Desempenho Térmico de edificações Aula 3: Arquitetura e Clima

Transcrição

1 Desempenho Térmico de edificações PROFESSOR Roberto Lamberts ECV 5161 UFSC FLORIANÓPOLIS

2 estrutura escalas variáveis aplicação brasil bioclimática 2

3 Importância do clima Uma boa arquitetura devera assistir o programa e a análise climática de forma a responder simultaneamente à eficiência energética e às necessidades de conforto. 3

4 +ESCALAS Para fazer um análise claro e organizado do clima, ele pode ser dividido em três escalas distintas porém indissociáveis macroclima mesoclima microclima 4

5 Macroclima: Descreve as características gerais de uma região em termos de sol, nuvens, temperatura, ventos, umidade e precipitações;porem pode não ser conveniente para descrever as condições do entorno imediato do edifício. Escalas variáveis aplicação brasil- bioclimática 5

6 Mesoclima: Refere-se a áreas mas pequenas do que as consideradas no macroclima. Aqui as condições locais de clima são modificadas por variáveis como a vegetação, a topografia, o tipo de solo e a presença de obstáculos naturais ou artificiais. litoral campo florestas Escalas variáveis aplicação brasil- bioclimática vales cidades montanhas 6

7 Microclima: É a escala mais próxima ao nível da edificação, podendo ser concebido e alterado pelo arquiteto. As particularidades climáticas do local podem representar benefícios ou dificuldades adicionais, que podem não estar sendo consideradas nas escala do macro e meso climáticas Escalas variáveis aplicação brasil- bioclimática 7

8 +VARIÁVEIS Variáveis ambientais conforto Temp. Rad½ Temp. do ar Vel. Ar Umidade Variáveis clima Radiação solar Temp. do ar Vento Umidade 8

9 Radiação solar: É a principal fonte de energia para o planeta (calor) e constitui uma importante fonte de luz (conforto visual - evolução olho humano). Escalas variáveis aplicação brasil l-bioclimática 9

10 Radiação solar: No movimento de translação, a Terra percorre sua trajetória elíptica em um plano inclinado de em relação ao plano do equador(localização dos trópicos). O diferencial de radiação solar recebido por cada hemisfério da terra ao longo do ano, define as estações pelos solstícios e equinócios (posições da terra em relação ao sol). Escalas variáveis aplicação brasil l-bioclimática 10

11 Radiação solar: Deve ser dividida em direta e difusa, porque após sua penetração na atmosfera, a radiação começa a sofrer interferências no seu trajeto em direção à superfície terrestre. A parcela que atinge diretamente a Terra é chamada radiação direta SOL LUZ Escalas variáveis aplicação brasil l-bioclimática Para definir quando tirar partido ou evitar a luz e o calor solar num projeto, deve-se ter como premissas o conforto térmico e visual dos ocupantes e a economia da energia 11

12 Radiação solar: uma das ferramentas disponíveis para estudá-la é a carta solar. Nela são plotadosos dois ângulos utilizados para definir a posição do sol na abóbada celeste dependo do período do ano (altitude solar = ϒ emrelaçãoao horizonte, azimute = α em relação ao norte) Escalas variáveis aplicação brasil l-bioclimática 12

13 Escalas Radiação solar variáveis aplicação brasil - bioclimática 21 junho 11:30h Altitude = 40 Azimute = março 17:15h Altitude = 10 Azimute =

14 Radiação solar: A quantidade que chega depende de três fatores: a lei do cosseno, a dissipação atmosférica e a duração da luz do dia. Lei do cosseno: Intensidade de radiação incidente em uma superfície inclinada é igual à razão entre a intensidade normal e o cosseno do ângulo de incidência. Radiação incidente em superfície inclinada Menor altitude solar =I normal/cosβ Trajeto mais longo da radiação a través da atmosfera Menos radiação por causa da dissipação atmosférica Escalas variáveis aplicação brasil l-bioclimática 14

15 Radiação solar: nas escalas meso e microclimáticas a radiação solar pode ser interceptada pelos elementos vegetais e topográficos do local. Em locais arborizados a vegetação pode interceptar entre 60%e 90% da radiação solar, causando uma redução substancial da temperatura do solo. Isto acontece porque o vegetal absorve parte da radiação solar para seu metabolismo (fotossíntese). Além disso o movimento do ar entre as folhas retira grande parte do calor absorvido do sol. Escalas variáveis aplicação brasil l-bioclimática 15

16 Radiação solar: Transferência de calor por radiação nas edificações Macroclima 1. Radiação solar direta (onda curta) 2. Radiação solar difusa (onda curta) 3. Radiação solar refletida pelo solo e pelo entorno (onda curta) 4. Radiação térmica emitida pelo solo aquecido e pelo céu (onda longa) 5. Radiação térmica emitida pelo edifício (onda longa) Escalas variáveis aplicação brasil l-bioclimática Microclima Trocas de calor em edificações 16

17 Radiação solar: Transferência de calor por radiação nas edificações A radiação solar (onda curta) que entra por uma abertura no edifício incide nos corpos, que se aquecem e emitem radiação de onda longa. O vidro sendo praticamente opacoà radiação de onda longa, não permite que o calor encontre passagem para o exterior, superaquecendo o ambiente interno (efeito estufa) Escalas variáveis aplicação brasil l-bioclimática Efeito estufa: Maior transformador da radiação solar em calor no interior de uma edificação. Proteção contra a radiação solar direta. 17

18 Temp. do ar: Resulta basicamente dos fluxos das grandes massas de ar e da diferente recepção da radiação do sol de local para local Escalas variáveis aplicação brasil l-bioclimática + do dia e no verão -De noite e no inverno Florianópolis Temperaturas máximas e mínimas ao longo do ano 18

19 Vento: Diferenças nas temperaturas das massas de ar geram o seu deslocamento da área de maior pressão (ar mais frio e pesado) para a área de menor pressão (ar quente e leve). Escalas variáveis aplicação brasil l-bioclimática Velocidade e direção do vento mudam dependendo da Florianópolis Rosa dos ventos rugosidade da superfície, tendo que corrigir os dados obtidos Probabilidades de ocorrência de vento nas estações meteorológicas (10m) (orientação e velocidade) 19

20 Vento: As condições do vento local podem ser alteradas com a presença de vegetação, edificações e outros anteparos naturais ou artificiais; pemitindotirar partido deles para canalizar os ventos desviando-os ou trazendo-os para a edificação Escalas variáveis aplicação brasil l-bioclimática De: Using computational tools to factor wind into architectural environment design. Qingyan Chen 20

21 Umidade: Resulta da evaporação da água contida nos mares, rios, lagos e na terra, bem como a evapotranspiraçãodos vegetais. Locais com alta umidade reduzem a transmissão da radiação solar, pela absorção e redistribuição na atmosfera. Porem, altas umidades relativas dificultam a perda de calor pela evaporação do suor aumentando o desconforto térmico. O ar a uma certa temperatura pode conter uma determinada quantidade de água (Maior temperatura = Maior quantidade de água e viceversa) Escalas variáveis aplicação brasil l-bioclimática Florianópolis Umidade relativa máxima e mínima ao longo do ano 21

22 Umidade: Pode ser modificada em escalas mais próximas a edificação na presença de água ou de vegetação Escalas variáveis aplicação brasil l-bioclimática La Alhambra - Espanha 22

23 APLICAÇÃO + Conhecer os dados climáticos de um local permitira identificar os períodos de maior probabilidade de desconforto, e conseqüentemente definira as estratégias que devem ser incluídas no desenho para compensar essas condições Avaliação do desempenho energético de um edifício Dias típicos de verão ou inverno, ou temperaturas de projeto Não permitem avaliar o desempenho energético devido: A variabilidade do tempo meteorológico de dia para dia Resposta térmica da edificação esta muitas vezes ligada ao dia anterior Ano climático de referência (TRY Test Reference Year) Base de dados mais precisa para análise da adequação da edificação ao clima do local Fornece a possibilidade de simulação horária do consumo de energia durante um ano, permitindo a avaliação do custobenefício de opções mais eficientes 23

24 Florianópolis: Temperatura Escalas variáveis aplicação brasil l-bioclimática Temperatura de bulbo seco máxima = 36 C emjaneiro 8 Temperatura de bulbo seco mínima = 2 C emagosto 6 24

25 Florianópolis: Temperatura e Radiação Escalas variáveis aplicação brasil l-bioclimática 25

26 Florianópolis: Vento Escalas variáveis aplicação brasil l-bioclimática 26

27 Florianópolis: Umidade Escalas variáveis aplicação brasil l-bioclimática 27

28 + Equatorial Semi-árido BRASIL Tropical Tropical atlântico Tropical de altitude O clima brasileiro divide se em seis regiões básicas Subtropical 28

29 ClimaTropical: Verão é quente e chuvoso e o inverno quente e seco. Apresenta temperaturas médias acima de 20 C e amplitudetérmica anual de até 7 C. As chuvas oscilam entre 1000 mm/ano e 1500 mm/ano) Escalas variáveis aplicação brasil -b bioclimática 29

30 ClimaEquatorial: compreende toda a Amazônia e possui temperaturas médias entre 24 C e 26 C, com amplitudetérmica anual de até 3 C. Nestaregiãoa chuva é abundante e bem distribuída(normalmente maior que 2500 mm/ano) Escalas variáveis aplicação brasil -b bioclimática 30

31 ClimaSemi-árido: está na região climática mais seca do país, caracterizada por temperaturas médias muito altas (em torno dos 27 C). As chuvas são muito escassas (menos que 800 mm/ano) e a amplitudetérmica anual é por volta de 5 C. Escalas variáveis aplicação brasil -b bioclimática 31

32 ClimaTropical de altitude: As temperaturas médias se situam na faixa de 18 C a 22 C. No verãoas chuvas sãomaisintensas (entre 1000 mm/ano e 1800 mm/ano) e no inverno pode gear devido às massas friasque se originamda massapolar atlântica. O clima tropical de altitude se estendeentre o norte do Paraná e o suldo Mato Grosso do Sul, nas regiões mais altas do planalto atlântico. Escalas variáveis aplicação brasil -b bioclimática 32

33 ClimaAtlântico: Característico das regiões litorâneas do Brasil, onde as temperaturas médias variam entre 18 C e 26 C. As chuvas são abundantes (1200 mm/ano), concentrando-se no verãopara as regiõesmaisaosule no inverno e outonopara as regiões de latitudes mais baixas(próximas ao equador). A amplitudetérmica varia de regiãopara região. Maisaonorte, a semelhançaentre as estaçõesde inverno e de verão(diferenciadas apenas pela presençada chuva, mais constante no inverno) resulta em baixasamplitudes térmicas aolongo do ano. Conforme a latitude aumenta, cresce tambéma amplitudetérmica anual, diferenciando bem as estações Escalas variáveis aplicação brasil -b bioclimática 33

34 ClimaSubtropical: As temperaturas médias se situam, normalmente, abaixo dos 20 C e a amplitudeanual varia de 9 C a 13 C. As chuvas são fartase bemdistribuidas (entre 1500 mm/ano e 2000 mm/ano). O inverno é rigoroso nasáreas maiselevadas, onde pode ocorrer neve Escalas variáveis aplicação brasil -b bioclimática 34

35 +BIOCLIMÁTICA 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 35

36 Escalas variáveis aplicação brasil-bio oclimática 36

42 Escalas variáveis aplicação brasil-bio oclimática Temperatura Média do ar Temperatura Média das máximas e mínimas do ar variação do conteúdo de umidade 1,5 g/kg 42