscimo é acompanhado de um aumento do conteúdo do vapor de água trata-se de um arrefecimento evaporativo directo. Neste caso o ar exterior é arrefecido pelo vapor da água, antes de entrar no edifício [1]. A figura 14 demonstra o arrefecimento através da evaporação nas superfícies exteriores expostas à radiação solar. Figura Arrefecimento evaporativo [2]. Segundo [2] as técnicas passivas directas incluem o recurso à vegetação para promover a evapotranspiração, fontes, piscinas e lagos artificiais. RELATÓRIO PARA A OBTENÇÃO DO DIPLOMA DE ESPECIALIZAÇÃO TECNOLÓGICA EM CONDUÇÃO DE OBRA 19

23 Cobertura ajardinada As coberturas ajardinadas consistem num jardim que cresce sobre a cobertura de um edifício. Referido em [1] são constituídas por um conjunto de camadas de diferentes materiais, especialmente dispostos para este fim (laje, tela de impermeabilização, lâmina drenante, geotextil, gravilha, substrato e vegetação), que encontra esquematizado na figura 15. A determinação da espessura das camadas depende do tipo de vegetação, mais ou menos intensiva, que irá constituir o jardim e das necessidades de água para rega. Um dos factores importantes na construção deste tipo de coberturas deve recair sobre a espessura da laje, que suportará o peso do jardim, e sobre os pormenores de impermeabilização e drenagem das águas. São várias as vantagens de uma cobertura ajardinada: - Serve de terraço ajardinado, que poderá ser utilizado como jardim visitável ou não, ou como zona desportiva; - Protege o edifício da acção solar; - Actua como um isolador térmico, e acústico, para o edifício, o que se traduz em importantes poupanças de energia para fins de climatização; - Contribui para estabilizar a temperatura no interior do edifício [1]. Figura Cobertura ajardinada [1]. RELATÓRIO PARA A OBTENÇÃO DO DIPLOMA DE ESPECIALIZAÇÃO TECNOLÓGICA EM CONDUÇÃO DE OBRA 20

24 Figura Edifício com cobertura ajardinada [1] Materiais, técnicas e regras práticas de projecto Localização do edifício O projecto de um edifício solar passivo, ou bioclimático, deverá começar por uma escolha ponderada da implantação e da orientação do edifício, de forma a optimizar os ganhos solares no mesmo. Importa, já nesta fase, saber se o clima é favorável a esses ganhos solares nas diferentes estações do ano e quais os cuidados a ter quanto às protecções solares no período de Verão. O conhecimento da temperatura exterior, ao longo do ano, a sua amplitude térmica é de extrema importância em virtude do papel que desempenha no estabelecimento de fluxos energéticos: perdas e ganhos térmicos e do potencial em termos de ventilação natural [2] Forma e orientação do edifício Os edifícios cuja forma e orientação não são correctas, consomem grandes quantidades de energia para o seu aquecimento e arrefecimento. Ao pensar na forma aproximada do edifício é necessário pensar na recepção de radiação solar. Segundo [1] a forma rectangular, com o edifício alongado segundo o eixo Este-Oeste, expõe maior área superficial a Sul durante o Inverno, para maior captação de radiação solar. É a forma mais eficiente para minimizar as necessidades auxiliares de aquecimento no Inverno, mas também as necessidades de arrefecimento no Verão. Se apenas se usarem janelas para iluminação natural, a profundidade do edifício (na direcção Norte-Sul) não deve exceder 10 metros [1]. RELATÓRIO PARA A OBTENÇÃO DO DIPLOMA DE ESPECIALIZAÇÃO TECNOLÓGICA EM CONDUÇÃO DE OBRA 21

25 Figura Esquema da correcta orientação de um edifício [3] Protecção natural dos ventos Durante o Inverno interessa reduzir a velocidade do vento junto às superfícies exteriores do edifício, de modo a reduzir as perdas de calor para o exterior. Deve tirar-se partido do relevo do terreno, ou criar obstáculos aos ventos dominantes nessa estação (plantando árvores por exemplo). No caso de se utilizar a ventilação natural para arrefecer o edifício no Verão, deve procurar-se não impedir a circulação dos ventos dominantes nessa estação [3]. Figura Protecção natural dos ventos [3] Fachada Norte do edifício Para Portugal, e todo o hemisfério Norte, a fachada norte de um edifício é a mais fria, pois não recebe sol directo durante todo o Inverno. Assim, convém protegê-la (reduzir as perdas), quer usando o terreno quer reduzindo as aberturas (janelas e portas). Num edifício baixo, se o terreno for inclinado pode usar-se o solo como protecção, semi-enterrando o edifício, a temperatura do solo é maior que a do ar no inverno e menor que a do ar no Verão, pelo que se reduzem as necessidades energéticas em ambos os períodos (aquecimento e arrefecimento) [1]. RELATÓRIO PARA A OBTENÇÃO DO DIPLOMA DE ESPECIALIZAÇÃO TECNOLÓGICA EM CONDUÇÃO DE OBRA 22

26 Figura Fachadas a Norte protegidas [1] Distribuição dos espaços interiores Os espaços interiores em que se permanece mais tempo (mais nobres) devem ser colocados na zona Sul do edifício, como salas e quartos em edifícios de habitação, ou locais de trabalho em edifícios de serviços. Assim, parte das necessidades de aquecimento e iluminação são satisfeitas pela radiação solar. Os espaços com menos necessidades de aquecimento e iluminação, como corredores, casas de banho, e garagens, devem colocar-se na zona Norte, funcionando como zonas tampão ou de transição [1] Entrada protegida Num edifício unifamiliar, a entrada principal deve ser do tipo porta dupla, com um espaço ou vestíbulo intermédio. Isto é importante porque permite reduzir as infiltrações de ar exterior (mais frio no Inverno e mais quente no Verão) para o espaço habitável. A entrada deve ser protegida dos ventos dominantes [1]. Figura Zona do vestíbulo (corpo mais pequeno intermédio - cinza) [1]. RELATÓRIO PARA A OBTENÇÃO DO DIPLOMA DE ESPECIALIZAÇÃO TECNOLÓGICA EM CONDUÇÃO DE OBRA 23

27 Orientação de fachadas envidraçadas A localização do sol ao longo do ano tem uma grande importância, no que respeita à definição da localização das fachadas envidraçadas num edifício, a sua dimensão e o tipo de vidro que se escolhe, apresentam-se algumas linhas de orientação relativamente à utilização das fachadas envidraçadas para as latitudes de Portugal. Em termos anuais verifica-se que uma fachada envidraçada orientada a Sul, receberá um maior nível de radiação solar do que fachadas noutras orientações, sendo que no Verão é uma fachada mais facilmente protegida dessa mesma radiação. No Inverno, sendo necessário aquecer os edifícios, a estratégia correcta será a de captar a radiação solar disponível orientada a Sul, aquela que proporciona maiores ganhos solares. No Verão, torna-se necessário minimizar os ganhos solares, uma vez que, no seu percurso de Nordeste (onde nasce) até Noroeste (onde se põe), o sol avista todas as orientações, sendo que é a horizontal (coberturas) que maior nível de radiação recebe. [2]. A figura 21 demonstra dois envidraçados orientados a Sul, em que no Inverno (a) é possível receber radiação solar, e no Verão (b) esta radiação é atenuada pela pala sombreadora. Figura Palas sombreadoras: a) Inverno; b) Verão [3]. RELATÓRIO PARA A OBTENÇÃO DO DIPLOMA DE ESPECIALIZAÇÃO TECNOLÓGICA EM CONDUÇÃO DE OBRA 24

28 Numa fachada orientada a Este, o dimensionamento dos vãos envidraçados deverá ter em conta que, no Inverno, uma fachada com esta orientação recebe pouca radiação, uma vez que o sol nasce próximo da orientação Sudeste, incidindo na fachada durante poucas horas do período da manhã e com um pequeno ângulo de incidência. No Verão, a radiação solar incide em abundância numa fachada com esta orientação, durante longas horas da manhã, desde o nascer do Sol, que ocorre cedo e próximo da orientação Nordeste, até ao meio-dia. Os ângulos de incidência são próximos da perpendicular à fachada, o que maximiza a captação de energia solar, que nesta estação é indesejável. Na fachada orientada a Oeste, sendo simétrica em relação à fachada orientada a Este, os efeitos da acção solar são semelhantes aos desta, diferindo apenas no período do dia em que ocorrem. É no período da tarde que ocorrem as maiores temperaturas do ar no exterior, conjugando-se assim dois efeitos muito negativos. Assim, no Inverno, uma fachada orientada a Oeste recebe pouca radiação durante poucas horas do período da tarde. Os ângulos de incidência são elevados, o que reduz o efeito da radiação. No Verão, a radiação solar incide em abundância numa fachada com esta orientação, durante longas horas da tarde, desde o meio-dia, até ao pôr-do-sol, que ocorre tarde e próximo da orientação Noroeste. Esta é a fachada mais problemática em termos de Verão. Estas fachadas são responsáveis por grandes cargas térmicas nos edifícios, sendo necessário ter um maior cuidado com elas, quer em termos de áreas, tipos de vidros e sombreamentos. A fachada orientada a Norte é a menos problemática num edifício em termos de radiação solar, sendo pois a mais fria. No Inverno, não recebe nenhuma radiação directa, no Verão, recebe uma pequena fracção de radiação directa do Sol no princípio da manhã e fim da tarde [2]. Seguidamente nas figuras 22 e 23, está representado o movimento do Sol no período de Inverno e de Verão e as contribuições de radiação solar ao longo do dia. RELATÓRIO PARA A OBTENÇÃO DO DIPLOMA DE ESPECIALIZAÇÃO TECNOLÓGICA EM CONDUÇÃO DE OBRA 25

29 Figura Percurso do Sol no Inverno [2]. RELATÓRIO PARA A OBTENÇÃO DO DIPLOMA DE ESPECIALIZAÇÃO TECNOLÓGICA EM CONDUÇÃO DE OBRA 26

30 Figura Percurso do Sol no Verão [2]. RELATÓRIO PARA A OBTENÇÃO DO DIPLOMA DE ESPECIALIZAÇÃO TECNOLÓGICA EM CONDUÇÃO DE OBRA 27

31 Clarabóias e outros dispositivos de iluminação natural Existem diversas situações em que não é possível admitir a radiação solar através das janelas orientadas a Sul, nestes casos é conveniente usar clarabóias ou outras superfícies envidraçadas. Estas podem servir para iluminação natural e para captação de energia ganho directo. As clarabóias devem ser orientadas o mais possível a Sul. Podem também usar-se envidraçados verticais colocados a um nível mais elevado. Para além de vidros, outros materiais transparentes podem ser usados de modo a permitir a iluminação natural do espaço interior. Destes salientam-se os MIT (materiais de isolamento transparentes) que permitem a entrada parcial da luz natural, ao mesmo tempo que criam uma luminosidade difusa, evitando o desconforto visual por vezes criado por excessiva luz directa. É muito importante sombrear as clarabóias e outros envidraçados durante a estação quente, utilizando palas como as das janelas: a platibanda da cobertura pode servir para o efeito [1]. Figura Várias situações de aproveitamento de luz zenital [4] Dispositivos de sombreamento Os dispositivos de sombreamento são muito importantes no período mais quente do ano, para evitar sobreaquecimento interior ou um consumo exagerado de energia para arrefecimento. Vários dispositivos podem ser usados para sombrear superfícies RELATÓRIO PARA A OBTENÇÃO DO DIPLOMA DE ESPECIALIZAÇÃO TECNOLÓGICA EM CONDUÇÃO DE OBRA 28

32 transparentes: palas, toldos, persianas exteriores, estores, portadas, telas / cortinas e vegetação. O dimensionamento do sombreamento produzido pelas palas deve ser realizado em função das dimensões do envidraçado, do horário em que se retende o sombreamento e da sua orientação. Como valor indicativo pode-se referir que o comprimento de uma pala ou toldo horizontal deve ser de cerca de 1/3 da altura entre a pala e o limite inferior da janela [1]. No caso de envidraçados com outras orientações, que não Sul, podem ser eficazes palas verticais. No entanto, as palas horizontais não conseguem sombrear eficazmente envidraçados orientados a Este ou a Oeste. Uma outra forma de sombreamento é a utilização de persianas exteriores são compostas por vários elementos (lâminas) colocadas ao longo da direcção horizontal ou da vertical, que podem rodar segundo um eixo horizontal ou vertical. Estores e portadas podem também ser usados para sombreamento, devendo ser sempre colocados no exterior do edifício. Isso deve-se a que a sua colocação no interior, próxima do vidro, fica sujeita ao efeito de estufa, actuando o estore ou portada como um painel radiante, comunicando calor indesejado ao espaço interior. As persianas e telas/cortinas interiores devem ser evitadas como únicos elementos de sombreamento, pois o efeito de estufa reduz a sua eficácia. Devem utilizar-se pontualmente, por iniciativa dos ocupantes, para controlar situações de luz excessiva no Inverno, ou por questões de privacidade. Devem ser translúcidas, para não reduzirem significativamente os ganhos solares no Inverno. É ainda possível usar a vegetação como meio de sombreamento. É particularmente adequada a vegetação de folha caduca, com folhagem no período mais quente e despida no período mais frio [1]. Figura Exemplo de sombreamento com uma árvore de folha caduca no Inverno (a) e no Verão (b) [3]. RELATÓRIO PARA A OBTENÇÃO DO DIPLOMA DE ESPECIALIZAÇÃO TECNOLÓGICA EM CONDUÇÃO DE OBRA 29

33 Figura Exemplo de um sombreamento com uma trepadeira [3]. Figura Sombreamento com perfis de alumínio [5]. Figura Sombreamento de um edifício com uso de ripado de madeira [3]. RELATÓRIO PARA A OBTENÇÃO DO DIPLOMA DE ESPECIALIZAÇÃO TECNOLÓGICA EM CONDUÇÃO DE OBRA 30

34 Isolamento exterior Os elementos de construção paredes e lajes em contacto com o exterior, devem ser isolados termicamente pelo exterior e não pelo interior, de modo a reduzir o calor que através deles se transfere. Nas construções que usam paredes com caixa-de-ar, na qual é colocado isolamento térmico, os materiais com maior capacidade de acumulação (maciços) devem ficar do lado interior, ficando assim, isolados pelo exterior. Num edifício de habitação unifamiliar é particularmente importante aplicar isolamento na cobertura do edifício, que representa uma área exterior significativa. É também conveniente isolar o perímetro da laje de pavimento, em contacto com o solo, como também todas as divisões em contacto com lugares não aquecidos para não existirem pontes térmicas [1]. Na seguinte figura pode-se visualizar um exemplo de um isolamento exterior, com um sistema que é constituído por placas de isolamento térmico, habitualmente em poliestireno expandido (EPS), coladas e/ou fixadas mecanicamente ao pano simples de parede resistente (em alvenaria ou betão armado), que são revestidas por um reboco delgado armado com rede de fibra de vidro acabado com um revestimento decorativo, proporcionando a resistência às solicitações climáticas e mecânicas [6]. Figura Exemplo de um isolamento exterior [6]. RELATÓRIO PARA A OBTENÇÃO DO DIPLOMA DE ESPECIALIZAÇÃO TECNOLÓGICA EM CONDUÇÃO DE OBRA 31

35 6.6. Sistemas solares activos Por vezes só com as técnicas de arquitectura bioclimática, nem sempre é possível obter-se um nível razoável de conforto térmico, tendo-se assim, que recorrer a sistemas activos, como o solar fotovoltaico e o solar térmico activo Solar Térmico Figura Energia solar [1] A Radiação Solar (Radiação global) que incide numa dada superfície tem 3 componentes: Radiação directa é a radiação que chega à superfície vinda directamente do disco solar (cerca de 70% do total da radiação). Radiação difusa é a radiação que é difractada pelas nuvens e poeiras em suspensão (cerca de 28% do total da radiação). Radiação reflectida é a radiação que chega à superfície ao ser reflectida por uma outra superfície (cerca de 2% do total da radiação). Podendo assim, mesmo em dias nublados, tem-se cerca de 30% de radiação solar disponível. A Energia Solar que chega à terra numa hora é a mesma que consome toda a humanidade num ano. RELATÓRIO PARA A OBTENÇÃO DO DIPLOMA DE ESPECIALIZAÇÃO TECNOLÓGICA EM CONDUÇÃO DE OBRA 32

36 Existem diversos tipos de colectores solares térmicos, diferindo na protecção térmica que utilizam, na utilização, ou não, de concentração e adequados a diferentes temperaturas de utilização. A escolha do colector a utilizar passa ainda por considerações de natureza económica, já que os colectores mais sofisticados são normalmente mais caros. O calor resultante da conversão térmica da radiação solar é armazenado num depósito de acumulação. Os principais tipos de aplicação dos colectores solares são: - Água quente sanitária; - Piscina; - Climatização (frio e calor); - Processos industriais; - Dessalinização da água. Um sistema solar térmico pode reduzir até 70% das necessidades energéticas para o aquecimento da água sanitária ou da água da piscina. Assim, pela variedade do tipo de colector, pelo tipo de circuito e pelo tipo de circulação, é necessária a elaboração dum projecto cuidado, de modo a obter um custo mínimo de investimento aliado a uma excelente eficiência do sistema, para assim melhor servir o utente [1] Solar Fotovoltaico Figura Esquema do funcionamento de um painel [1]. Os sistemas fotovoltaicos produzem energia eléctrica a partir da conversão da luz. O principal elemento destes sistemas é a célula fotovoltaica, feita geralmente de silício. RELATÓRIO PARA A OBTENÇÃO DO DIPLOMA DE ESPECIALIZAÇÃO TECNOLÓGICA EM CONDUÇÃO DE OBRA 33

37 Um conjunto de células fotovoltaicas ligadas em paralelo, em série ou ambos, constituem um colector fotovoltaico [1]. Figura Colectores fotovoltaicos [1]. Um colector fotovoltaico é constituído por diversas células. A função de cada célula consiste em converter directamente a energia solar em electricidade. Existem três tipos principais de células solares: - As células mono-cristalinas possuem um bom rendimento mas a produção é cara; - As células poli-cristalinas possuem um rendimento médio mas o processo de fabricação é mais barato que o das células mono-cristalinas; - As células de silício amorfo possuem um rendimento baixo mas o processo de fabricação é ainda mais barato que o das células poli-cristalinas. Assim, o projecto dum sistema solar fotovoltaico requer um estudo pormenorizado de modo a apresentar a melhor solução, sobretudo no ponto de vista económico e energético [1]. RELATÓRIO PARA A OBTENÇÃO DO DIPLOMA DE ESPECIALIZAÇÃO TECNOLÓGICA EM CONDUÇÃO DE OBRA 34

38 6.7. Acompanhamento de obras Como foi referido anteriormente, foi feito o acompanhamento de algumas obras no concelho de Tarouca, de modo a visualizar na prática algumas das técnicas utilizadas. Verificou-se que as principais patologias têm origem na fase do projecto e execução da obra, principalmente no que diz respeito a estanquicidade do isolamento térmico em edificações. Na figura 33 é possível visualizar uma deficiente impermeabilização da cave e a ausência de um dreno periférico de águas pluviais, na mesma habitação unifamiliar e conforme a figura 34 existe uma incorrecta aplicação do isolamento térmico, com ausências de remates do sistema utilizado (capoto) provocando a danificação do produto ao ser aplicado, não sendo substituído posteriormente o que pode dar origem ao aparecimento de humidades. Na figura 35 a aplicação do capoto não foi a mais correcta, pois não se dobrou o isolamento com a caixilharia resultando assim numa ponte térmica, sendo provável o aparecimento de patologias (humidades). O desrespeito por normas de segurança, também é bastante notório como se pode visualizar na figura 36, com uma incorrecta utilização dos andaimes. A figura 37 apresenta o isolamento térmico numa cobertura, visualizando-se uma correcta aplicação de um dreno de águas pluviais na figura 38. Foi ainda possível visualizar a correcta aplicação do isolamento térmico na figura 39 bem como um adequado procedimento em que a soleira foi cortada para evitar uma possível ponte térmica. Na figura 40 decorria a aplicação do isolamento térmico (capoto) e na figura 41 apresentase o uso de roofmate. Ao longo do acompanhamento a várias obras, foi possível verificar a falta de conhecimento na aplicação do isolamento térmico (capoto). RELATÓRIO PARA A OBTENÇÃO DO DIPLOMA DE ESPECIALIZAÇÃO TECNOLÓGICA EM CONDUÇÃO DE OBRA 35

39 Figura Deficiente impermeabilização da cave; ausência de dreno periférico de águas pluviais. Figura Ausência de remate no arranque de sistema ETIC s RELATÓRIO PARA A OBTENÇÃO DO DIPLOMA DE ESPECIALIZAÇÃO TECNOLÓGICA EM CONDUÇÃO DE OBRA 36

40 Figura O isolamento (capoto) não dobrou/rematou contra a caixilharia Figura Incumprimento da segurança dos andaimes RELATÓRIO PARA A OBTENÇÃO DO DIPLOMA DE ESPECIALIZAÇÃO TECNOLÓGICA EM CONDUÇÃO DE OBRA 37

41 Figura Isolamento térmico na cobertura Figura Dreno de águas pluviais RELATÓRIO PARA A OBTENÇÃO DO DIPLOMA DE ESPECIALIZAÇÃO TECNOLÓGICA EM CONDUÇÃO DE OBRA 38

42 Figura Correcta aplicação do isolamento térmico (capoto), soleira cortada para evitar uma ponte térmica Figura Isolamento exterior com capoto RELATÓRIO PARA A OBTENÇÃO DO DIPLOMA DE ESPECIALIZAÇÃO TECNOLÓGICA EM CONDUÇÃO DE OBRA 39

43 Figura Isolamento com roofmate. RELATÓRIO PARA A OBTENÇÃO DO DIPLOMA DE ESPECIALIZAÇÃO TECNOLÓGICA EM CONDUÇÃO DE OBRA 40

44 7. Conclusão Neste período de estágio a aprendizagem foi contínua, o tema escolhido para o trabalho de investigação foi bastante abrangente, possibilitando a aquisição de novos conhecimentos e de sensibilidade para questões tão essenciais como a valorização das condições climatéricas. Este facto aliado a novas técnicas resultará na projecção mais eficiente dos edifícios. RELATÓRIO PARA A OBTENÇÃO DO DIPLOMA DE ESPECIALIZAÇÃO TECNOLÓGICA EM CONDUÇÃO DE OBRA 41

45 8. Bibliografia [1] LIMA, Rui Santos, Curso de formação em tecnologias para um desenvolvimento sustentável, módulo: Arquitectura bioclimática, [2] GONÇALVES, Helder, GRAÇA, João, Conceitos Bioclimáticos para os Edifícios em Portugal, Em: Eficiência Energética nos Edificios, Lisboa, [3] LANHAM, Ana, GAMA, Pedro, BRAZ, Renato, Arquitectura Bioclimática, Perspectivas de inovação e futuro, Seminário de Inovação, Instituto Superior Técnico, Universidade Técnica de Lisboa, [4] http: (acedido a 4 de Janeiro de 2010) [5] http: (acedido a 4 de Janeiro de 2010) [6] http: (acedido a 5 de Janeiro de 2010) RELATÓRIO PARA A OBTENÇÃO DO DIPLOMA DE ESPECIALIZAÇÃO TECNOLÓGICA EM CONDUÇÃO DE OBRA 42