O USO DE ESTRATÉGIAS BIOCLIMÁTICAS PARA BENEFÍCIO DO CONFORTO TÉRMICO E ECONOMIA ENERGÉTICA DAS EDIFICAÇÕES

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1 i UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA CENTRO DE TECNOLOGIA CURSO DE ENGENHARIA CIVIL O USO DE ESTRATÉGIAS BIOCLIMÁTICAS PARA BENEFÍCIO DO CONFORTO TÉRMICO E ECONOMIA ENERGÉTICA DAS EDIFICAÇÕES TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO Jair Alberto Felice Junior Santa Maria, RS, Brasil 2015

2 ii O USO DE ESTRATÉGIAS BIOCLIMÁTICAS PARA BENEFÍCIO DO CONFORTO TÉRMICO E ECONOMIA ENERGÉTICA DAS EDIFICAÇÕES Jair Alberto Felice Junior Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Engenharia Civil, da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM, RS), como requisito parcial para obtenção do grau de Engenheiro Civil. Orientador: Prof. Dr. Joaquim Cesar Pizzutti dos Santos Santa Maria, RS, Brasil 2015

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4 iv Universidade Federal de Santa Maria Centro de Tecnologia Curso de Engenharia Civil A Comissão Examinadora, abaixo assinada, aprova o Trabalho de Conclusão de Curso. elaborado por Jair Alberto Felice Junior Como requisito para a obtenção de grau de Engenheiro Civil COMISSÃO EXAMINADORA: Joaquim Cesar Pizzutti dos Santos, Dr. (Orientador) Marcos Alberto Oss Vaghetti, Dr. (UFSM) Rogério Cattelan Antocheves de Lima, Dr. (UFSM) Santa Maria, 02 dezembro de 2015

5 v AGRADECIMENTOS Agradeço primeiramente aos meus pais, minha mãe Cleusa e meu pai Jair pelo apoio durante esses anos, sempre acreditando na minha competência. À minha namorada Priscila pelo companheirismo, carinho e paciência de sempre. À minha irmã Marta e seu marido Manoel pelo apoio financeiro durante esta trajetória. Aos meus amigos e colegas Aline, Fernando, Jacques, Jonathan e Ticiana, companheiros desta árdua trajetória; e em especial ao Guilherme que juntos desenvolvemos diversos trabalhos acadêmicos criando um vínculo de amizade que jamais esquecerei. Aos meus amigos Jeferson, Jaina e Vinicius, companheiros de moradia, que viveram a maior parte do tempo comigo como uma família. À minha amiga Isabela pelos livros emprestados para realização deste trabalho. Ao meu orientador Joaquim pela orientação neste projeto, paciência e incentivo para o desenvolvimento deste assunto.

6 vi RESUMO Trabalho de Conclusão de Curso Curso de Engenharia Civil Universidade Federal de Santa Maria O USO DE ESTRATÉGIAS BIOCLIMÁTICAS PARA BENEFÍCIO DO CONFORTO TÉRMICO E ECONOMIA ENERGÉTICA DAS EDIFICAÇÕES. AUTOR: JAIR ALBERTO FELICE JUNIOR ORIENTADOR: JOAQUIM CESAR PIZZUTTI DOS SANTOS Data e Local da Defesa: Santa Maria, 02 dezembro de A Revolução Industrial trouxe consigo um aumento desordenado tanto da população quanto da tecnologia, proporcionando o crescimento dos centros urbanos e da industrialização. A partir disso, nota-se a necessidade de uma demanda significativa do consumo energético através da energia elétrica, que além de possuir grande custo econômico, tem alto poder de degradação ao meio ambiente. Com esta ideia, estão sendo utilizadas na construção civil, alternativas construtivas que proporcionam um maior conforto ao ser humano, com menor consumo de energia e sem prejudicar ou afetando o menos possível o meio ambiente, através de seu baixo custo de implantação e operação. Primeiramente, este trabalho apresenta uma revisão bibliográfica sobre a padronização brasileira de desempenho térmico em edificações habitacionais, seguido de conceitos sobre sustentabilidade, eficiência energética, conforto térmico, climatização natural e artificial. Após este estudo, são demonstradas diversas estratégias bioclimáticas utilizadas na construção civil, como forma de obtenção de menores consumos energéticos, proporcionando menores custos com energia elétrica e melhores condições de conforto térmico nas edificações. Desse modo, procura-se analisar os projetos que implantaram esta tecnologia, tanto no Brasil quanto no mundo. Palavras-chave: Estratégias bioclimáticas, conforto térmico, eficiência energética e sustentabilidade.

7 vii LISTA DE FIGURAS Figura 1 - Etiqueta Inmetro. Fonte: INMETRO, Figura 2 - Etiqueta Inmetro - Edifício Comercial. Fonte: INMETRO, Figura 3 - Radiação Solar e Latitude. Fonte: Frota e Schiffer, Figura 4 - Chalé nas Montanhas. Fonte: Google Imagens, Figura 5 - Casas de Campo. Fonte: Google Imagens, Figura 6 - Trocas de calor em paredes opacas. Fonte: Frota e Schiffer, Figura 7 - Trocas de calor em paredes translúcidas. Fonte: Frota e Schiffer, Figura 8 - Proteção Interna (Cortina). Fonte: Google Imagens, Figura 9 - Brises de proteção solar. Fonte: Archtendencias Arquitetura, Figura 10 - Trocas entre um ambiente real e o corpo e entre um ambiente imaginário e o mesmo corpo, através da temperatura radiante média. Fonte: labeee, Figura 11 - PMV e PPD. Fonte: labeee, Figura 12 - Tela de entrada das variáveis climáticas para avaliação no módulo de conforto térmico do Analysis CST. Fonte: labeee, Figura 13 - Tela do resultado gráfico de PMV e PPD no módulo de conforto térmico do Analysis CST. Fonte: labeee, Figura 14 - Tela da ilustração das trocas térmicas no módulo de conforto térmico do Analysis CST, para as variáveis Met= 70W/m2, Vestimenta= 1.85 clo, T ar = 27oC, T globo = 32oC, TBU= 25oC, Var= 0,7m/s. Fonte: labeee, Figura 15 - Carta bioclimática de Olgyay. Fonte:Lamberts, Dutra e Pereira, Figura 16 - Carta bioclimática adotada para o Brasil. Fonte: Lamberts, Dutra e Pereira, Figura 17 - Zona de conforto. Fonte: LabEEE, Figura 18 - Zona de ventilação. Fonte: LabEEE, Figura 19 - Zona de resfriamento evaporativo. Fonte: LabEEE, Figura 20 - Zona de massa térmica. Fonte: LabEEE, Figura 21 - Zona de ar condicionado. Fonte: LabEEE, Figura 22 - Zona de umidificação. Fonte: LabEEE, Figura 23 - Zona de massa térmica e aquecimento solar. Fonte: LabEEE, Figura 24 - Zona de aquecimento solar passivo. Fonte: LabEEE, Figura 25 - Zona de aquecimento artificial. Fonte: LabEEE, Figura 26 - Interseção entre ventilação, massa e resfriamento evaporativo. Fonte:

8 viii Lamberts, Dutra e Pereira, Figura 27 - Carta bioclimática de Porto Alegre (RS). Fonte: Lamberts, Dutra e Pereira, Figura 28 - Carta bioclimática do Rio de Janeiro (RJ). Fonte: Lamberts, Dutra e Pereira, Figura 29 -Carta bioclimática de Belém (PA). Fonte: Lamberts, Dutra e Pereira, Figura 30 - Forma e orientação do edifício. Fonte: Lamberts, Dutra e Pereira, Figura 31 - Espaços fluidos. Fonte: Lamberts, Dutra e Pereira, Figura 32 - Ventilação vertical. Fonte: Lamberts, Dutra e Pereira, Figura 33 - Resfriamento evaporativo áreas com vegetais. Fonte: Lamberts, Dutra e Pereira, Figura 34 - Resfriamento evaporativo paredes com vegetais jardim e tanque de água sobre o telhado. Fonte: Lamberts, Dutra e Pereira, Figura 35 - Umidificação fonte e espelho de água. Fonte: Lamberts, Dutra e Pereira, Figura 36 - Massa térmica resfriamento e aquecimento. Fonte: Lamberts, Dutra e Pereira, Figura 37 - Ganho solar direto. Fonte: Lamberts, Dutra e Pereira, Figura 38 - Ganho solar indireto. Fonte: Lamberts, Dutra e Pereira, Figura 39 - Ar condicionado. Fonte: Procel guias técnicos, Figura 40 - Fachada City Hall - Londres. Fonte: Wikiarquitectura, Figura 41 - Projeto Fachada Editt Tower - Cingapura. Fonte: Plataforma BIM, Figura 42 - Projeto Fachada Editt Tower - Cingapura. Fonte: Plataforma BIM, Figura 43 - Projeto do telhado verde do centro comercial Hills at Vallco - Califónia. Fonte: Vivagreen, Figura 44 - Telhado verde obrigatório em Toronto e Copenhague. Fonte: Vivagreen, Figura 45 - Vista Superior - Casa Folha Angra dos Reis. Fonte: Sustentarqui, Figura 46 - Casa Folha Angra dos Reis. Fonte: Sustentarqui, Figura 47 - Fachada fábrica Ipel. Fonte: Metálica Construção Civil, Figura 48 - Interior fábrica Ipel. Fonte: Metálica Construção Civil, Figura 49 Fachada Edifício Ventura Corporate Towers. Fonte: Arco Projetos Design,

9 ix Figura 50 Térreo Edifício Ventura Corporate Towers. Fonte: Arco Projetos Design, Figura 51 - Casa de Pedra Massa Térmica. Fonte: SKYSCRAPERCITY, Figura 52 Fachada Príncipe de Greenfield. Fonte: Habitar Porto Alegre, Figura 53 - Hall de entrada Príncipe de Greenfield. Fonte: Habitar Porto Alegre, Figura 54 Casa Popular Eficiente GEPETECS. Fonte: Pessoal, Figura 55 Casa Eficiente GEPETECS. Fonte: Pessoal,

10 x LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Critérios de cobertura quanto à transmitância térmica (ABNT NBR 15575). 5 Tabela 2 - Absortividade em função da cor (LAMBERTS, DUTRA E PEREIRA, 2004) Tabela 3 - Condutividade térmica dos materiais (LAMBERTS, DUTRA E PEREIRA, 2004) Tabela 4 - Emissividade de alguns materiais. (LAMBERTS, DUTRA E PEREIRA, 2004) Tabela 5 - Transmitância térmica de alguns materiais (LAMBERTS, DUTRA E PEREIRA, 2004) Tabela 6 - Escala térmica de Fanger (LabEEE, 2011)

11 xi SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO Objetivo Geral Objetivos específicos Justificativa Metodologia NORMALIZAÇÃO SUSTENTABILIDADE Certificações de Sustentabilidade Selo Casa Azul da Caixa Leadership in Energy and Environmental Design (LEED) Green Building Council Brasil EFICIÊNCIA ENERGÉTICA Variáveis Climáticas Radiação Solar Temperatura Vento Umidade Variáveis Arquitetônicas A Forma A Função Fechamentos CONFORTO TÉRMICO NAS EDIFICAÇÕES Variáveis que influenciam no conforto térmico Temperatura do ar Temperatura radiante média Velocidade do ar... 27

12 xii Umidade relativa do ar Índices de Conforto Voto Médio Predito (PMV) Programa Analysis CST BIOCLIMATOLOGIA As Zonas da Carta Bioclimática Brasileira Zona de Conforto Zona de Ventilação: Zona de Resfriamento Evaporativo Zona de Massa Térmica para Resfriamento Zona de Ar Condicionado Zona de Umidificação Zona de Massa Térmica e Aquecimento Solar Zona de Aquecimento Solar Passivo Zona de Aquecimento Artificial Interseções entre Estratégias Carta Bioclimática de Algumas Cidades Brasileiras Carta Bioclimática de Porto Alegre (RS) Carta Bioclimática do Rio de Janeiro (RJ) Carta Bioclimática de Belém (PA) ESTRATÉGIAS BIOCLIMÁTICAS Ventilação Natural Resfriamento Evaporativo Umidificação Massa Térmica Aquecimento Solar Passivo Ar Condicionado Aquecimento Artificial... 51

13 xiii 8 ANÁLISE DE ALGUNS PROJETOS QUE SE BENEFICIAM COM O USO DE ESTRATÉGIAS BIOCLIMÁTICAS NO BRASIL E NO MUNDO City Hall Prefeitura de Londres Estratégias Bioclimáticas Utilizadas EDITT Tower A Torre Ecológica de Cingapura Estratégias Bioclimáticas Utilizadas Centro Comercial Hills at Vallco Estratégias Bioclimáticas Utilizadas Copenhague e Toronto Casa Folha Angra dos Reis (RJ) Estratégias Bioclimáticas Utilizadas Ipel Fábrica de Pincéis e Embalagens Estratégias Bioclimáticas Utilizadas Edifício Ventura Corporate Towers Estratégias Bioclimáticas Utilizadas Casa de Pedra Serra Gaúcha Príncipe de Greenfield Estratégias Bioclimáticas Utilizadas Casa Popular Eficiênte ANÁLISE GERAL DOS PROJETOS CONCLUSÃO REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 70

14 1 1 INTRODUÇÃO Com a Revolução Industrial, surgindo na Inglaterra, em meados do século XVIII e se expandindo para os demais países no século XIX, evidenciou-se um crescimento desordenado da população e da tecnologia, promovendo uma demanda significativa no uso de energia para suprir as melhores condições de conforto térmico para o ser humano. Desse modo, teve-se um aumento substancial no consumo de fontes energéticas, como a energia elétrica. Com o intuito de diminuir os impactos ambientais causados pelo consumo de energia, diminuir gastos com a utilização desta tecnologia e ao mesmo tempo proporcionar a conservação de energia em prol do conforto térmico da população é que novas alternativas construtivas estão sendo introduzidas na construção civil. A Arquitetura deve ser explorada de modo a servir ao ser humano melhores condições de vida e saúde, proporcionando um funcionamento do organismo sem submeter o indivíduo à fadiga ou estresse, inclusive térmico. A Arquitetura como uma de suas funções, deve oferecer condições térmicas compatíveis ao conforto térmico humano no interior dos edifícios, independente das condições climáticas externas (FROTA e SCHIFFER, 2001). Através da intervenção humana, no ato de construir seus espaços internos e externos, nota-se uma alteração nas condições climáticas locais, demandando respostas eficientes por parte das edificações, compatíveis ao conforto térmico humano. Tendo em vista que diversas alternativas bioclimáticas podem ser atribuídas às edificações, de modo que proporcione um melhor conforto térmico, redução do consumo energético e consequentemente dos custos, se desenvolveu este trabalho, em que se propôs analisar as mais variadas possibilidades da utilização destas variáveis, de maneira que o homem possa conviver confortavelmente, de forma econômica e sem prejudicar ou prejudicando o mínimo possível o meio ambiente. Serão abordados inicialmente, conceitos sobre eficiência energética, conforto térmico e desempenho térmico das edificações, sustentabilidade, análise da bioclimatologia e apresentação da carta bioclimática brasileira, além de exemplos de estratégias bioclimáticas que estão sendo utilizadas no Brasil e no mundo em benefício do conforto térmico e eficiência energética das edificações.

15 2 1.1 Objetivo Geral O objetivo geral deste trabalho consiste em analisar e demonstrar, a partir de uma pesquisa e estudo, o uso de alternativas bioclimáticas que podem ser utilizadas na construção civil, com o intuito de obter resultados satisfatórios do uso destas tecnologias no conforto térmico das edificações, além da diminuição do consumo energético das mesmas. 1.2 Objetivos específicos Os objetivos específicos desta pesquisa são: i. Realizar uma abordagem inicial sobre as Normas Brasileira NBR e NBR 15220, de desempenho; ii. Realizar uma abordagem sobre sustentabilidade; iii. Apresentar conceitos de eficiência energética; iv. Realizar um estudo sobre conforto e desempenho térmico de edificações; v. Estudar e analisar a bioclimatologia juntamente com as zonas da carta bioclimática brasileira; vi. Apresentar exemplos de alternativas que beneficiam o conforto térmico de edificações; vii. Analisar as estratégias bioclimáticas utilizadas em diversos projetos no Brasil e no mundo. 1.3 Justificativa Este tema foi escolhido para compreender o funcionamento das técnicas utilizadas na construção civil para benefício do conforto térmico e eficiência energética das edificações nas diferentes regiões do Brasil e do mundo e com os mais variados climas, além de estabelecer a importância dessas estratégias na qualidade de vida das pessoas. Além disso, a ideia é obter conhecimento do tema e, posteriormente como projetista, identificar a melhor estratégia que se enquadre no sistema construtivo, a fim de proporcionar o desenvolvimento sustentável do País, além de estabelecer uma melhoria no condicionamento térmico das edificações.

16 3 1.4 Metodologia A metodologia a ser aplicada neste trabalho consistirá, fundamentalmente, de uma ampla revisão bibliográfica sobre os conceitos fundamentais de estratégias bioclimáticas utilizadas na construção civil, abordando, contudo, diversos conteúdos relacionados a este assunto. A partir disso, serão demonstradas diversas estruturas e exemplos de alternativas passivas no conforto térmico das edificações. Por fim, será realizada uma análise geral sobre as abordagens do corpo do texto.

17 4 2 NORMALIZAÇÃO A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) estabelece diretrizes para a elaboração de projetos que satisfaçam os requisitos que dizem respeito ao desempenho térmico das construções habitacionais no Brasil. A norma técnica brasileira que estabelece estes condicionantes é a NBR 15220/2003 DESEMPENHO TÉRMICO DE EDIFICAÇÕES, composta de cinco (5) partes: Parte 1: Definições, símbolos e unidades; Parte 2: Métodos de cálculo da transmitância térmica, da capacidade térmica, do atraso térmico e do fator solar de elementos e componentes de edificações; Parte 3: Zoneamento bioclimático brasileiro e diretrizes construtivas para habitações unifamiliares de interesse social; Parte 4: Medição da resistência térmica e da condutividade térmica pelo princípio da placa quente protegida; Parte 5: Medição da resistência térmica e da condutividade térmica pelo método fluximétrico. Esta é a norma brasileira que relacionada ao Desempenho Térmico de Edificações. Nela estão contidos os métodos de cálculo de transmitância térmica, de capacidade térmica, atraso térmico e do fator solar de elementos e componentes de edificações. Além disso, a norma demonstra o zoneamento bioclimático brasileiro e diretrizes construtivas para habitações unifamiliares de interesse social e estabelece métodos de técnicas utilizadas na análise de resistência térmica das edificações. Existe ainda uma norma brasileira geral de desempenho, a NBR 15575/2013 DESEMPENHO DE EDIFICAÇÕES HABITACIONAIS, que busca atender as exigências mínimas de desempenho em unidades habitacionais. Esta norma é comporta por seis (6) partes: Parte 1: Requisitos gerais; Parte 2: Requisitos para os sistemas estruturais; Parte 3: Requisitos para os sistemas de pisos; Parte 4: Requisitos para os sistemas de vedações verticais internas e externas; Parte 5: Requisitos para os sistemas de coberturas; Parte 6: Requisitos para os sistemas hidrossanitários.

18 5 A Associação Brasileira de Normas Técnicas elaborou a Norma de Desempenho de Edificações Habitacionais ABNT NBR 15575, buscando atender às exigências dos usuários no que se refere aos sistemas que compõem as unidades habitacionais utilizados no Brasil. A Norma visa incentivar o desenvolvimento tecnológico ao mesmo tempo em que orienta e avalia a eficiência técnica e econômica das edificações. Uma das exigências desta norma são os Requisitos para Sistema de Coberturas (parte 5), onde indica que cada edificação deve possuir requisitos mínimos de desempenho em coberturas, em que a transmitância térmica e absortância à radiação solar devem proporcionar desempenho térmico apropriado de acordo com a zona bioclimática do local. Na Tabela 1, notam-se critérios de coberturas quanto à transmitância térmica para cada zona Bioclimática. Tabela 1 - Critérios de cobertura quanto à transmitância térmica (ABNT NBR 15575). TRANSMITÂNCIA TÉRMICA (U) W/m² K ZONAS 1 e 2 ZONAS 3 a 6 ZONAS 7 e 8 α 0,60 α > 0,60 α 0,40 α > 0,40 U 2,30 U 2,30 U 1,50 U 2,30 FV U 1,50 FV α é a absorbância à radiação solar da superfície externa da cobertura NOTA: O fator de ventilação (FV) é estabelecido na ABNT NBR

19 6 3 SUSTENTABILIDADE Atualmente, a maior parte da população vive em centros urbanos e passam a maior parte do tempo dentro das edificações, realizando as mais diversas atividades. Com a disponibilidade de energia barata, encontrada no século passado, não existia uma preocupação em utilizar soluções passivas e técnicas construtivas que proporcionassem uma redução no consumo de energia das habitações. Após sucessivas crises energéticas entre as décadas de 70 e 90, e a tomada de consciência do possível esgotamento da capacidade energética do meio ambiente, o conceito de sustentabilidade ganhou enfoque no setor da construção civil. Atender às necessidades do presente, sem comprometer as gerações futuras é uma das definições do termo sustentabilidade. A sustentabilidade de um empreendimento é evidenciada quando o mesmo obedece alguns requisitos, como: ser ecologicamente correto, economicamente viável, socialmente justo e culturalmente aceito. A incorporação plena dos aspectos de sustentabilidade deve ser feita a partir de premissas interligadas, envolvendo os parâmetros estéticos e técnicos, que atendam ao programa arquitetônico, questões técnicas, executivas e de desempenho da edificação. Assim sendo, é de responsabilidade dos órgãos governamentais estabelecer parâmetros que relacionem os empreendimentos dentro do conceito de sustentabilidade, além de promover a fiscalização dos mesmos. Dessa forma, cria-se uma visão de empreendimento sustentável, em que o impacto ambiental causado pela construção civil seja o menor possível, com o menor desperdício na fase construtiva e maior ganho energético no seu funcionamento. O grande bloqueio para a criação de uma visão sustentável no setor de construção civil é a grande dificuldade em relação aos custos, ainda elevados, de determinados elementos que permitirão a classificação do empreendimento no conceito de sustentabilidade. Essas dificuldades podem criar na mente do empreendedor, a ideia errada de que, se elevar seus custos de construção, os possíveis benefícios advindos do enquadramento do empreendimento no conceito de sustentabilidade não serão suficientes para proporcionar uma recuperação rápida do capital investido, podendo gerar um prejuízo (ATITUDES SUSTENTÁVEIS, 2015). Essas e outras ideias que contradizem o conceito de sustentabilidade devem ser trabalhadas pelas organizações para que as pessoas, os empresários e as agências sejam

20 7 capazes de dar preferência aos empreendimentos que sigam as práticas e determinações da aplicação do conceito de sustentabilidade. Diversos são os materiais e as tecnologias utilizadas na construção civil a fim de gerar menor impacto ambiental e redução do consumo de energia, podendo ser citado como exemplos os sistemas de captação tanto de energia solar como de águas pluviais, sistemas de aquecimento, sistemas de condicionamento de ar, sistemas isolantes, fachadas inteligentes, sistemas de umidificação do ar entre outros. 3.1 Certificações de Sustentabilidade O conceito de Sustentabilidade permitiu a abertura de espaço para uma nova área da arquitetura e engenharia, que coloca em pauta a interação do homem com o entorno, utilizando os elementos e recursos naturais disponíveis, como forma de preservação do planeta para as gerações futuras, fundamentado nas soluções socialmente justas, economicamente viáveis, ecologicamente corretas e culturalmente aceitas. Com a ideia de incentivar a elaboração de projetos que aproveitem ao máximo a capacidade natural do meio e estratégias que viabilizem a obra e como consequência atribuírem à construção o caráter sustentável foram criadas certificações de sustentabilidade. A ideia do programa é promover a prática de sustentabilidade às edificações e ao mesmo tempo tornar a empresa construtora um líder no ramo da construção sustentável, promovendo uma visão diferenciada que destaca a empresa em relação às outras. Podem-se citar algumas certificações utilizadas no Brasil: Selo Casa Azul da Caixa O Selo Casa Azul CAIXA é um mecanismo de classificação socioambiental de projetos de empreendimentos habitacionais, que busca reconhecer e diferenciar os empreendimentos que adotam soluções mais eficientes aplicadas ao projeto, à construção, ao uso, à ocupação e à manutenção das edificações, objetivando incentivar o uso racional de recursos naturais e a melhoria da qualidade da habitação e de seu entorno (LabEEE, 2011). Segundo a Caixa Econômica Federal (2010), O selo casa azul da Caixa, foi criado com o intuito de reconhecer os projetos de empreendimentos que manifestam suas contribuições para a redução de impactos ambientais, avaliados a partir de critérios vinculados aos seguintes

21 8 temas: qualidade urbana, projeto e conforto, eficiência energética, conservação de recursos materiais, gestão da água e práticas sociais Leadership in Energy and Environmental Design (LEED) O LEED é um sistema internacional de certificação e orientação ambiental para edificações, utilizado em 143 países, e possui o intuito de incentivar a transformação dos projetos, obra e operação das edificações, sempre com foco na sustentabilidade de suas atuações. O LEED é um sistema de certificação e orientação ambiental de edificações. Criado pelo U.S. Green Building Council, é o selo de maior reconhecimento internacional e o mais utilizado em todo o mundo, inclusive no Brasil. A certificação inclui benefícios sociais, econômicos e ambientais. No Brasil ele vem sendo chamado de Selo Verde e foi inicialmente concebido por um comitê, ligado ao USA Green Building Council, visando incentivar e acelerar a adoção de práticas sustentáveis de edificações ecologicamente corretas, criando e implementando padrões, ferramentas e procedimentos aceitos e entendidos internacionalmente (GREEN BUILDING COUNCIL BRASIL, 2009) Green Building Council Brasil O Green Building Council Brasil, criado em março de 2007, é uma organização não governamental que surgiu com o intuito de auxiliar no desenvolvimento da indústria da construção sustentável no País, utilizando as forças de mercado para conduzir a adoção de práticas de Green Building integrando concepção, construção e operação de edificações e espaços construídos. O GBC Brasil é um dos 21 membros do World Green Building Council, entidade que regula e incentiva a criação de Conselhos Nacionais como forma de promover mundialmente tecnologias, iniciativas e operações sustentáveis na construção civil. A missão da ONG é atuar rigorosamente no avanço do conhecimento sobre construções verdes, capacitando tecnicamente profissionais dos diversos setores da construção e integrando todos os agentes do mercado. O GBC também divulga as melhores práticas adotadas, incluindo materiais, tecnologias, processos e procedimentos operacionais, bem como promover o sistema de certificação LEED no Brasil (GREEN BUILDING COUNCIL BRASIL, 2009).

22 9 4 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA A Eficiência Energética pode ser entendida como a obtenção de um serviço com baixo consumo de energia. Portanto, quando comparados, um edifício é mais eficiente energicamente que outro quando proporciona as mesmas condições ambientais com menor consumo de energia (LAMBERTS, DUTRA e PEREIRA, 2004). Este é um tema que vem ganhando ênfase nos últimos anos em todas as partes do mundo. Podem-se notar, através da mídia, diversas campanhas contra o desperdício de energia, além de surgirem todos os dias, novos equipamentos com poder de consumo muito baixo comparado aos equipamentos antigos, aumentando a eficiência energética dos mesmos. Com este mesmo intuito, de diminuir o consumo de energia e aumentar o rendimento das edificações, é que novas tecnologias e estudos estão sendo introduzidas na construção civil. Segundo Lamberts, Dutra e Pereira (2014), o Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica (PROCEL), lançou o Selo de Eficiência Energética, a fim de combater o desperdício energético, sendo utilizado como comparativo em diversos equipamentos. O selo garante que o produto adquirido consome menos energia que seus similares. Além disso, existe também a etiqueta de cores do Programa Brasileiro de Etiquetagem do INMETRO (2006), em parceria com o PROCEL, que classifica os equipamentos em uma escala de A até E, onde a letra A representa os equipamentos mais eficientes, enquanto o E são os menos eficientes, como mostrado na Figura 1. No caso das lâmpadas, esta escala segue de A até G.

23 10 Figura 1 - Etiqueta Inmetro. Fonte: INMETRO, Existem também, dentro do programa, etiquetas utilizadas nas edificações. O processo de etiquetagem de edificações no Brasil ocorre de forma distinta para edifícios comerciais, de serviços e para edifícios residenciais. A etiqueta é concedida em dois momentos: na fase de projeto e após a construção do edifício, onde na fase de projeto a avaliação ocorre pelo método prescritivo ou da simulação, enquanto que após a conclusão avalia-se através de vistoria in loco. As etiquetas devem ser emitidas por Organismo de Inspeção Acreditado (OIA) pelo Inmetro. O Selo Procel Edificações, estabelecido em novembro de 2014, é um instrumento de adesão voluntária que identifica as edificações que condicionam as melhores classificações de eficiência energética em uma dada categoria, motivando o mercado consumidor a adquirir e utilizar imóveis mais eficientes (PROCEL INFO, 2015). A Figura 2 representa a etiqueta do Inmetro para edifícios comerciais.

24 11 Figura 2 - Etiqueta Inmetro - Edifício Comercial. Fonte: INMETRO, Segundo o LabEEE (Laboratório de Eficiência Energética em Edificações) (2011), da Universidade Federal de Santa Catarina, o uso eficiente da energia elétrica não significa apenas uma redução nas despesas, mas também redução nos impactos ambientais e além disso, a eficiência energética muitas vezes está ligada a melhoria na qualidade do ambiente de trabalho e do processo produtivo. No Brasil, 42% da energia consumida é utilizada pelas edificações residenciais, comerciais e públicas. Sendo que no setor residencial, o consumo de energia chega a 23% do total nacional, e os setores comerciais e públicos chegam a 11% e 8% respectivamente, conforme dados de 1992, apresentados por Lamberts, Dutra e Pereira (2004, p. 20). 4.1 Variáveis Climáticas Antes da fase de projeto, e da concepção arquitetônica que dará origem à edificação, é necessário ter conhecimento, através de um estudo sobre o clima e o local do projeto. A eficiência energética da edificação está intrinsecamente ligada aos dados que serão obtidos. A ação simultânea das variáveis climáticas terá influência no espaço arquitetônico.

25 Radiação Solar A radiação solar é a principal fonte de energia para o planeta. O Sol é um elemento de extrema importância no estudo da eficiência energética na arquitetura, tanto como fonte de calor quanto como fonte de luz (LAMBERTS, DUTRA e PEREIRA, 2004). A Terra percorre sua trajetória elíptica em um plano inclinado em relação ao plano do equador, fazendo com que os dois hemisférios (Norte e Sul) recebam quantidades e intensidades distintas de radiação solar ao longo do ano. Este é o chamado movimento de translação da Terra. Os ângulos que definem a posição do sol na abóbada celeste são os ângulos de altitude solar (ɣ) e de azimute solar (α), bastando plotar a altitude e o azimute solar para identificar o sol em determinado período do ano. A radiação solar pode ser dividida em direta e difusa. A parcela que atinge diretamente a Terra é chamada radiação direta e sua intensidade depende da altitude solar e do ângulo de incidência dos raios solares em relação à superfície receptora (θ). Além de ser a principal influente nos ganhos térmico em uma edificação, a radiação solar direta é a fonte de luz mais intensa (LAMBERTS, DUTRA E PEREIRA, 2004, p. 30). A intensidade da radiação solar que incide sobre a superfície da Terra está ligada diretamente à altura solar, isto é, quanto menor a altitude solar, mais longo é o trajeto da radiação através da atmosfera, diminuindo a intensidade da radiação solar, este é o fenômeno da dissipação atmosférica (LAMBERTS, DUTRA E PEREIRA, 2014). No Brasil, podemos destacar a estação Labsolar da UFSC, que mede a radiação solar instantânea. A estação tem concentrado esforços em duas frentes. A primeira delas caracteriza-se pela implantação de dados de irradiações confiáveis e contínuas a partir de cinco estações no estado de Santa Catarina e uma no Amazonas. A segunda frente caracterizase pelo desenvolvimento, em parceria com o INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais), de modelos computacionais com capacidade de determinar a intensidade da radiação solar incidente na superfície, a partir de imagens de satélite (LABSOLAR, 2006). A Figura 3 mostra a incidência dos raios solares na superfície da Terra.

26 13 Figura 3 - Radiação Solar e Latitude. Fonte: Frota e Schiffer, Temperatura Segundo Costa (1982), a Temperatura é o conceito físico que nos permite medir o estado térmico de um sistema, estabelecendo sua maior ou menor capacidade de transmitir calor. A variação da temperatura na superfície da Terra depende basicamente dos fluxos de massa de ar e das diversas recepções da radiação solar em diferentes locais. Quando a velocidade dos fluxos de ar é pequena, a temperatura é consequência, na sua maior parte, dos ganhos térmicos solares do local. Assim, a radiação emitida pelo Sol que atinge a superfície terrestre é recebida de forma distinta, em consequência do tipo de solo, da topografia, da vegetação e da altitude do local. Quando a velocidade do ar é alta, a influência dos fatores locais na temperatura do ar é muito menor (LAMBERTS, DUTRA E PEREIRA, 2014). Através do conhecimento deste tipo de variável climática, pode-se tirar vantagens das propriedades de inércia térmica da terra para amenizar as temperaturas no interior da edificação. O solo possui característica conhecida como inércia térmica, onde o mesmo possui a capacidade de, depois de aquecido, reter o calor por muito mais tempo do que uma habitação convencional. O solo possui a capacidade de ganhar ou perder calor lentamente se submetido a temperaturas respectivamente mais altas ou mais baixas. Portanto, uma edificação integrada a terra poderá absorver calor nos horários mais frios do dia, possibilitando conforto térmico aos usuários. Este tipo de estrutura pode ser usado em locais

27 14 onde as noites são frias e os dias quentes, como nos desertos, onde há grande amplitude térmica diária Vento A velocidade e a direção do vento são variáveis em relação à rugosidade da superfície. De modo geral, a velocidade do vento aumenta com a altitude, sendo mais elevada em locais abertos como campos do que em áreas urbanizadas como grandes centros, onde os mesmos possuem alta concentração de edifícios. Nota-se também maior turbulência nos ventos das cidades e vento laminar em locais abertos. O vento é uma variável que está diretamente ligada à sensação térmica dos indivíduos, conduzindo o conforto térmico quando em situações adequadas de exposição Umidade A umidade pode ser alterada na presença de água e vegetação nas proximidades da edificação. Em locais próximos de massas de água, como lagos e rios ou qualquer fonte de água, o ar se umidifica, refrescando as edificações. Já na presença de vegetal, a umidificação do ar é ocasionada pela evapotranspiração dos mesmos, podendo ser utilizado em locais de clima seco (LAMBERTS, DUTRA E PEREIRA, 2004). 4.2 Variáveis Arquitetônicas A Arquitetura deve dar condições de conforto ao homem. O homem tem melhores condições de vida e qualidade de saúde quando seu organismo funciona sem ser submetido à fadiga ou estresse, inclusive térmico. Segundo Frota e Shiffer (2001) A Arquitetura como uma de suas funções, deve oferecer condições térmicas compatíveis ao conforto térmico humano no interior dos edifícios, sejam quais forem às condições climáticas externas. O objetivo da arquitetura é possibilitar ao homem um habitat seguro do qual ele possa se defender das ameaças climáticas do meio, desenvolvendo abrigos cada vez mais adequados às suas necessidades. Para que isto se torne realidade, é preciso que se realize um estudo de variáveis arquitetônicas como a forma, a função, os tipos de fechamentos e os sistemas de condicionamento. O projeto consciente deve buscar tirar proveito de cada uma destas

28 15 variáveis garantindo ao edifício uma perfeita interação entre o homem e o meio em todas as escalas (urbana, arquitetônica, construtiva e imediata) (LAMBERTS, DUTRA E PEREIRA, 2004) A Forma A forma da edificação influencia muito no conforto ambiental de uma habitação, visto que interfere na quantidade de luz e calor solar recebido pela edificação, além de afetar sobre os fluxos de ar no interior e exterior das mesmas. É evidenciada a influência da forma arquitetônica na cidade de Marrakesh, em Marrocos, onde as edificações foram elaboradas de modo a canalizar para o interior da cidade a brisa do mar que é úmida e refrescante, já que a cidade sofre grande influência das temperaturas (LAMBERTS, DUTRA E PEREIRA, 2004). A quantidade de radiação solar que incide sobre a superfície externa de uma edificação pode variar conforme a orientação e a época do ano, ou seja, o mesmo volume de espaço interior pode ter diversas formas, apresentando os mais variados comportamentos térmicos e visuais (LAMBERTS, DUTRA E PEREIRA, 2004). Assim, a forma arquitetônica se torna uma variável importante para o conforto térmico em interiores e, consequentemente, para o desempenho energético das edificações. Pode-se perceber a influência da forma arquitetônica no conforto térmico em chalés das montanhas (Figura 4), cuja cobertura com grande inclinação evita o acúmulo de neve, influenciando na exposição ao sol. Nota-se também, a influência da forma, nos projetos arquitetônicos (Figura 5) de Frank Lloyd Wright, cujos projetos ficaram conhecidos como casas de campo, onde valoriza as áreas de sombra através da maior distribuição de área de telhados, além de dar maior ênfase a luz natural na edificação.

29 16 Figura 4 - Chalé nas Montanhas. Fonte: Google Imagens, Figura 5 - Casas de Campo. Fonte: Google Imagens, 2015.

30 A Função Segundo Lamberts, Dutra e Pereira (2004) o mesmo projeto arquitetônico, se destinado a fins distintos como comércio ou habitação, pode resultar em comportamentos energéticos diferentes. Embora a função a que se destina uma edificação possa estar associada a uma forma pré-estabelecida, a mesma pode sofrer mudanças após a ocupação. O estudo da função é essencial na escolha de determinado critério das estratégias bioclimáticas a serem adotadas. O horário de funcionamento comercial ou público, geralmente durante o dia, expõe os usuários aos efeitos do calor, aumentando, consequentemente, o uso de aparelhos de ar condicionado. Além disso, o fato de executar os projetos sem a previsão da incidência da luz, leva ao uso diário de energia artificial, elevando o consumo energético da edificação, consequentemente, aumentando os custos com energia elétrica. Deve-se dar valor a importância da luz natural em ambientes como sala de aulas, escritórios, pois além dela ter boa qualidade de visibilidade, auxilia na redução do consumo diário de luz. Para cada setor, deve ter uma escolha cabível no que diz respeito à função em relação à eficiência energética da estrutura. Por exemplo, em uma residência, cabe alertar ao proprietário sobre o uso de algumas estratégias de resfriamento ou aquecimento passivo ou ativo, ventilação natural e exploração da ventilação natural. Já nos setores comerciais e públicos, a opção de economia de energia se dá através de sistemas naturais de condicionamento e iluminação. Cabe ao engenheiro ou arquiteto estar ciente dos conceitos que cada uma destas alternativas, conhecendo sua eficiência e adequação para cada caso Fechamentos As trocas de energia (luz e/ou calor) e entre o meio externo e interno de uma edificação, ocorre principalmente por meio dos fechamentos. O principal fator que intervêm neste processo é a radiação solar, na qual os materiais de construção se comportam de maneira distinta. Diante destas circunstâncias, podemos destacar na engenharia, dois tipos de fechamento, os fechamentos opacos e os fechamentos translúcidos ou transparentes, sendo a principal distinção entre os dois, a incapacidade (opacos) de transmitir a radiação solar para o ambiente interno e a capacidade (translúcidos) de transmissão.

31 18 Segundo Frota e Schiffer (2001), o Sol, importante fonte de calor, incide sobre o edifício representando sempre certo ganho de calor, que será função da intensidade da radiação incidente e das características térmicas dos paramentos do edifício. Sendo assim, a principal fração dos ganhos térmicos dos ambientes é a parcela da radiação solar. Se entendido os conceitos de transmissão de calor e o comportamento térmico dos fechamentos, frente à exposição do meio na qual a edificação está submetida, pode-se optar pela escolha adequada dos materiais de fechamento que serão empregados na obra. a. Fechamentos Opacos A transmissão de calor ocorre pela diferença de temperatura entre o meio externo e interno de uma edificação, onde o sentido do fluxo de calor ocorre sempre do meio mais quente para a superfície mais fria. Neste tipo de fechamento, nota-se uma parcela de radiação incidente, boa parte dessa parcela sendo um fluxo da radiação solar que será absorvido ou dissipado para o exterior, uma parcela da radiação refletida e um fluxo de radiação solar absorvido e dissipado para o meio interno. É o caso que acontece com as paredes de uma edificação, como mostra a Figura 6. Figura 6 - Trocas de calor em paredes opacas. Fonte: Frota e Schiffer, As trocas de calor em superfícies opacas ocorrem seguidas de três fases: a fase de troca de calor com o meio externo, a fase de condução através do fechamento e a fase de troca de calor com o meio interno. A seguir veremos cada uma delas:

32 19 Fase 1: Troca de calor com o meio externo - Nesta fase, a superfície exterior da edificação recebe calor do meio por convecção e radiação, e o incremento da temperatura nesta superfície dependerá da parcela de resistência superficial externa (R se ). A radiação incidente no fechamento opaco terá uma parcela refletida, a qual depende da refletividade do material (ρ), e outra parte absorvida, a qual depende da absortividade do material (α). O que influencia consideravelmente na absortividade do material é a sua cor superficial, isso significa que quanto maior foi sua absortividade, maior capacidade de absorção de calor pelo mesmo. Por exemplo, se um material possui absortividade (α) igual a 0,7, significa que 70 % da energia sobre ele será absorvida e 30 % refletida. Cores mais escuras tem maior poder de absorção. A Tabela 2 indica valores de absortividade em função da sua cor. Tabela 2 - Absortividade em função da cor (LAMBERTS, DUTRA E PEREIRA, 2004). CORES α Escuras 0,7 a 0,9 Médias (tijolos) 0,5 a 0,7 Claras 0,2 a 0,5 Fase 2: Condução através do fechamento - Ocorrido uma elevação da temperatura externa ao fechamento, haverá uma diferença de temperatura entre esta superfície e a interna, na qual se conduzirá a troca de calor entre estas superfícies. Nesta fase, ocorre a troca térmica por condução e a intensidade do fluxo do calor dependerá da condutividade térmica (λ), propriedade esta que depende da densidade do material e representa sua capacidade de conduzir maior ou menor quantidade de calor por unidade de tempo [W/mK]. Materiais como a cortiça, o isopor, a lã de vidro e o concreto celular, são isolantes térmicos. Estes materiais possuem baixa densidade, ou seja, são bastante porosos. A capacidade de reduzir a transferência de calor se dá ao fato de o ar parado contidos nesses poros ter baixa condutividade térmica. Da mesma forma, uma câmara de ar contida no interior do fechamento pode reduzir o fluxo de calor através deste. (LAMBERTS, DUTRA E PEREIRA, 2014, p. 197). Segundo Lamberts, Dutra e Pereira (2004), quanto maior for o valor de λ, tanto maior será a quantidade de calor transferida entre as superfícies. A Tabela 3 apresenta os valores de condutividade térmica de diferentes tipos de materiais.

33 20 Tabela 3 - Condutividade térmica dos materiais (LAMBERTS, DUTRA E PEREIRA, 2004). MATERIAL λ [W/Mk] Concreto 1,50 Tijolo 0,65 Madeira 0,14 Isopor 0,03 Outra variável que se deve levar em consideração nesse processo é a espessura do fechamento (L). É através da espessura que se pode calcular o valor da resistência térmica (R), que se refere à propriedade do material em resistir à passagem de calor. Podem-se adotar técnicas para redução das trocas de calor em fechamentos opacos utilizando materiais de baixa condutividade térmica, ou elaborando uma câmara de ar entre múltiplas camadas, fazendo com que as trocas de calor se deem por convecção e radiação, em vez de condução, dificultando a passagem de calor. A passagem do calor por convecção depende da inclinação do fechamento e da direção do fluxo. Já a troca térmica por radiação depende da emissividade (ε) da superfície do material em contato com o ar. Esta é uma propriedade física dos materiais que representa a quantidade de energia térmica emitida por unidade de tempo. A Tabela 4 representa a emissividade de alguns materiais. Tabela 4 - Emissividade de alguns materiais. (LAMBERTS, DUTRA E PEREIRA, 2004). MATERIAL ε Alumínio polido 0,05 Ferro galvanizado 0,20 Demais materiais de construção 0,90 Fase 3: Troca de calor com o meio interior tal como a primeira fase, as trocas térmicas ocorrem por convecção e por radiação. Com o calor adentrando no ambiente interno, a temperatura da superfície interna irá aumentar em relação à temperatura do ar. As perdas de calor por convecção irão depender da resistência superficial interna do fechamento (R si ) e as por radiação, irão depender da emissividade superficial do material (ε). A resistência total de fechamento é caracterizada pela soma da parcela da resistência superficial interna R si e da resistência superficial externa R se. O inverso desta adição, chamamos de Transmitância Térmica (U). Através da variável transmitância térmica, pode-se avaliar o comportamento do

34 21 fechamento opaco frente à transmissão de calor. Na Tabela 5, têm-se os valores de transmitância térmica para os principais fechamentos utilizados na construção civil. Tabela 5 - Transmitância térmica de alguns materiais (LAMBERTS, DUTRA E PEREIRA, 2004). ELEMENTO TIPO U [W/m² K] Tijolo 6 furos espessura 12,5 cm 2,39 Tijolo 6 furos espessura 17 cm (deitado) 2,08 Tijolo 8 furos rebocado 12,5 cm 2,49 Paredes Tijolo 4 furos rebocado 12,5 cm 2,59 Tijolo maciço aparente 9 cm 4,04 Tijolo maciço rebocado 12 cm 3,57 Tijolo maciço rebocado 26 cm 2,45 Janelas Vidro comum 3 mm 5,79 Laje concreto 10 cm + fibrocimento Verão não ventilado 2,04 Verão bem ventilado 2,04 Inverno não ventilado 2,86 Inverno bem ventilado 3,89 Laje concreto 10 cm + cerâmica Verão não ventilado 2,04 Verão bem ventilado 2,04 Inverno não ventilado 2,87 Inverno bem ventilado 3,89 Forro pinus 1 cm + fibrocimento Verão não ventilado 2,00 Cobertura Verão bem ventilado 2,00 Inverno não ventilado 2,79 Inverno bem ventilado 3,75 Forro pinus 1 cm + cerâmica Verão não ventilado 2,01 Verão bem ventilado 2,01 Inverno não ventilado 2,79 Inverno bem ventilado 3,75 Forro pinus 1 cm + fibrocimento + alumínio polido Verão não ventilado 1,11 Verão bem ventilado 1,11 Inverno não ventilado 2,04 Inverno bem ventilado 3,75

35 22 Segundo Frota e Schiffer (2001), Uma parede apresenta maior ou menor inércia segundo seu peso e sua espessura. Mas os revestimentos desempenham importante papel, pois revestimentos isolantes reduzem as trocas de calor com a parede e reduzem sua inércia. Em princípio, os fechamentos absorvem calor tanto do exterior quanto do interior, dependendo de onde o ar tem a maior temperatura. Ao conduzir o calor para o outro extremo, o material retém uma parte no seu interior, consequência de sua massa térmica. Quanto maior a massa térmica maior o calor retido e este, pode ser devolvido ao interior quando a temperatura do ar for menor que a da superfície (LAMBERTS, DUTRA E PEREIRA, 2004, p. 63). b. Fechamentos Transparentes ou Translúcidos É neste tipo de fechamento que ocorrem as principais trocas térmicas em uma edificação. Nota-se que grande parte da radiação incidente, penetra por transparência, além de ter a parcela que dissipa para o interior, e as parcelas refletida e dissipada para o exterior são menores, como mostra a Figura 7. Pode-se ocorrer trocas térmicas por condução, convecção e radiação. Essa última é o principal fator devido à sua parcela diretamente transmitida para o interior, o que é inexistente nos fechamentos opacos, e depende da transmissividade (δ) do vidro. Figura 7 - Trocas de calor em paredes translúcidas. Fonte: Frota e Schiffer, O principal problema nos períodos quentes é controlar as parcelas transmitidas diretamente por transparência e as que dissipam no meio interior. No projeto arquitetônico, as principais variáveis que podem alterar o ganho de calor através dos fechamentos, são:

36 23 Orientação e tamanho da abertura: A exposição ao sol é determinada pela orientação e tamanho das aberturas. A quantidade de calor que entra ou sai do ambiente, depende do tamanho das aberturas. Quanto maior é a abertura, maior é esta quantidade. A orientação expõe a edificação à quantidade de calor e iluminação distinta, em virtude da trajetória solar. Tipo de vidro A escolha do tipo de vidro a ser utilizado nas aberturas pode ser determinada por diversos fatores, entre eles o controle da radiação solar. Segundo Lamberts, Dutra e Pereira (2004), os vidros têm geralmente alta transmitância térmica (U), ou seja, são bons condutores de calor. Entretanto são os únicos materiais de construção com capacidade para controlar de forma racional a radiação solar (luz e calor). A radiação que incide em um fechamento transparente pode ser absorvida, refletida ou transmitida para o interior, sendo que a parcela absorvida se converte em calor no interior do vidro, podendo ser remetida tanto para o interior quanto para o exterior na forma de radiação. Quanto maior for o ângulo de incidência da radiação solar, maior tenderá a ser a parcela refletida pelo vidro. A transparência do vidro afeta na parcela da radiação que penetra por transparência. Existem vários tipos de vidros com diferentes características como absorção, reflexão, e transmissão de radiação solar. Sendo assim, alguns vidros mais utilizados na construção civil podem ser citados: Vidro simples (transparente): São os vidros de baixo custo e grande disponibilidade no mercado. Este tipo de vidro possui alta transmissividade de radiação solar e com bom padrão de visibilidade. Este tipo de vidro causa no ambiente o chamado efeito estufa, onde uma vez transmitido para dentro, o calor encontra dificuldades em sair pelo vidro, superaquecendo o ambiente. Isto acontece pela característica do vidro em ser opaco a ondas longas e altamente transparentes a ondas curtas. Este tipo de vidro é encontrado em diversas espessuras; Vidro Verde: conhecidos como absorventes. É levemente pigmentado a fim de diminuir a transmissão de onda curta;

37 24 Vidros Reflexivos: popularmente chamados de vidros espelhados. São vidros que recebem um tratamento de metal em uma de suas faces, cuja função é refletir os raios solares, reduzindo a passagem de calor para o interior. Pode-se ainda, atribuir aos vidros, aplicação de películas comuns, cujo papel é controlar a entrada de luz, porém não é muito eficiente no controle do calor, ou ainda películas especiais reflexivas, que além de controlar a entrada de luz, tem um bom desempenho frente ao calor. O desempenho térmico no que tange sua eficácia cresce sequencialmente, quando as aberturas forem dotadas de vidros duplos, vidros duplos com ar confinado, vidros duplos com gás argônio e vidros duplos com película seletiva e gás argônio (NOTAS DE AULA). Uso de proteções solares internas e externas Estas ferramentas são utilizadas nas aberturas, a fim de reduzir os ganhos térmicos do ambiente. As proteções internas são basicamente cortinas, persianas e venezianas. Hoje, podemos citar as cortinas blackout para um maior desempenho em relação à passagem da luz. O problema deste tipo de equipamento é o prejuízo quanto à passagem de luz natural, porém para dias quentes de verão podem ser utilizadas conforme a necessidade do usuário. Quando se tem um dimensionamento que garanta a redução da incidência da radiação solar, sem prejudicar a passagem da luz natural, podemos utilizar as proteções externas, na qual bloqueiam a radiação direta antes desta penetrar pelo vidro, o que evita o efeito estufa. Dentre vários exemplos podemos citar os Light Shelfs, que dividem a abertura em duas partes horizontais, sendo a superior destinada à iluminação e a inferior à visão e ventilação do ambiente, os brises, que funcionam como uma persiana, podendo ser vertical, horizontal ou móveis, dependendo da orientação solar do local e ainda a proteção vegetal, realizada por árvores plantadas em locais específicos a fim de impedir a passagem da forte radiação solar. Além disso, pode-se realizar a pintura do ambiente externo com cores claras, a fim de reduzir a absortividade dos materiais. A Figura 8 e a Figura 9 mostram respectivamente tipos de proteção interna e externa de edificações.

38 25 Figura 8 - Proteção Interna (Cortina). Fonte: Google Imagens, Figura 9 - Brises de proteção solar. Fonte: Archtendencias Arquitetura, 2015.

39 26 5 CONFORTO TÉRMICO NAS EDIFICAÇÕES O conforto térmico é o estado mental em que o ser humano expressa sua satisfação com o ambiente circunjacente. As trocas térmicas entre o meio e o corpo humano podem causar a insatisfação do indivíduo (frio ou calor), visto que, este pode tanto perder calor para o ambiente, quanto ganhar, dependendo da condição térmica do ambiente e das vestimentas pessoais. Uma condição necessária, mas não suficiente para que o organismo esteja em conforto térmico é a neutralidade térmica, em que é o estado físico no qual todo o calor gerado pelo organismo através do metabolismo é trocado na mesma proporção com o ambiente ao redor, não havendo nem acúmulo de calor, nem perda excessiva do mesmo, mantendo a temperatura corporal constante. (LabEEE, 2011). Diversas são as variáveis que podem influenciar no conforto térmico do indivíduo diante de uma edificação. Além da resistência térmica oferecida pela vestimenta, e do metabolismo gerado pela atividade, o ambiente é influenciado ainda pela temperatura do ar, temperatura radiante média, velocidade do ar e umidade relativa do ar. 5.1 Variáveis que influenciam no conforto térmico Temperatura do ar A temperatura do ar é a principal variável do conforto térmico. A sensação de conforto baseia-se na perda de calor do corpo pelo diferencial de temperatura entre a pele e o ar, complementada pelos outros mecanismos termo reguladores. O metabolismo humano é capaz de produzir calor, e suas perdas são menores quando a temperatura do ar for alta ou maiores quando a temperatura está baixa. Segundo LabEEE (2011), A diferença de temperatura entre dois pontos no ambiente provoca a movimentação do ar, chamada de convecção natural: a parte mais quente torna-se mais leve e sobe enquanto a mais fria, desce, proporcionando uma sensação de resfriamento do ambiente. Para fins de avaliação, a temperatura do ar é chamada de temperatura de bulbo seco (TBS), e costuma ser medida com a da temperatura de bulbo úmido (TBU).

40 Temperatura radiante média A temperatura radiante média representa a temperatura uniforme de um ambiente imaginário no qual a troca de calor por radiação é igual ao ambiente real não uniforme (Figura 10). Segundo Dryvit (2007), temperatura radiante média é a temperatura média à superfície dos elementos que envolvem um espaço. Influencia tanto o calor perdido através da radiação do corpo como a perda de calor por condução, quando o corpo está em contato com superfícies mais frias. Figura 10 - Trocas entre um ambiente real e o corpo e entre um ambiente imaginário e o mesmo corpo, através da temperatura radiante média. Fonte: labeee, Velocidade do ar A velocidade do ar em ambientes internos, geralmente costuma ser abaixo de 1 m/s, sem necessariamente a ação direta do vento. O ar se desloca pela diferença de temperatura no ambiente, onde o ar quente, menos denso, sobe e o ar frio, mais denso desce. A este fenômeno chamamos de convecção natural. Podemos ainda, forçar a perda de calor por mecanismos mecânicos como o ventilador, onde ocorre o aumento do coeficiente de convecção, consequentemente, aumenta a sensação de perda de calor. A este fenômeno chamamos de convecção forçada. O deslocamento de ar também aumenta os efeitos da evaporação no corpo humano, reduzindo a sensação de calor (LABEEE, 2011).

41 Umidade relativa do ar Chama-se umidade a quantidade de vapor d água contida no ar. Este vapor é formado pela evaporação da água, onde se verifica a mudança do estado líquido ao gasoso. Quando o vapor d água chegar ao valor máximo, o ar torna-se saturado e ultrapassando este limite ocorre a condensação e consequentemente o aumento da temperatura no ambiente onde ocorre a condensação é evidenciado. À medida que a temperatura do meio se eleva, dificultando as perdas por convecção e radiação, o organismo aumenta sua eliminação por evaporação. Quanto maior a UR, umidade relativa, menor a eficiência da evaporação na remoção do calor. Isto mostra a importância de uma ventilação adequada (LabEEE, 2011, p. 12). 5.2 Índices de Conforto Diferentes índices de conforto térmico são sugeridos por alguns pesquisadores, com o intuito de avaliar o efeito conjunto das variáveis de conforto térmico. Dois importantes meios para avaliação do conforto térmico do ambiente é através do Voto Médio Predito (PMV) e um modelo de cálculo, o programa Analysis CST Voto Médio Predito (PMV) Este método foi desenvolvido por Fanger, e é considerado o índice mais completo para a avaliação do conforto térmico, pois analisa o conforto em função de seis variáveis: metabolismo, vestimenta, temperatura radiante média, temperatura do ar, velocidade do ar e umidade relativa do ar. Este método faz uma relação entre as variáveis do conforto térmico e a porcentagem de pessoas insatisfeitas (PPD). Após estudos, chegou-se a uma escala de satisfação em relação às variáveis citadas. A Tabela 6 abaixo indica estes valores. Tabela 6 - Escala térmica de Fanger (LabEEE, 2011). Escala Sensação +3 Muito quente +2 Quente +1 Levemente quente 0 Neutro -1 Levemente frio -2 Frio -3 Muito frio

42 29 Este método é utilizado na ISO 7730/94, a qual considera um ambiente termicamente confortável quando a porcentagem de pessoas insatisfeitas (PPD) é inferior a 10%, para isto o PMV deve se encontrar entre -0,5 e 0,5. Além disso, a ISSO 7730/94, considera valores entre -2 e +2, pois acima destes, teríamos mais de 80 % das pessoas insatisfeitas, como mostra a Figura 11. Devido às diferenças individuais de cada pessoa, é difícil se obter um valor que satisfaça ao conforto de todos, visto que sempre haverá uma porcentagem de insatisfeitos. Figura 11 - PMV e PPD. Fonte: labeee, Programa Analysis CST Este programa (Figura 12, Figura 13 e Figura 14) foi desenvolvido no LabEEE, com a finalidade de tornar mais acessível o método desenvolvido por Fanger. O programa indica o PMV e o PPD para o ambiente no módulo de avaliação do conforto térmico e o estado de estresse térmico por frio ou calor no módulo estresse.

43 30 Figura 12 - Tela de entrada das variáveis climáticas para avaliação no módulo de conforto térmico do Analysis CST. Fonte: labeee, Figura 13 - Tela do resultado gráfico de PMV e PPD no módulo de conforto térmico do Analysis CST. Fonte: labeee, 2011

44 Figura 14 - Tela da ilustração das trocas térmicas no módulo de conforto térmico do Analysis CST, para as variáveis Met= 70W/m2, Vestimenta= 1.85 clo, T ar = 27oC, T globo = 32oC, TBU= 25oC, Var= 0,7m/s. Fonte: labeee,

45 32 6 BIOCLIMATOLOGIA A bioclimatologia é uma ciência que aplica os estudos do clima, relacionando-o com os seres vivos. Tendo conhecimento dos conceitos que envolvem o clima e o conforto, compreende-se a importância da bioclimatologia aplicada à arquitetura (LAMBERTS, DUTRA E PEREIRA, 2004). Este estudo começou a ganhar eficiência na década de 60, através dos irmãos Olgyay, onde aplicaram a bioclimatologia na arquitetura a fim de desenvolver estratégias de adaptação da arquitetura ao clima, objetivando a satisfação das exigências de conforto térmico ao homem. Através dos estudos de Olgyay, em 1969 Giovani elaborou a carta bioclimática para edifícios, corrigindo algumas limitações do diagrama idealizado por Olgyay. Enquanto a aplicação do diagrama de Olgyay era estritamente para as condições externas, a carta de Givoni se baseia nas temperaturas internas dos edifícios. A Figura 15 mostra a carta bioclimática de Olgyay. Figura 15 - Carta bioclimática de Olgyay. Fonte:Lamberts, Dutra e Pereira, Segundo Maragno (2002) as cartas bioclimáticas são elaboradas a partir das zonas de conforto térmico e proporcionam de maneira integrada informações sobre comportamento climático do entorno e previsão de estratégias para a correção desse comportamento quando fora da zona correspondente ao conforto térmico.

46 33 Estas cartas são construídas sobre diagramas psicométricos os quais relacionam Umidade Relativa do Ar x Temperatura, específicos para cada região e que apresentam informações variadas sobre conforto térmico. Segundo LabEEE (2011) estas estratégias, corretamente utilizadas durante a concepção do projeto da edificação, podem proporcionar melhoras nas condições de conforto térmico e redução no consumo de energia. Em 1992, Givoni concebeu uma carta bioclimática adequada para países em desenvolvimento, na qual expandiu os limites máximos de conforto da carta anteriormente elaborada para países desenvolvidos (LAMBERTS, DUTRA E PEREIRA, 2004). Após diversas análises de diferentes autores, concluiu-se que o trabalho de Givoni de 1992 para países em desenvolvimento é o mais adequado às condições climáticas do Brasil. A Figura 16 representa a carta bioclimática brasileira. Figura 16 - Carta bioclimática adotada para o Brasil. Fonte: Lamberts, Dutra e Pereira, A carta da figura acima é construída sobre o diagrama psicrométrico, que relaciona a temperatura do ar e a umidade relativa. Tomando conhecimento dos valores destas variáveis para os principais períodos do ano climático da localidade a ser analisada, podem-se ter informações que indicam a melhor estratégia bioclimática a ser adotada para a região. Nesta carta, são identificadas nove (9) zonas de atuação:

47 As Zonas da Carta Bioclimática Brasileira Zona de Conforto Nas condições delimitadas por esta zona (Figura 17), existe uma grande chance de que as pessoas se sintam em conforto térmico com o ambiente. A partir dos estudos de Giovani, percebe-se que em países em desenvolvimento, esta condição é favorável de se verificar em condições de ambiente com temperatura variando de 18 C a 29 C e umidade relativa variando entre 20% a 80%. Portanto, quando o ambiente interior estiver com temperaturas próximas a 18 C, deve-se evitar o impacto do vento e em temperaturas próximas a 29 C deve-se evitar a incidência de radiação solar. Tais precauções evitam o desconforto térmico das pessoas. Figura 17 - Zona de conforto. Fonte: LabEEE, Zona de Ventilação: Segundo LabEEE (2011), A ventilação corresponde uma estratégia de resfriamento natural do ambiente construído através da substituição do ar interno (mais quente) pelo externo (mais frio). A sensação térmica em uma edificação pode ser melhorada pela ventilação (Figura 18) quando a temperatura ultrapassar 29 C ou a umidade for superior a 80%. Em regiões áridas, onde as temperaturas diurnas se situam entre 30 C e 36 C é aplicável a estratégia da ventilação noturna, evitando com que o calor adicional diurno aumente a temperatura interior noturna. Em regiões áridas, onde a temperatura diurna for superior a 36 C, a ventilação noturna não é suficiente para manter o conforto, sendo necessária a utilização de outros

48 35 sistemas como: ar condicionado, resfriamento evaporativo ou massa térmica. As soluções mais utilizadas na arquitetura são: Ventilação da cobertura; Ventilação cruzada; Ventilação sob a casa; Captadores de vento. Figura 18 - Zona de ventilação. Fonte: LabEEE, Zona de Resfriamento Evaporativo A evaporação da água pode reduzir a temperatura e simultaneamente aumentar a umidade relativa de um ambiente. Porém, a fim de evitar o acúmulo de vapor de água, é necessária uma boa taxa de ventilação do ambiente. Com isso, este processo é aconselhável apenas quando a temperatura de bulbo úmido (TBU) máxima não exceder os 24 C e a temperatura de bulbo seco (TBS) máximo não ultrapassar os 44 C. Os exemplos de resfriamento evaporativo (Figura 19) são: Uso de vegetação; Fontes de água no ambiente.

49 36 Figura 19 - Zona de resfriamento evaporativo. Fonte: LabEEE, Zona de Massa Térmica para Resfriamento Picos de temperaturas podem ser controlados com o uso de inércia térmica. O seu uso pode diminuir a amplitude da temperatura interior em relação à exterior. A ideia de funcionamento deste sistema é liberar o calor armazenado na estrutura térmica durante o dia somente à noite, onde as temperaturas externas estão mais amenas. Além do uso da massa térmica dos fechamentos, pode-se ainda tomar proveito da massa térmica da terra ou emprego de materiais isolantes. Esta solução é eficaz em locais onde as condições de temperatura e umidade relativa se situam entre os limites da zona de massa térmica da Figura 20.

50 37 Figura 20 - Zona de massa térmica. Fonte: LabEEE, Zona de Ar Condicionado Em regiões onde o clima pode ser muito severo, em que os limites de temperatura e umidade relativa são ultrapassados, não sendo eficaz a aplicação de algum sistema passivo de resfriamento, recomenda-se o uso de aparelhos de ar condicionado para a climatização do ambiente. Isto se verifica quando a temperatura de bulbo seco for superior a 44 C e a de bulbo úmido maior que 24 C. Em situação extremas, pode-se empregar conjuntamente ao ar condicionado (Figura 21) os sistemas naturais de resfriamento, a fim de reduzir o consumo energético das edificações. Figura 21 - Zona de ar condicionado. Fonte: LabEEE, 2011.

51 Zona de Umidificação O desconforto térmico fica evidenciado quando a umidade relativa do ar for muito baixa (menor que 20%) e a temperatura inferior a 27 C. Neste caso, pode-se utilizar como estratégia a umidificação do ar (Figura 22) para melhorar a sensação de conforto mesmo que possa produzir um efeito de resfriamento evaporativo indesejável. Alguns recursos simples podem ser empregados no interior dos ambientes: Utilização de recipientes com água; Hermeticidade das aberturas, que ajuda a conservar o vapor proveniente das plantas e das atividades domésticas. Figura 22 - Zona de umidificação. Fonte: LabEEE, Zona de Massa Térmica e Aquecimento Solar Na região da carta, situada entre 14 C e 20 C, pode-se utilizar duas estratégias com objetivo de obter um maior conforto térmico. A primeira alternativa é a utilização da massa térmica junto ao aquecimento solar passivo (Figura 23), onde se podem compensar as baixas temperaturas pelo armazenamento do calor solar nas paredes da edificação, podendo ser devolvido ao interior nos horários de menor temperatura, geralmente à noite. A segunda alternativa é a utilização do aquecimento solar com isolamento térmico, onde se podem evitar as perdas de calor da edificação para o exterior.

52 39 Figura 23 - Zona de massa térmica e aquecimento solar. Fonte: LabEEE, Zona de Aquecimento Solar Passivo Na região entre 10,5 C e 14 C, o mais indicado é o uso de aquecimento solar passivo. Existe uma tendência muito grande de perda de calor no edifício nestas condições, sendo aconselhado um isolamento térmico mais rigoroso. Devem-se incorporar à edificação, superfícies envidraçadas orientadas para o sol. Existem diversas estratégias que podem ser introduzidas à edificação fim de produzir o aquecimento solar passivo (Figura 24), como: Superfícies envidraçadas orientadas para o sol; Adequada orientação e cor dos fechamentos; Painéis refletores externos; Coletores de calor nos telhados; Utilização de estufas. Figura 24 - Zona de aquecimento solar passivo. Fonte: LabEEE, 2011.

53 Zona de Aquecimento Artificial Em locais extremamente frios (temperaturas abaixo de 10,5 C), onde as estratégias de aquecimento como o aquecimento solar passivo não são o suficiente para o acondicionamento do conforto térmico em alguma época do ano, sendo necessária a utilização de estratégias de aquecimento artificial para elevar a temperatura interna. Assim sendo, o uso em conjunto dos sistemas passivos de aquecimento e o aquecimento artificial, proporcionam uma redução do consumo de energia. As principais técnicas de aquecimento artificial (Figura 25) são: Utilização de condicionador de ar quente; Ventilador-aquecedor; Radiador incandescente. Figura 25 - Zona de aquecimento artificial. Fonte: LabEEE, Interseções entre Estratégias Entre as zonas de ventilação (2), de resfriamento evaporativo (3) e de massa térmica para resfriamento (4) acontecem algumas interseções, conforme a Figura 26. A região A representa a interseção entre a zona de ventilação e a zona de massa térmica para resfriamento, podendo adotar ambas as estratégias para resfriamento, inclusive simultaneamente. A região B indica a interseção entre a zona de massa térmica para resfriamento e o resfriamento evaporativo, podendo-se utilizar as duas estratégias. Por fim, a região C, representa a interseção entre a zona de ventilação, a zona de massa térmica para resfriamento e o resfriamento evaporativo, podendo as três estratégias ser aplicadas separadamente ou em conjunto.

54 41 Figura 26 - Interseção entre ventilação, massa e resfriamento evaporativo. Fonte: Lamberts, Dutra e Pereira, Carta Bioclimática de Algumas Cidades Brasileiras Através das zonas da carta bioclimática brasileira, podemos relacionar o clima e a umidade relativa do ar da região e tomar conhecimento das estratégias bioclimáticas que podem ser adotadas nas edificações em diferentes cidades do Brasil Carta Bioclimática de Porto Alegre (RS) Observando a Figura 27, percebe-se a grande variação climática da cidade de Porto Alegre. Amancha alongada, constituída por pontos em vermelho, percorre desde a região da necessidade de aquecimento artificial até o início da zona de ar condicionado. Extraindo da carta os percentuais respectivos a cada zona, podem-se adotar as seguintes estratégias em ordem de importância: 1- Massa térmica para aquecimento com aquecimento solar passivo; 2- Ventilação; 3- Aquecimento solar passivo; 4- Aquecimento artificial.

55 42 Figura 27 - Carta bioclimática de Porto Alegre (RS). Fonte: Lamberts, Dutra e Pereira, Carta Bioclimática do Rio de Janeiro (RJ) Observando a Figura 28, percebe-se a concentração de pontos parcialmente nas regiões de massa térmica para aquecimento, ventilação e conforto térmico, com certos pontos localizados na região de ar condicionado. Extraindo da carta os percentuais respectivos a cada zona, podem-se adotar as seguintes estratégias em ordem de importância: 1- Ventilação; 2- Massa térmica para aquecimento e aquecimento solar. Figura 28 - Carta bioclimática do Rio de Janeiro (RJ). Fonte: Lamberts, Dutra e Pereira, 2004.

56 Carta Bioclimática de Belém (PA) Observando a Figura 29, percebe-se a concentração de pontos sobre a zona de ventilação. Neste local, a umidade relativa é bastante alta (normalmente acima de 50 %) e as temperaturas nunca inferiores a 20 C. O clima é rigoroso, mostrando a necessidade de ar condicionado em várias horas do ano. Extraindo da carta os percentuais respectivos a cada zona, podem-se adotar as seguintes estratégias em ordem de importância: 1- Ventilação; 2- Ar condicionado. Figura 29 -Carta bioclimática de Belém (PA). Fonte: Lamberts, Dutra e Pereira, 2004.

57 44 7 ESTRATÉGIAS BIOCLIMÁTICAS O condicionamento térmico natural tem como objetivo a adequação das edificações com o meio a que estão submetidas, a fim de satisfazer da melhor maneira possível às exigências térmicas das pessoas que nelas habitam. Como já visto, são inúmeras formas de interação entre o edifício e o ambiente que podem afetar diretamente ou indiretamente nas condições térmicas da habitação. Também já foi visto que diversas são as estratégias a serem adotadas para solucionar as condições de conforto e desempenho energético da edificação. A seguir, serão relacionadas algumas alternativas que podem ser adotadas nas edificações a fim de proporcionar a melhoria do conforto térmico dos habitantes. As diversas soluções estão relacionadas com a região onde se localizam na carta bioclimática utilizada no Brasil. 7.1 Ventilação Natural A renovação do ar interior é uma medida necessária à manutenção das condições de salubridade no interior dos edifícios. O desconforto térmico pode ser provocado pelo excessivo ganho de calor solar, principalmente no verão, e pelo próprio calor gerado pelo ambiente. A ventilação tem a função de remover o excesso de calor dentro de um ambiente. edificação: A ventilação natural é o deslocamento do ar através do edifício, através de aberturas, umas funcionando como entrada e outras, como saída. Assim, as aberturas para ventilação deverão estar dimensionadas e posicionadas de modo a proporcionar um fluxo de ar adequado ao recinto. O fluxo de ar que entra ou sai do edifício depende da diferença de pressão do ar entre os ambientes internos e externos, da resistência ao fluxo de ar oferecido pelas aberturas, pelas obstruções internas e de uma série de implicações relativas à incidência do vento e forma do edifício (FROTA E SCHIFFER, 2001, p. 12). Para que ocorra adequadamente o processo de ventilação, pode-se explorar em uma A forma e a orientação (Figura 30): de modo a prevalecer a orientação na direção do vento. Projeção de espaços fluidos (Figura 31): permitem a circulação do ar entre os cômodos. Promover a ventilação vertical (Figura 32): principalmente a ventilação em telhados, pois o ar quente tende a subir e se acumular nas partes mais elevadas,

58 45 consequentemente, aberturas localizadas nas partes mais elevadas proporcionam a liberação deste ar, gerando conforto no ambiente. Elementos que direcionam o fluxo de ar para o interior: pode-se atribuir ao projeto, elementos como janelas e aberturas, que direcionam o fluxo de ar para o interior, com o intuito de incrementar o volume e a velocidade do fluxo de ar para o interior, além de proporcionar a iluminação natural, reduzindo o consumo de energia. Figura 30 - Forma e orientação do edifício. Fonte: Lamberts, Dutra e Pereira, Figura 31 - Espaços fluidos. Fonte: Lamberts, Dutra e Pereira, 2004

59 46 Figura 32 - Ventilação vertical. Fonte: Lamberts, Dutra e Pereira, Resfriamento Evaporativo Esta estratégia se caracteriza pela retirada de calor do ar pela evaporação de água ou pela evapotranspiração das plantas. Algumas estratégias podem ser utilizadas: Construir áreas arborizadas e/ou gramadas próximas à edificação (Figura 33): boa parte do calor é consumido para realização de fotossíntese, outra parte é absorvido pelas plantas para realização da evapotranspiração, além da realização de sombra por parte das plantas maiores. Uma solução é a utilização de espécies de vegetais caducifólias que no verão, a vegetação de médio porte promove o sombreamento da fachada e das esquadrias da edificação, fazendo com que a massa de ar que se desloca para o interior tenha uma temperatura mais amena. No inverno, a copa da vegetação terá outra configuração, estando sem folhas e transparente para a passagem de radiação solar direta. Molhagem do Telhado: com isso, a incidência do sol faz com que ocorra o processo de evaporação da água, promovendo a perda de calor da telha e reduzindo os ganhos térmicos para o interior. Construção de paredes externas com vegetais (Figura 34): o processo de evapotranspiração do vegetal e o sombreamento reduzem a temperatura da parede. Com o uso de vegetais com folhas caducas proporcionam a queda das folhas no inverno, tornando aproveitável o calor solar nesta época do ano.

60 47 Construção de jardins no telhado (telhado verde): com a incidência do sol, a evapotranspiração do vegetal retira calor da cobertura, resfriando a superfície do teto. Construção de tanques de água sobre o telhado: assim como as plantas, a água também resfria a superfície do teto, pelo processo de evaporação. Figura 33 - Resfriamento evaporativo áreas com vegetais. Fonte: Lamberts, Dutra e Pereira, Figura 34 - Resfriamento evaporativo paredes com vegetais jardim e tanque de água sobre o telhado. Fonte: Lamberts, Dutra e Pereira, 2004.

61 Umidificação O uso de fontes e espelhos de água próximos à edificação, assim como a presença de vegetais umidificam o ar como mostra a Figura 35. Este processo é muito importante em regiões onde a umidade relativa do ar é muito baixa (inferior a 20%), responsável por causar desconforto em virtude da secura do ar. Figura 35 - Umidificação fonte e espelho de água. Fonte: Lamberts, Dutra e Pereira, Massa Térmica De acordo com a carta bioclimática, podemos utilizar a massa térmica tanto para aquecer como para resfriar. Em situações onde a temperatura se situa entre 14 C e 20 C utiliza-se a massa térmica para aquecimento, e quando situada acima de 29 C, utiliza-se a massa térmica de resfriamento, como indica a carta. Segundo Lamberts, Dutra e Pereira (2004) a maneira mais simples para utilizar a massa térmica para aquecimento de uma edificação é utilizando fechamentos opacos mais espessos e diminuir a área de aberturas, orientando-as para o sol. A parede recebe o calor durante o dia, e por inércia térmica o mesmo fica retido, sendo devolvido durante a noite quando as temperaturas são mais amenas. Já em regiões quentes, a massa térmica pode reduzir as temperaturas internas dos ambientes, desde que as aberturas sejam sombreadas e deve-se evitar a ventilação durante o dia, promovendo este processo somente à noite, onde as temperaturas são mais baixas e o ar da noite promove a retirada do calor acumulado durante o dia. A Figura 36 representa tanto a massa térmica para resfriamento quanto para aquecimento.

62 49 Figura 36 - Massa térmica resfriamento e aquecimento. Fonte: Lamberts, Dutra e Pereira, Aquecimento Solar Passivo Como visto anteriormente, em regiões com temperaturas entre 10,5 C e 14 C, o uso de aquecimento solar passivo juntamente com um bom isolamento térmico para evitar perdas de calor é processo mais indicado. Esta estratégia se beneficia da radiação solar incidente sobre a edificação para melhoria do conforto térmico do ambiente interno. Além do processo natural de acúmulo de calor no interior, este método condiciona também a redução do consumo de energia no ambiente pela redução da necessidade de aquecimento pelo método convencional. O aquecimento solar passivo pode ser obtido através de duas formas: Ganho direto: permite o acesso da radiação solar diretamente ao interior da edificação através de aberturas (janelas e paredes transparentes). A Figura 37 representa o ganho solar direto.

63 50 Figura 37 - Ganho solar direto. Fonte: Lamberts, Dutra e Pereira, Ganho indireto: neste processo, o ganho de calor se dá por alguma estrutura que não permite a passagem direta do calor para o ambiente, como no caso dos vidros. As técnicas mais usuais são o uso de paredes de acumulação de calor, orientadas na direção de maior exposição ao sol, acumulando calor e devolvendo ao ambiente por radiação de onda longa e por convecção e o uso de jardins de inverno, que captam a radiação solar, distribuindo-a indiretamente aos ambientes internos. A Figura 38 representa o ganho solar indireto. Figura 38 - Ganho solar indireto. Fonte: Lamberts, Dutra e Pereira, 2004.

64 Ar Condicionado Em algumas situações, de calor extremo, onde as estratégias naturais não são suficientes para garantir o conforto dos usuários, o ar condicionado é a solução mais adequada. Sendo assim, deve-se garantir a estanqueidade do local, a fim de garantir a infiltração do ar exterior. Além disso, o isolamento térmico no interior é fundamental para a redução do consumo energético pelo aparelho. A Figura 39 demonstra a utilização de ar condicionado em uma edificação. Por diferenças de densidades, o ar quente tende a subir, na qual será absorvido pelo próprio equipamento, enquanto o ar frio vindo dos ares condicionados tende a descer, resfriando o ambiente. Figura 39 - Ar condicionado. Fonte: Procel guias técnicos, Aquecimento Artificial Em regiões onde a temperatura exterior não ultrapassar 10,5 C, o aquecimento artificial é aconselhável. Neste caso é importante ter bom isolamento térmico dos fechamentos e paredes com baixa condutividade térmica. Em edificações com vários ambientes a serem condicionados, sugere-se a adoção de sistemas de aquecimento central de distribuição (LAMBERTS, DUTRA E PEREIRA, 2004). O condicionador de ar quente é semelhante ao aparelho de ar condicionado, porém, o sistema de funcionamento é fazer com que o ar passe por um sistema de aquecimento, geralmente provido de resistência térmica antes de ser devolvido ao ambiente.

65 52 8 ANÁLISE DE ALGUNS PROJETOS QUE SE BENEFICIAM COM O USO DE ESTRATÉGIAS BIOCLIMÁTICAS NO BRASIL E NO MUNDO 8.1 City Hall Prefeitura de Londres City Hall (Figura 40) é um edifício projetado para a prefeitura de Londres, onde se destacam alguns elementos da arquitetura bioclimática como o controle passivo da iluminação e ventilação natural, além da forma e implantação favorável ao clima. Sua inclinação para o sul serve para otimização do sistema fotovoltaico, além de permitir a geração de sombra na região de maior insolação. Em Londres, as temperaturas no verão não são tão intensas, raramente chegando à temperatura de 30 C. Já no inverno, as temperaturas podem chegar a níveis abaixo de 0 C. A forma oval e inclinada de City Hall, evita a luz direta que vem do sul e absorve com a sua enorme fachada de vidro inclinado, a luz difusa procedente do norte Estratégias Bioclimáticas Utilizadas Ventilação Natural Forma de modo a minimizar a exposição direta a radiação solar Aquecimento Solar Passivo Sombreamento provocado pela Inclinação Figura 40 - Fachada City Hall - Londres. Fonte: Wikiarquitectura, 2015.

66 EDITT Tower A Torre Ecológica de Cingapura Este arranha céu de 26 andares, que ainda está em fase de projeto, foi elaborado principalmente para manter a concepção dos espaços verdes, conta com a proporção de 1:2 da área verde com a área de uso humano. A torre (Figura 41 e Figura 42) deve contar com 40% da energia oriunda do sistema de painéis solares. O nível de conforto térmico dos ocupantes é assegurado por uma mistura de opções, incluindo elementos arquitetônicos destinados ao vento direto para ventilação e ventiladores de teto com nebulizador de água para minimizar a refrigeração baseada em ar condicionado (PLATAFORMA BIM, 2013) Estratégias Bioclimáticas Utilizadas Ventilação Natural Resfriamento Evaporativo Umidificação Ar condicionado para resfriamento Figura 41 - Projeto Fachada Editt Tower - Cingapura. Fonte: Plataforma BIM, 2013.

67 54 Figura 42 - Projeto Fachada Editt Tower - Cingapura. Fonte: Plataforma BIM, Centro Comercial Hills at Vallco Este centro comercial, já existente na cidade de Cupertino, na Califórnia, receberá a iniciativa de implantação sobre sua estrutura o maior telhado verde do mundo (Figura 43). A ideia é plantar o telhado verde em um espaço de doze (12) hectares, uma área equivalente a 13 campos de futebol. Além dos benefícios bioclimático e sustentável que o telhado verde proporciona, como a melhoria da qualidade do ar, diminuição da temperatura, isolamento acústico e diminuição do consumo de energia, o jardim suspenso deve proporcionar novos momentos de lazer aos moradores da cidade. Isso porque a área será transformada em um parque, com mais de seis quilômetros de trilhas e playground infantil (VIVAGREEN, 2015) Estratégias Bioclimáticas Utilizadas Resfriamento Evaporativo Umidificação

68 55 Figura 43 - Projeto do telhado verde do centro comercial Hills at Vallco - Califónia. Fonte: Vivagreen, Copenhague e Toronto A primeira cidade a adotar o telhado verde como medida pública foi Toronto, em Como resultado, a cidade tem 1,2 milhões de metros quadrados verdes e uma economia de energia estimada em 1,5 milhões de kwh por ano. Recentemente, Copenhague (Figura 44) também adotou a lei como medida obrigatória para edifícios com mais de quatro pavimentos. A ideia é adotar uma medida simples, bonita e sustentável, que em larga escala melhora o entorno e a qualidade de vida das pessoas.

69 56 Figura 44 - Telhado verde obrigatório em Toronto e Copenhague. Fonte: Vivagreen, Casa Folha Angra dos Reis (RJ) O projeto que tem como destaque a cobertura em forma de folhas (Figura 45 e Figura 46), em que se buscou inspiração na arquitetura brasileira indígena, fruto de climas quentes e úmidos. A cobertura em si, é responsável pela proteção solar de todos os cômodos da casa, assim como os espaços livres que são os mais ocupados pelos habitantes. Com um pé direito muito alto, permite que o vento dominante de sudeste venha frontalmente do mar em direção e através da casa, provendo a todas as áreas da casa, abertas ou fechadas ventilação e resfriamento passivo. Além da ventilação natural como estratégia bioclimática, a estrutura se localiza próxima ao mar, o que disponibiliza uma grande capacidade de umidificação do local, devido às brisas oriundas do mar. Para tanto, o projeto ainda mantém as áreas verdes no entorno da edificação, promovendo além do resfriamento passivo por parte da vegetação, com o processo de evapotranspiração, o sombreamento do local pela vegetação de maior porte (SUSTENTARQUI, 2014) Estratégias Bioclimáticas Utilizadas Resfriamento Evaporativo Umidificação Ventilação Natural Sombreamento

70 57 Figura 45 - Vista Superior - Casa Folha Angra dos Reis. Fonte: Sustentarqui, Figura 46 - Casa Folha Angra dos Reis. Fonte: Sustentarqui, 2014.

71 Ipel Fábrica de Pincéis e Embalagens A Ipel (Figura 47 e Figura 48) é uma fábrica de pincéis e embalagens localizada no condomínio comercial da cidade de Cajamar (SP). O respeito ao meio ambiente foi um aspecto fundamental no projeto desta obra. Um dos recursos utilizados nessa obra é a exploração da iluminação natural evitando a exposição luminosa excessiva. Com isso, optouse pela iluminação indireta alcançada com o emprego de largos beirais, que orientam a claridade para uma incidência indireta. O projeto prevê uma rua interna que se inicia na entrada e corta a construção até as áreas de almoxarifado, permitindo a entrega de materiais sem interferir nas demais atividades da indústria. Esta via forma um canal de ventilação natural para as áreas internas do edifício. No entorno da obra, nota-se uma grande área verde, responsável pelo resfriamento evaporativo da edificação, além de ser responsável pelo sombreamento de algumas laterais da edificação Estratégias Bioclimáticas Utilizadas Ventilação Natural Resfriamento Evaporativo Uso de Cores Claras Uso de Proteção Solar e Sombreamento Figura 47 - Fachada fábrica Ipel. Fonte: Metálica Construção Civil, 2015.

72 59 Figura 48 - Interior fábrica Ipel. Fonte: Metálica Construção Civil, Edifício Ventura Corporate Towers Localizado no Rio de Janeiro, o arranha céu é composto por duas torres gêmeas (Figura 49 e Figura 50), correspondendo o primeiro empreendimento em certificado na categoria ouro no Rio de Janeiro, seguindo o sistema LEED de certificação. Desde o processo de construção, houve um planejamento correto para evitar grandes impactos ambientais, desde os materiais utilizados, a reutilização dos mesmos, coleta equilibrada de entulhos, entre outras medidas ambientais. O edifício possui uma fachada envidraçada de vidros laminados, refletivos verdes, com espessura de 10 mm, de baixa transmissão térmica de calor, a fim de garantir a iluminação natural e reduzir o consumo de ar condicionado. No edifício garagem foi construído um telhado verde a fim de minimizar as ilhas de calor e os índices de refletância solar. No telhado do edifício, existe um heliponto, onde pinturas especiais foram utilizadas a fim de refletir a radiação solar incidente sobre a área, impedindo a penetração do calor para o interior Estratégias Bioclimáticas Utilizadas Resfriamento Evaporativo Ventilação Natural Uso de cores claras para refletir o calor Uso de vidros especiais para diminuir a incidência de radiação Ar condicionado para resfriamento Umidificação

73 60 Figura 49 Fachada Edifício Ventura Corporate Towers. Fonte: Arco Projetos Design, Figura 50 Térreo Edifício Ventura Corporate Towers. Fonte: Arco Projetos Design, Casa de Pedra Serra Gaúcha Em locais onde existe uma grande oscilação climática, com temperaturas baixas no inverno e altas no verão, pode-se utilizar da técnica de massa térmica, tanto para aquecimento no inverno quanto para resfriamento no verão. Na serra gaúcha esta técnica era muito utilizada pelos imigrantes, onde suas construções possuíam grandes espessuras de paredes e

74 61 aberturas bem localizadas, de modo a garantir um melhor conforto térmico para os habitantes. Hoje em dia, este conceito utilizado conjuntamente com outras técnicas como isolamento térmico e aquecimento solar passivo possibilita uma melhor adaptação às técnicas antigamente usadas. Nos dias frios de inverno, a radiação solar pode ser absorvida pelas aberturas das residências aquecendo o interior, além do calor transmitido pela parede que recebe a insolação. O calor que fica retido nas paredes da edificação pode ser devolvido ao interior nos horários mais frios, geralmente à noite. Já nos dias quentes de verão, o calor armazenado na estrutura térmica da edificação durante o dia é devolvido ao ambiente somente à noite, quando as temperaturas externas diminuem, diminuindo a amplitude da temperatura interior em relação ao exterior. De forma complementar, a estrutura térmica resfriada durante a noite mantém-se fria durante a maior parte do dia, reduzindo as temperaturas interiores (LAMBERTS, DUTRA E PEREIRA, 2004). A casa de pedra na serra gaúcha, representada pela Figura 51, mostra a arquitetura robusta das residências dos imigrantes italianos. Figura 51 - Casa de Pedra Massa Térmica. Fonte: SKYSCRAPERCITY, 2006.

75 Príncipe de Greenfield O Príncipe de Greenfield (Figura 52 e Figura 53) é um edifício localizado em Mont'Serra, bairro de Porto Alegre (RS). Construído em 2007, foi o primeiro empreendimento de conceito Green Building residencial do país, onde os fundamentos estabelecidos pela entidade americana que atesta a excelência na construção sustentável estão presentes neste empreendimento desde o projeto até a conclusão e utilização das unidades. Segundo a revista Exame (2011) o empreendimento possui aquecimento d água por painéis solares, telhado ecológico, coletores de água da chuva, iluminação eficiente, paisagismo com árvores nativas, coleta seletiva e uma séria de outras características que o tornam digno do título de verde Estratégias Bioclimáticas Utilizadas Resfriamento Evaporativo Ventilação Natural Umidificação Sombreamento Painéis solares e caldeira central para aquecimento d água Ar-condicionado tipo Inverter com gás ecológico de alto rendimento

76 63 Figura 52 Fachada Príncipe de Greenfield. Fonte: Habitar Porto Alegre, Figura 53 - Hall de entrada Príncipe de Greenfield. Fonte: Habitar Porto Alegre, 2012.

77 Casa Popular Eficiente Desenvolvida pelo Grupo de Estudos e Pesquisas em Tecnologias Sustentáveis (GEPETECS), na qual conta com professores e acadêmicos de diversos cursos de engenharia do Centro de Tecnologia da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), em parceria com a Universidade Luterana do Brasil (ULBRA), a moradia popular foi construída nas dependências da UFSM, a partir de materiais e tecnologias sustentáveis existentes no mercado da construção civil. O protótipo da Casa Popular Eficiente (Figura 54 e Figura 55) apresenta diversos materiais sustentáveis como: tijolos de solo cimento, telhas tetra-pak, painéis OSB, impermeabilizantes e tintas ecológicas, etc.; além disso, são apresentadas diversas soluções sustentáveis, tais como: o aproveitamento do vento, da vegetação, do sol, das águas da chuva e das águas cinzas e também o aquecimento solar da água para o banho; visando a utilização dos recursos ambientais disponíveis (sol, vento, solo, vegetação e águas da chuva) como contribuições para uma moradia de baixo custo e sustentável (GEPETECS, 2015). Dentro do programa de estudo está a avaliação de desempenho de modo geral da edificação ao longo do tempo, através de análises e ensaios de laboratórios, que comprovarão a eficiência do protótipo. Com isso, as tecnologias construtivas analisadas poderão ser disponibilizadas para a comunidade de Santa Maria e região. Assim, a construção do protótipo contribuirá para o conhecimento das tecnologias que poderão satisfazer a eficiência de uma economia de baixa renda, através da construção de uma habitação que além de inserir uma arquitetura simples, se utiliza de materiais e tecnologias sustentáveis na quais poderiam ser introduzidas em diversas habitações, visto que é um sistema de baixo custo, porém muito eficiente frente às condições de condicionamento térmico e eficiência energética.

78 65 Figura 54 Casa Popular Eficiente GEPETECS. Fonte: Pessoal, Figura 55 Casa Eficiente GEPETECS. Fonte: Pessoal, 2015