Desempenho Térmico de edificações Aula 4: Avaliação bioclimática

Transcrição

1 Desempenho Térmico de edificações PROFESSOR Roberto Lamberts Parque Explora Medellín, Colômbia ECV 5161 UFSC FLORIANÓPOLIS

2 estrutura Estratégias bioclimáticas problemas Método avaliação Avaliação Brasil Desempenho térmico em edificações Roberto Lamberts 2

3 Bioclimatologia: Estuda as relações entre o clima e o ser humano Projeto bioclimático: Adequação da arquitetura ao clima local visando atingir um desempenho térmico adequado. Carta bioclimática Olgyay Década de 60 3

4 ESTRATEGIAS BIOCLIMÁTICAS Carta bioclimática: Construída sobre o diagrama psicrométrico, baseada em temperaturas internas. É a mais adequada para países em desenvolvimento + 1. Zona de conforto 2. Zona de ventilação 3. Zona de resfriamento evaporativo 4. Zona de massa térmica para resfriamento 5. Zona de ar-condicionado 6. Zona de umidificação 7. Zona de massa térrmica para aquecimento 8. Zona de aquecimento solar passivo 9. Zona de aquecimento artificial Carta bioclimática Givoni

5 Desempenho térmico em edificações Roberto Lamberts 5 5

6 6

7 Resumo estratégias para frio e calor Estratégias para calor V RE MR AC U V/MR Ventilação Resfriamento Evaporativo Massa Térmica para Resfriamento Ar condicionado Umidificação Ventilação / Massa térmica para Resfriamento V/MR/RE Ventilação / Massa térmica para Resfriamento / Resfriamento Evaporativo MR/RE Massa térmica para Resfriamento / Resfriamento Evaporativo Estratégias para frio MA/AS AS AA Massa térmica para aquecimento / Aquecimento Solar Aquecimento Solar Aquecimento Artificial 7

8 ESTRATÉGIAS PARA CALOR 8

9 VE: Ventilação 9

10 VE: Ventilação Várias estratégias de ventilação natural numa mesma edificação. (GHIAUS, ROULET 2005, p.146) 10

11 VE: Ventilação Ventilação cruzada A ventilação garante que o ar externo penetre no ambiente interno, renovando o ar ao suprilo de oxigênio e ao reduzir a concentração de gás carbônico. Aproxima as condições de temperatura e umidade internos das condições do ambiente exterior, e atua diretamente no conforto térmico do usuário ao passar pelo seu corpo. 11

12 VE: Ventilação Cobertura Venezianas Para haver ventilação, é necessário que o ar presente no ambiente saia para dar lugar ao novo. A ventilação cruzada implica na renovação do ar por todo o volume possível, fazendo com que ele atravesse o ambiente ao entrar e sair por aberturas opostas. O fluxo de ar ocorre pela incidência do vento e é influenciado pela posição das aberturas, pelas suas dimensões, pelo tipo de esquadrias e pelas obstruções ao longo do percurso. 12

13 VE: Ventilação A ventilação cruzada não se resume ao fluxo de ar por um somente um ambiente, podendo ser realizada através de mais ambientes, passando por portas e vãos. Através da edificação 13

14 VE: Ventilação Efeito chaminé VENTILAÇÃO Ventilação cruzada Sheds 14

15 VE: Ventilação Efeito chaminé O efeito chaminé é viabilizado pela diferença de pressão entre o ambiente externo e interno que são conseqüência das diferenças de temperatura entre estes meios. Os ambientes internos ganham calor devido às atividades ali realizadas (ocupação, iluminação equipamentos, dispositivos de aquecimento artificial). O ar aquecido torna-se menos denso e este sobre, puxando ar frio que penetra, geralmente por frestas e pequenas aberturas. 15

16 VE: Ventilação Peitoril ventilado O peitoril ventilado é uma solução para proporcionar a ventilação, em geral facilitando a ventilação cruzada, quando se deseja separar as funções de iluminação (janelas) das de ventilação (peitoril ventilado). Esta separação permite que as janelas recebam proteções solares que podem obstruir o vento reduzindo sua velocidade, ou que possam permanecer fechadas em momentos de chuva enquanto a ventilação permanece disponível. Sua localização abaixo da janela também facilita o efeito chaminé, como já citado. Sua forma e a inclinação de suas aletas afetam a direção e a intensidade do fluxo. Assim, deve-se avaliar a melhor solução referente à proteção contra chuvas (inclinado ou vertical), inclinação das aletas e se há extensão do peitoril internamente para direcionar o fluxo de ar. Como exemplo, é interessante que o peitoril ventilado seja operável para permitir o seu fechamento quando as ventilação não é desejada. 16

17 VE: Ventilação Peitoril ventilado Figuras 01 / 02 - Peitoril ventilado em edifício de pesquisa da UFAL, Maceió, AL 17

18 VE: Ventilação Redutor de velocidade Redutores de velocidade do vento são recomendados quando a ventilação é desejada mas o vento no local apresenta maior intensidade que o desejado para proporcionar conforto e renovar o ar dos ambiente internos. São localizados em uma orientação específica visando uma direção predominante de ventos de elevada intensidade. Os redutores podem ser vazados ou podem ser barreiras dispostas ao longo do entorno do edifício a fim de proporcionar uma rugosidade que desacelera, desvia e/ou reduz o vento incidente. Estas barreiras podem ser utilizadas para fins combinados, como vegetação de arbustos ou árvores em jardins e bancos para os usuários. Podem também ser barreiras em vidro quando se deseja manter a vista para um ponto ou direção específica. 18

19 VE: Ventilação REDUTOR DE VELOCIDADE Figura Redutores de velocidade do vento no entorno do edifício Fonte:

20 VE: Ventilação Amazonas. 20

21 VE: Ventilação Amazonas. House in safe - Bangkok, Tailândia 21

22 VE: Ventilação Casa Macana Caucasia, Colombia 22

23 VE: Ventilação Casa Vila Romana São Paolo 23

24 VE: Ventilação V-Houses Yelapa, Mexico 24

25 VE: Ventilação Zion National Park Visitor Center Utah, USA 25

26 RE: Resfriamento evaporativo 26

27 RE: Resfriamento evaporativo Resfriamento evaporativo direto O resfriamento evaporativo direto consiste em umidificar diretamente o ar a fim de reduzir a temperatura do ar para a troca de fase a água no estado líquido para o estado gasoso, ou para vapor de água. Pode ser realizado através de fontes de água como cascatas, espelhos d água ou até pela vegetação. Quando estes são instalados próximos às aberturas do edifício, o ar ou vento passam por eles levando o ar úmido e fresco para dentro dos ambientes. 27

28 RE: Resfriamento evaporativo Figura Centro Comercial Unicentro, Cali Colômbia O resfriamento evaporativo direto pode também ser realizado por microasperção da água diretamente no ar. Para tanto, deve-se verificar se o clima do local comporta esta estratégia, visto que é eficaz em regiões de clima seco que favorece a evaporação da água. A microasperção em especial é uma estratégia recomendada para ambientes externos e deve-se tomar cuidados extras quando aplicada em ambientes internos, como altura de instalação dos microaspersores. 28

29 RE: Resfriamento evaporativo Resfriamento evaporativo indireto O resfriamento evaporativo indireto consiste em resfriar um componente ou superfície do edifício usando a água para reduzir a temperatura do componente ao trocar de fase líquida para gasosa. É comum em espelhos d água sobre lajes na cobertura, ou cortinas de água sobre coberturas e fachadas, sejam em vidros ou materiais opacos. O movimento da água em estado líquido sobre o componente facilita as trocas com o ar e, portanto, facilita a evaporação e o conseqüente resfriamento do componente. Este, uma vez resfriado, irá retirar calor do ambiente interno, reduzindo a temperatura do ar interior. 29

30 RE: Resfriamento evaporativo Figura Espelho dágua na cobertura, Casa em Aldeia da Serra, SP, MMBB Arquitetos Fonte: 30

31 RE: Resfriamento evaporativo Direto Sevilha, Expo 92 31

32 RE: Resfriamento evaporativo 32

33 RE: Resfriamento evaporativo 33

34 RE: Resfriamento evaporativo Pavilhão de Sevilha Indireto 34

35 RE: Resfriamento evaporativo British Pavilion, Seville Exposition Espanha 35

36 RE: Resfriamento evaporativo Carnegie Institute for Global Ecology building Stanford University - USA 36

37 RE: Resfriamento evaporativo Evaporative cooling towers Sevilla, Espanha 37

38 MR: Massa térmica para resfriamento 38

39 MR: Massa térmica para resfriamento Tetos-jardim, ou coberturas ajardinadas, ou ainda coberturas verdes são alguns nomes dados para esta cobertura que apresenta uma camada inferior de brita sobre a laje, uma camada de terra e uma camada da cobertura vegetal. Costuma apresentar elevada inércia térmica pela sua espessura e materiais, ao combinar a laje, a brita e a terra para o plantio. 39

40 MR: Massa térmica para resfriamento Também apresenta elevado desempenho no resfriamento devido à evapotranspiração das plantas que retiram parte da energia do sol para realizar seus processos biológicos de fotossíntese e transpiração. Sem a vegetação, esta energia solar seria usada para aquecer o ar externo, principalmente se a cobertura for escura,e para aquecer o ar interno, principalmente se a cobertura não tiver isolamento. Academia de Ciências da California, Renzo Piano Fonte: 40

41 MR: Massa térmica para resfriamento A massa térmica, ou material com elevada inércia térmica é uma estratégia de resfriamento quando usada sem nenhuma fonte adicional de calor. Caracteriza-se por ter elevada capacidade térmica, ou seja, elevado poder de armazenamento de calor, o que é possível pela natureza de seu material (is) e pela sua espessura. Paredes de elevada massa térmica devem ser grossas e, como não têm fonte de calor (como o sol) sobre elas, mantêm-se mais frias que o ar. 41

42 MR: Massa térmica para resfriamento 42

43 MR: Massa térmica para resfriamento 43

44 MR: Massa térmica para resfriamento Perú Cartagena, Colômbia 44

45 SOMBREAMENTO 45

46 SOMBREAMENTO Brises têxteis/telas solares Diversos tipos de proteções solares para sombreamento das aberturas no interior das edificações estão sendo desenvolvidos, sendo as principais funções deles filtrar o ganho solar, proteger do ofuscamento, proteger contra raios UV e permitir a entrada de luz natural. Proteções solares internas podem ser usados para aberturas nas paredes ou nas aberturas zenitais e podem ser encontrados diversos níveis de sombreamento desejáveis especialmente desenhados para cada fachada em que se encontra a abertura. Proteções solares externos podem ter diversos formatos, a tecnologia evolui no sentido da sua maior resistência às mudanças climáticas e são geralmente motorizados. 46

47 SOMBREAMENTO Figura - brise têxtil. Fonte: 47

48 SOMBREAMENTO Gelosias são fechamentos vazados formados por treliças de ripas finas, geralmente de madeira, através das quais a ventilação é permeável enquanto proporciona privacidade para dentro do ambiente. De acordo com as dimensões dos seus vãos e das suas cores, também proporcionam maior ou menor níveis de iluminação. O muxarabi refere-se à gelosia cercando um pequeno balcão, bastante comum na arquitetura islâmica que se enraizou na arquitetura mediterrânea espanhola, chegando até a arquitetura colonial brasileira. Em geral, confunde-se muxarabi com gelosia, chamando o segundo pelo nome do primeiro. Muxarabi/gelosias 48

49 SOMBREAMENTO Figura Gelosias. Fonte: 49

50 SOMBREAMENTO Figura: Brise horizontal Fonte: 50

51 SOMBREAMENTO Fachadas ventiladas Fachadas ventiladas ou duplas fachadas são bastante usadas na Europa por fornecer níveis altos de conforto térmico. As fachadas duplas podem ser criadas em diversos materiais e o principio é a criação de um espaço intermediário entre o exterior e o interior da edificação que ao ser ventilado e não ter radiação solar direta reduz o ganho térmico na edificação. Fachadas ventiladas apresentam vidro duplo e circulação de ar no meio. O vidro externo geralmente é simples enquanto o vidro interno é geralmente duplo. Podem ser instaladas venezianas internas no meio que sejam recolhidas de forma manual ou automática. No verão os vidros externos devem ser aberto e, no inverno, deve permanecer fechados. São possíveis diversas variações na fachada e geralmente 51 incorporam um sistema de sombreamento para controle da luz e do calor. Fonte:

52 SOMBREAMENTO Figura FACHADAS VENTILADAS. Encaixes na peça extrudada facilitam a montagem. O espaço entre os dois 52 paramentos funciona como uma câmara de circulação e renovação de ar. Fonte:

53 SOMBREAMENTO Amazonas Colegio Bureche Santa Marta, Colômbia 53

54 SOMBREAMENTO São Paolo Casa de Huéspedes Ilustres Cartagena, Colômbia Coluni UFV 54

55 SOMBREAMENTO UPB Bloque de Ingeniería Medellín, Colômbia 55

56 SOMBREAMENTO Brisbane, Australia Edificio Copan Sao Paolo 56

57 SOMBREAMENTO Colegio Santo Domingo Medellín, Colômbia 57

58 SOMBREAMENTO China 58

59 SOMBREAMENTO Seattle, USA 59

60 SOMBREAMENTO Solar decathlon - University of Virginia 60

61 SOMBREAMENTO Centro Cultural Jean Marie Tjibaou - Nouméa, Nova Caleônia 61

62 SOMBREAMENTO Veneziana ajustável Montreal 62

63 AC: Ar condicionado 63

64 AC: Ar condicionado 64

65 ESTRATÉGIAS PARA FRIO 65

66 AS: Aquecimento solar. O sol é usado em locais e países de climas frios como estratégia de aquecimento passivo. O sol em si não aquece o ar, mas aquece outros componentes que, após receber energia do sol (ondas curtas), as transforma em calor por ondas longas que aquece o ar. O vidro é transparente a estas ondas curtas mas, quando esta radiação atinge um componente opaco e é transformada em calor, o vidro retém este calor (ondas longas) dentro do ambiente. 66

67 MA/AS: Massa Térmica com Aquecimento solar. 67

68 MA/AS: Massa Térmica com Aquecimento solar. A estratégia exige a combinação destes elementos: incidência solar dentro dos ambientes, vidros para o sol penetrar e para impedir o calor de sair e superfícies com massa para armazenar a energia do sol e transformá-la em calor. Vê-se um exemplo através de uma parede Trombe, que é uma parede com elevada massa térmica combinada a uma camada de vidro na sua face exterior. Figura Parede Trombe, Inglaterra Foto: Solange Goulart 68

69 MA/AS: Massa Térmica com Aquecimento solar. Parede trombe 69

70 MA/AS: Massa Térmica com Aquecimento solar. 70

71 MA/AS: Massa Térmica com Aquecimento solar. 71

72 MA/AS: Massa Térmica com Aquecimento solar. NREL Laboratory 72

73 MA/AS: Massa Térmica com Aquecimento solar. 73

74 AS: Aquecimento solar. Argentina 74

75 AS: Aquecimento solar. Fachada sul Colorado, USA Solar decathlon University of Michigan 75

76 AS: Aquecimento solar. Casa Horas Claras El Retiro, Colômbia 76

77 AA: Aquecimento artificial 77

78 AA: Aquecimento artificial Aquecimento de ambiente e água 78

79 AA: Aquecimento artificial Aquecimento de água Aquecimento Rua 79

80 U: Umidificação Brasilia Brisbane, Australia 80

81 U: Umidificação Brisbaine, AU Brasília, DF Vegetação lagos Espelhos d água 81

82 U: Umidificação Water Temple - Shingonshu Honpukuji Awaji Island, Japão Casa Cluny Singapura, Malásia 82

83 Uso de vegetação na fachada Paris 83

84 mistura de estratégias: CH2 Building CH2 Building Melbourne, Australia 84

85 mistura de estratégias: CH2 Building 85 85

86 mistura de estratégias: CH2 Building 86 86

87 mistura de estratégias: CH2 Building 87 87

88 mistura de estratégias: CH2 Building CH2 Building Melbourne, Australia 88

89 mistura de estratégias: CH2 Building CH2 Building Melbourne, Australia 89

90 mistura de estratégias: CH2 Building CH2 Building Melbourne, Australia 90

91 Múltiplas estratégias THUBERC: Building Energy Research Center Tsinghua University - China 91

92 Múltiplas estratégias THUBERC: Building Energy Research Center Tsinghua University - China 92

93 Múltiplas estratégias THUBERC: Building Energy Research Center Tsinghua University - China 93

94 Múltiplas estratégias - Projetos de Richard Rogers From the House to the City Richard Rogers 94

95 Múltiplas estratégias - Projetos de Richard Rogers From the House to the City Richard Rogers 95

96 PROBLEMAS Paredes pretas + Brasília 96

97 Problema vidro fume + parede preta Absortância (α) = 0,9 Vidro fumê Banco Central - Brasília 97

98 Uso extensivo do vidro - seattle Biblioteca Central de Seattle 98

99 Conflito ventilação odor - acústica Aeroporto de Brasília 99

100 Edifícios Ministérios Brasília 100

101 MÉTODO AVALIAÇÃO TRY: Emprega valores horários Normais: Empregam valores médios + 101

102 Normais climatológicas: Serão necessários valores mensais de:. Temperatura média do ar. Temperatura média das máximas. Temperatura média das mínimas ; Temperatura máxima absoluta. Temperatura mínima absoluta. Umidade relativa média Temperatura Média do ar Temperatura Média das máximas e mínimas do ar variação do conteúdo de umidade 1,5 g/kg 102

103 Obtenção das doze retas: Repetindo estes procedimentos para os doze meses do ano, obtém-se doze retas. O percentual de cada necessidade bioclimática é obtido por medição linear das retas. Análise de Florianópolis 103

104 104

105 Carta Bioclimática Brasilia Carta Bioclimática Curitiba Carta Bioclimática Natal 105

106 Comparação do relatório Analyisis Bio para três cidades diferentes 106

107 AVALIAÇÃO BRASIL + O zoneamento bioclimático brasileiro compreende oito diferentes zonas Desempenho térmico em edificações Roberto Lamberts Zoneamento bioclimático Brasileiro ABNT NBR :

108 Cidade: Belém Conforto: 0,7% Desconforto: 99,2% Frio: 0,0% Calor: 99,2% 24 C Carta bioclimática Estratégias Desempenho térmico em edificações Roberto Lamberts Temperatura 108

109 Cidade: Brasília Conforto: 43,6% Desconforto: 56,3% Frio: 41,1% Calor: 15,2% 20 C Carta bioclimática Estratégias Desempenho térmico em edificações Roberto Lamberts Temperatura 109

110 Cidade: Curitiba Conforto: 20,9% Desconforto: 79,0% Frio: 73,1% Calor: 5,9% 16 C Carta bioclimática Estratégias Desempenho térmico em edificações Roberto Lamberts Temperatura 110

111 Cidade: Florianópolis Conforto: 20,8% Desconforto: 79,1% Frio: 40,7% Calor: 38,3% 19 C Carta bioclimática Estratégias Desempenho térmico em edificações Roberto Lamberts Temperatura 111

112 Cidade: Fortaleza Conforto: 12,9% Desconforto: 87,0% Frio: 0,0% Calor: 87,0% 26 C Carta bioclimática Estratégias Desempenho térmico em edificações Roberto Lamberts Temperatura 112

113 Cidade: Maceió Conforto: 17,8% Desconforto: 82,1% Frio: 6,0% Calor: 76,1% 23 C Carta bioclimática Estratégias Desempenho térmico em edificações Roberto Lamberts Temperatura 113

114 Cidade: Natal Conforto: 14,7% Desconforto: 85,2% Frio: 0,5% Calor: 84,7% 25 C Carta bioclimática Estratégias Desempenho térmico em edificações Roberto Lamberts Temperatura 114

115 Cidade: Porto Alegre Conforto: 22,4% Desconforto: 77,5% Frio: 51,6% Calor: 25,9% 18 C Carta bioclimática Estratégias Desempenho térmico em edificações Roberto Lamberts Temperatura 115

116 Cidade: Recife Conforto: 31,6% Desconforto: 68,3% Frio: 0,0% Calor: 68,3% 26 C Carta bioclimática Estratégias Desempenho térmico em edificações Roberto Lamberts Temperatura 116

117 Cidade: Rio de Janeiro Conforto: 20,3% Desconforto: 79,6% Frio: 15,1% Calor: 64,4% 24 C Carta bioclimática Estratégias Desempenho térmico em edificações Roberto Lamberts Temperatura 117

118 Cidade: Salvador Conforto: 37,8% Desconforto: 62,1% Frio: 3,6% Calor: 58,5% 25 C / 26 C Carta bioclimática Estratégias Desempenho térmico em edificações Roberto Lamberts Temperatura 118

119 Cidade: São Luis Conforto: 1,4% Desconforto: 98,5% Frio: 0,0% Calor: 98,5% 25 C Carta bioclimática Estratégias Desempenho térmico em edificações Roberto Lamberts Temperatura 119

120 Cidade: São Paulo Conforto: 27,1% Desconforto: 72,8% Frio: 59,3% Calor: 13,4% 17 C Carta bioclimática Estratégias Desempenho térmico em edificações Roberto Lamberts Temperatura 120

121 Cidade: Vitoria Conforto: 17,8% Desconforto: 82,1% Frio: 18,0% Calor: 64,0% 23 C Carta bioclimática Estratégias Desempenho térmico em edificações Roberto Lamberts Temperatura 121

122 Bibliografía ABNT, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR :2005. Desempenho térmico de edificações. Parte 3: Zoneamento bioclimático brasileiro e diretrizes construtivas para habitações unifamiliares de interesse social Arquivos Climáticos. LABEEE (Laboratório de eficiência energética em Edificações). Disponível em: < Eficiência Energética na Arquitetura. LAMBERTS, Roberto; DUTRA, Luciano; RUTTKAY, Fernando Oscar.. PW Gráficos e Editores Asociados Ltda