PARTE I TÉCNICAS DE ANÁLISE

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1 PARTE I TÉCNICAS DE ANÁLISE O objetivo da Parte I é a apresentação das técnicas que permitem ao projetista entender, antes que a edificação seja projetada, como o prédio provavelmente usará a energia, de tal forma que as estratégias de projeto arquitetônico adequadas à iluminação natural, ao aquecimento solar e ao esfriamento passivo possam tornar-se parte fundamental e integrante da concepção inicial do projeto. Em alguns casos, elas também são usadas para fornecer os dados sobre o clima ou as cargas de energia necessárias às ferramentas apresentadas nas Partes II e III. Na elaboração destas técnicas de análise, foi feita uma distinção entre técnicas de análise, estratégias de projeto e técnicas de avaliação. As técnicas de análise são usadas para entender o problema e seu contexto. Elas caracterizam as importantes variáveis e estabelecem suas importâncias relativas. As estratégias de projeto geram formas; elas prioritariamente revelam as relações entre a forma arquitetônica, o espaço e o consumo de energia. As técnicas de avaliação diferenciam-se das técnicas de análise por serem subseqüentes às propostas de projeto. Elas são usadas para avaliar o desempenho de um projeto. Embora de conteúdo bastante similar às técnicas de análise, seu uso é fundamentalmente diferente e seu impacto potencial nas propostas preliminares é muito inferior, pois não podem trazer informações a estas idéias iniciais. Naturalmente, projetar é um processo contínuo de análise, desenho, avaliação, redesenho e reavaliação. A avaliação tem a oportunidade de afetar o desenho; contudo, o papel da avaliação é sempre forçar a alteração da idéia inicial, ao invés de ser uma parte integral de sua formulação. Como uma edificação precisa ser visualizada antes que seu uso de energia possa ser compreendido, as técnicas de avaliação têm desempenhado um papel mais importante do que as estratégias de projeto ou as ferramentas de análise no processo de projeto, quanto ao uso de energia. Portanto, as considerações de energia têm desempenhado, na concepção inicial de um projeto, um papel menos plástico do que é potencialmente possível. As técnicas de análise estão subdivididas em cinco grupos: A, O Clima Como um Contexto (técnicas 1 11); B, O Programa e o Uso (técnicas 12 14); C, A Forma e o Fechamento (técnicas 15 17); D, Combinando o Clima, o Programa e a Forma (técnicas 18 23); e E, Carga Elétrica e Demanda de Água Quente (técnicas 24 25). As técnicas de análise do clima buscam estabelecer o contexto. Elas permitem ao projetista determinar quais recursos de sol, vento e luz estão disponíveis no sítio e como eles interagem ao longo do dia e do ano. A severidade do clima pode ser avaliada para ajudar a estabelecer o papel da edificação no conforto humano.

2 26 SOL, VENTO E LUZ As técnicas de análise do programa e uso buscam revelar como o tipo de edificação e a intensidade e taxa de uso afetam a taxa de produção de calor interno e portanto a necessidade de aquecimento e esfriamento. As técnicas sobre a forma e o fechamento mostram-nos como a forma, a orientação, o tamanho e a construção da pele de uma edificação afetam tanto sua capacidade de perder quanto de ganhar calor e, conseqüentemente, suas necessidades de aquecimento e esfriamento. A seção D é talvez a mais importante, pois tais técnicas mostram como a interação entre o clima, o programa e a forma afetam as necessidades de aquecimento e esfriamento. Quando consideradas de forma separada, as implicações do clima, programa e forma sobre o projeto podem ser entendidas de forma intuitiva, mas quando simultâneas e consideradas ao longo de ciclos diurnos e sazonais, são complexas e freqüentemente contrariam nossas intuições. Ao passo que as técnicas de análise podem ser usadas em qualquer ordem, conforme o objetivo em vista, uma possível seqüência é a seguinte: primeiramente é feita uma análise do conforto, usando-se a Carta Bioclimática (técnica 11) da seção sobre o clima; depois é feita uma análise do sol e do vento, usando-se a técnica 3, Radiação Solar, e a técnica 5, Carta de Ventos, pois elas relacionam-se com a análise do conforto; e, por fim, é feita uma transferência dessas técnicas até o sítio, usando-se as técnicas Quadrante Solar, Princípios do Movimento do Ar e Microclimas do Sítio (1, 6 e 7). O projetista deverá então proceder até a seção denominada Combinando o Clima, o Programa e a Forma. Se o projeto for residencial ou similar a um projeto residencial, em termos de seu tamanho e suas cargas internas, o próximo passo será o uso da Carta Bioclimática da Edificação (técnica 18) ou ver o que é necessário para desenvolver os Perfis de Ponto de Equilíbrio dos padrões de aquecimento e esfriamento (técnica 23). Para gerar os padrões de aquecimento e esfriamento, são necessárias as técnicas de análise das seções O Programa e o Uso e A Forma e o Fechamento. Se a iluminação natural for importante, as análises de Níveis de Nebulosidade e Disponibilidade de Luz Natural (técnicas 8 e 9) deverão ser consideradas uma vez que os padrões foram estabelecidos. Se o contato com o solo estiver sob consideração, seu potencial poderá ser avaliado com o uso da técnica 19. O Calendário de Proteção Solar (técnica 20) determina os horários e as datas em que o sombreamento é necessário e portanto torna-se uma consideração maior ou menor no desenvolvimento do projeto. A técnica 21 apresenta um método expedito de estimativa dos Ganhos Térmicos Totais, necessária ao desenvolvimento da maioria das estratégias de esfriamento passivo da Parte 2. O método das Perdas Térmicas Totais, na mesma técnica, proporciona uma rápida conferência do desempenho da conservação de energia da edificação e certifica que o projeto cumpre os requisitos das estratégias de projeto para energia solar passiva da Parte II. As técnicas na seção sobre Carga Elétrica e Demanda de Água Quente, ajudam a estimar, antes que os detalhes sobre a edificação sejam conhecidos, as taxas de consumo necessárias ao pré-dimensionamento dos sistemas de aquecimento solar de água e de células fotovoltaicas. As técnicas de análise apresentadas nessa seção, assim como nas seções subseqüentes das estratégias de projeto, foram elaboradas para aplicação fácil e rápida. Conseqüentemente, em alguns casos são pouco precisas e não devem ser empregadas senão nos estágios preliminares do processo projetual.

3 IA O clima como um contexto Estas técnicas de análise visam à compreensão de um contexto que influencia profundamente o quanto uma edificação usa energia e quando a usa para aquecimento, esfriamento e iluminação. As técnicas estão divididas em cinco seções: sol, vento, sol e vento juntos, luz e conforto. Todas as técnicas permitem ao projetista avaliar os recursos do sítio sem a inconveniência da medições in loco. Os métodos da seção sobre o sol permitem ao projetista avaliar a disponibilidade de insolação usando duas técnicas. A primeira, Quadrante Solar (técnica 1), é tridimensional; a Segunda, Carta Solar (técnica 2), é gráfica. Esta seção também auxilia o projetista na estimativa da quantidade de radiação solar disponível para compensar temperaturas baixas, para uso posterior na seção sobre Conforto. As técnicas sobre o Vento são obtidas através da tradução dos dados das tabelas fornecidas pelos órgãos meteorológicos para um formato gráfico, de tal forma que a direção, velocidade e freqüência dos ventos possam ser mais facilmente visualizadas pelo projetista. As primeiras duas técnicas de análise são semelhantes, mas a Rosa-dos-Ventos enfatiza a orientação e a freqüência (técnica 4), enquanto a Carta de Ventos (técnica 5) enfatiza o horário e as variações ao longo do ano. A seção sobre o Vento termina com uma explanação dos Princípios do Movimento do Ar, para que os dados dos órgãos meteorológicos possam ser relativizados a um sítio específico (técnica 6). A seção de análise do Sol e Vento inclui técnicas para a análise dos efeitos conjuntos destes elementos em um sítio e auxilia o projetista a avaliar localizações alternativas para a implantação da edificação e de seus espaços exteriores. A seção sobre a Luz contém três técnicas. Níveis de Nebulosidade (técnica 8) analisa os dados climáticos para que se determine se as condições são de céu claro, parcialmente nublado ou encoberto; como elas mudam ao longo do ano; e qual é a condição predominante, de modo que possam ser estabelecidas as condições mínimas para o projeto. A Disponibilidade de Luz Natural (técnica 9) auxilia o projetista a determinar qual o percentual de dias do ano em que um certo nível de luz natural estará disponível em um dia nublado e qual nível de iluminância externa deve ser usado para um projeto considerando o céu claro. As Obstruções à Luz Natural (técnica 10) ajudam a prever os efeitos das edificações contíguas, topografia e árvores na quantidade de luz natural que atinge a edificação. A seção sobre Luz, do mesmo modo que a seção sobre o Sol e o Vento, preocupa-se principalmente com a determinação da disponibilidade de recursos, e não de que forma estes recursos serão usados, A seção sobre Conforto avalia a interação entre temperatura, umidade relativa do ar, radiação e velocidade do vento em termos de conforto humano, usando a Carta Bioclimática (técnica 11) para sugerir ao projetista como os recursos do sol, vento e luz podem ser utilizados. Isoladamente, é o capítulo mais importante na seção sobre o Clima; este gráfico provavelmente deve ser preenchido em primeiro e depois ser reforçado por uma análise do vento e da disponibilidade de radiação. Estas análises podem ser aplicadas a um sítio particular usando os Princípios de Movimento do Ar (técnica 6) e as técnicas de disponibilidade solar, o Quadrante Solar e a Carta Solar (técnicas 1 e 2) e resumidas usando a técnica Microclimas do Sítio (7). As técnicas de iluminação são mais freqüentemente usadas depois que o nível de iluminação natural desejável tiver sido demonstrado pelo uso das técnicas da seção Combinando o Clima, o Programa e a Forma, mas se as Cartas Bioclimáticas (técnicas 11 e 18) indicarem um período significativo de superaquecimento, é provável que a iluminação natural venha a ser importante.

4 SOL 1 O QUADRANTE SOLAR usado com uma maquete simula a posição variável do sol e de sua sombra durante o dia e ao longo do ano. Um quadrante solar pode ser usado para avaliar os efeitos das condições existentes no sítio, os impactos das alternativas de volumetria, o nível de penetração do sol nas edificações e a eficiência dos elementos de sombreamento. Usando o Apêndice A, selecione o quadrante solar com uma latitude mais próxima àquela do sítio da edificação. A maquete deve ser feita em escala e incluir tudo que possa fazer uma sombra as características significativas da topografia, vegetação, edificações, muros, etc. Coloque uma cópia do quadrante solar sobre a maquete do terreno de tal forma que o norte da maquete coincida com o norte do sítio. O quadrante solar foi desenhado de modo a funcionar com latitudes sul ou norte*. Para o uso no Hemisfério Norte, vire o quadrante solar 180 o para que a leitura das latitudes norte estejam corretas. Certifique-se que o quadrante solar esteja em uma superfície horizontal (não inclinada). Coloque uma pequena estaca do tamanho indicado junto ao ponto de referência. O ponto de referência estará posicionado sobre a linha vertical do meio-dia; conforme a latitude poderá estar acima ou abaixo da linha de 21 de dezembro (21 de junho no Hemisfério Norte). Inclinando-se a maquete sob o sol, pode-se fazer que o final da sombra da estaca recaia sobre uma interseção qualquer do quadrante solar. Somente os raios de sol funcionarão; lâmpadas de luminárias não produzem raios paralelos e, portanto, fazem sombras que se espalham em ângulo. Cada interseção representa o horário do dia e o dia do ano correspondente às duas linhas que se encontram naquela interseção. Quando a sombra alcança uma determinada interseção, as sombras e a penetração do sol na maquete simulam as condições reais para o horário e a data determinada (Lynch, 1971, p. 71). O exemplo apresentado mostra um sítio hipotético em Saint Louis, Missouri, EUA, na latitude 39 o N. Para este sítio, foi usado o quadrante solar de 40 o para a produção de sombras das, meio-dia e do dia 21 de janeiro (o mês mais frio no Hemisfério Norte) e para o dia 21 de julho (o mês mais quente). Em janeiro, os ângulos solares são baixos e as sombras são longas, com a topografia do terreno produzindo sombras. No verão, o sol está mais alto e as sombras são muito menores; o relevo não produz sombras. Os padrões de sol e vento podem ser combinados na técnica 7 para a determinação dos microclimas do sítio. *N. de T. Para maior praticidade de consulta, na edição brasileira os quadrantes solares são apresentados com o norte para cima (para serem usados no Hemisfério Sul) o de latitude N Quadrante solar, 40 o de latitude. 1 5 h 1 1 Quadrante solar, 60 o de latitude. Tamanho da estaca 60 o de latitude N Meio-Dia Tamanho da estaca Meio-Dia 40 o de latitude S 60 o de latitude S 5 h

5 TÉCNICAS DE ANÁLISE 29 Para a determinação dos horários e das datas em que a edificação precisa de sombra, ver a técnica 20. Os períodos de sombreamento são diferentes para os ambientes externos, para edificações dominadas pela carga da pele e para edificações com carga interna dominante. Em sítios urbanos densos, a projeção de uma edificação freqüentemente alcança as divisas do terreno. Neste caso, as sombras podem ser analisadas em um plano vertical na divisa do terreno, para que se possa avaliar o impacto do sombreamento produzido pelos demais prédios. As partes da elevação sombreadas durante os horários em que ela efetivamente necessitaria de sombreamento não necessitarão de recursos de proteção solar. As partes das elevações que se encontrarem sob sol de inverno entre as e as. podem representar oportunidades para a localização de aberturas para captação do sol. Os recursos relativos de insolação e ventilação nas superfícies das edificações urbanas podem também sugerir estratégias de zoneamento para fins de aquecimento, esfriamento ou iluminação. Por exemplo, os ambientes podem ser organizados internamente de acordo com a necessidade de calor, com as peças que precisam de mais calor voltadas para orientações mais ensolaradas e aquelas com cargas internas mais elevadas voltadas para orientações mais sombreadas (ver estratégias 46, 57, 58 e 59). N Como usar o quadrante solar. Sítio hipotético, Saint Louis, Missouri.

6 30 SOL, VENTO E LUZ Janeiro, Janeiro, Meio-dia Janeiro, Julho, Julho, Meio-dia Julho,