O ESTUDO SOLAR E SUA INFLUÊNCIA NO PROJETO ARQUITETÔNICO: ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE ESTRATÉGIAS PROJETUAIS PARA CIDADES DAS ZONAS BIOCLIMÁTICAS 1 E 8

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1 O ESTUDO SOLAR E SUA INFLUÊNCIA NO PROJETO ARQUITETÔNICO: ANÁLISE COMPARATIVA ENTRE ESTRATÉGIAS PROJETUAIS PARA CIDADES DAS ZONAS BIOCLIMÁTICAS 1 E 8 Everton de Mello dos Anjos Graduando em Arquitetura e Urbanismo - UNESC Diego do Nascimento Graduando em Arquitetura e Urbanismo - UNESC Janaina Matoso Santos Docente do curso de Arquitetura e Urbanismo da UNESC, Mestra em Urbanismo pelo PROURB/UFRJ; Arquiteta e Urbanista pela Universidade Federal de Viçosa (UFV) INTRODUÇÃO Tirar partido das características climáticas locais nas decisões projetuais em arquitetura é imprescindível para se garantir conforto térmico aos usuários utilizando menor quantidade de recursos energéticos, uma vez que diminui a necessidade de utilização de refrigeração e aquecimento artificial. Considerando a vasta extensão territorial brasileira e consequente variação climática, é importante que os projetistas compreendam as distintas estratégias bioclimáticas eficazes para cada região. Para isso é necessária a análise de algumas variáveis climáticas, sendo uma das mais relevantes a radiação solar, que se comporta de maneira distinta, sobretudo em função da latitude da região. Através da geometria da insolação tem-se a possibilidade de estudar a trajetória solar de um local nas mais diversas épocas do ano e horários do dia, possibilitando que as decisões projetuais sejam tomadas de maneira correta em relação ao conforto ambiental. A finalidade do presente estudo é apresentar informações relevantes sobre a importância do estudo da insolação para a elaboração de um projeto arquitetônico que possa possibilitar conforto térmico aos seus usuários, demonstrando o uso desses estudos para diferentes regiões brasileiras, Cacoal (RO) e São Joaquim (SC), respectivamente localizadas na Zona Bioclimática 1 e Zona Bioclimática 8. METODOLOGIA Para a elaboração deste estudo comparativo a primeira cidade objeto de estudo escolhida foi a Cidade de Cacoal-RO (cidade de clima predominantemente quente e úmido, latitude -11 e classificada na Zona Bioclimática 8), por se tratar de uma região cujos estudos bioclimáticos são relevantes para os estudantes das Faculdades Integradas de Cacoal. Na escolha da segunda cidade de análise priorizou-se cidades que apresentam distinções em relação à primeira em dois pontos de vista: latitude e clima; sendo escolhida a cidade de São Joaquim SC, latitude -28, classificada na Zona Bioclimática 1, zona na qual são agrupadas as cidades brasileiras com maior desconforto térmico por frio. Utilizando dados climáticos organizados pelo site Projeteee fez-se a caracterização do clima das duas cidades, posteriormente, utilizando o software ZBBR, que compila dados da NBR /2003 (ABNT, 2003), levantou-se as estratégias bioclimáticas recomendadas para as duas cidades analisadas. Além disso fez-se o estudo da trajetória aparente do sol na abóboda celeste através das cartas solares dos municípios em questão, geradas através do software Sol-Ar. XV Jornada Científica das Faculdades Integradas de Cacoal UNESC1

2 A partir das estratégias bioclimáticas e cartas solares das cidades analisadas apresentou-se estratégias projetuais eficazes que integram esses dados, indicando formas eficazes do arquiteto pensar a insolação para as zonas bioclimáticas em questão. A GEOMETRIA DA INSOLAÇÃO De acordo com Lamberts, Dutra e Pereira (2014, p. 72) (...) o arquiteto deve compreender de forma integrada os fenômenos térmicos e visuais de uma edificação e, em consequência, as variáveis climáticas das quais estes decorrem, permitindo aplicação de estratégias projetuais de maneira a aliar conforto térmico e eficiência energética na edificação. Um dos fatores que exercem maior influência na distribuição do clima no planeta é o recebimento da radiação solar, sendo essa, por sua vez, influenciada sobretudo pela latitude (FROTA; SCHIFFER, 2001). Quanto mais próxima uma região se encontra da linha do equador maior será a exposição sua exposição aos raios solares, em contrapartida, quanto mais próxima se encontrar dos polos, menor será a recepção de radiação solar. No entanto, em função da inclinação do eixo de rotação da terra em relação à elíptica de translação, o recebimento da radiação solar em determinado ponto do planeta varia ao longo do ano, definindo as estações. De acordo com Frota e Shiffer (2001), para saber a posição do sol na abóbada celeste e sua influência no clima local, recorremos à geometria da insolação, que nos dará a trajetória do sol ao longo do dia e do ano. Cunha (2005, p. 3) afirma que um observador situado num ponto da superfície terrestre vê o sol tomardiferentes posições no seu horizonte visual durante o dia, devido ao movimento de rotação daterra em torno do eixo polar, também notará que no Verão o sol atinge posições mais altas que no Inverno devido ao movimento de translação em torno do sol. (CUNHA, 2005, p.3) Essas informações são úteis nas tomadas de decisões projetuais de acordo com cada região, pois permite a delimitação dos períodos de exposição à radiação solar das fachadas da edificação, possibilitando um melhor zoneamento dos ambientes, escolha dos materiais de construção, a execução de cálculos precisos para a utilização de estratégias de aquecimento solar passivo, mediante precisão dos períodos de insolação direta nos ambientes e ainda cálculos de dispositivos para proteção solar, em regiões cujo sombreamento mostra-se de grande valia para o condicionamento térmico passivo. Mascarello (2005) exemplifica o uso desses conhecimentos através dos estudos de geometria solar projetos hospitalares elaborados pelo arquiteto Paulo de Sá, que indica, por exemplo, as melhores localizações das enfermarias para várias capitais brasileiras. XV Jornada Científica das Faculdades Integradas de Cacoal UNESC2

3 COMPARAÇÃO DAS ESTRATÉGIAS BIOCLIMÁTICAS ADOTADAS EM ZB1 E ZB8 Cacoal é uma cidade localizada no interior do Estado de Rondônia, a aproximadamente 500km da capital Porto Velho. A cidade apresenta uma altitude de 200m acima do nível do mar e clima predominante quente e úmido. Como pode-se observar na Figura 1a, a cidade apresenta temperaturas máximas médias mensais sempre superiores a 30 C. Em função da proximidade da linha do equador, Latitude -11, não se observa influência das estações do ano na variação climática, sendo as alterações de clima ao longo do ano ditadas, sobretudo, pelo regime das chuvas. Entre outubro a abril observa-se menores temperaturas do ar, quando o alto índice pluviométrico e a nebulosidade diminuem a transmissão da radiação solar, nesse período tem-se baixa amplitude térmica na região (Figura 1a) em função da alta umidade do ar. De maio a setembro têm-se o período de seca, com queda significativa da umidade relativa do ar (umidade relativa por volta de 50%), acarretando alta amplitude térmica (Figura 1a), sendo registradas as maiores temperaturas máximas médias e menores temperaturas mínimas médias ao longo do ano. a b Figura 1: a) Média mensal da temperatura de bulbo seco e bulbo úmido para a Cidade de Cacoal-RO. b) Média mensal da temperatura de bulbo seco e bulbo úmido para a Cidade de São Joaquim SC. Fonte: Acesso em setembro de 2017 São Joaquim-SC está abaixo do Trópico de Capricórnio, latitude de -28 e altitude de 1350m acima do nível do mar, fatores que contribuem para o clima predominantemente frio da região. Como pode ser visto na Figura 1b, praticamente em todo ano as temperaturas registradas estão abaixo da faixa de conforto térmico humano. Observa-se maior diferenciação climática marcada pelas estações, se comparado a Cacoal, apresentando inverno rigoroso e verões um pouco mais amenos. A umidade do ar se distribui de maneira homogênea ao longo do ano, por volta de 80%, assim como o índice pluviométrico, não se registrando períodos com alta seca, como ocorre em Cacoal. XV Jornada Científica das Faculdades Integradas de Cacoal UNESC3

4 Diante das condições climáticas apresentadas pode-se concluir que as estratégias bioclimáticas para condicionamento térmico das duas cidades são muito distintas, na cidade de Cacoal observa-se necessidade de resfriamento para se obter conforto térmico, em contrapartida, necessita-se de aquecimento nos ambientes internos de São Joaquim para que se obtenha conforto dos usuários. Para se levantar as estratégias de resfriamento e aquecimento efetivas para as cidades em questão é importante conhecer sua classificação bioclimática, a cidade de Cacoal é classificada na Zona Bioclimática 8, que integram cidades de clima quente e úmido, localizadas, sobretudo, na região norte do país e as cidades litorâneas. Já a Cidade de São Joaquim é classificada na Zona Bioclimática 1, na qual se classifica o menor número de cidades brasileiras, sendo essas localizadas, sobretudo, na região sul do país, integrando regiões de clima predominantemente frio ao longo do ano. Figura 2: Estratégias bioclimáticas para as cidades de Cacoal e de São Joaquim. Fonte: Software ZBBR Como observa-se no levantamento das estratégias bioclimáticas para as cidades analisadas, realizado pelo software ZBBR (Figura 2), recomenda-se para a cidade de Cacoal-RO apenas estratégias de resfriamento, sendo elas: ventilação cruzada permanente e sombreamento das aberturas, em alguns períodos do ano será necessário o uso de refrigeração artificial, uma vez que estratégias de condicionamento térmico passivo não serão suficientes para a garantir o conforto. Já na Cidade de São Joaquim-SC é recomendado o aquecimento solar da edificação, uso de paredes internas pesadas e insolação direta nos ambientes, assim como em Cacoal, as estratégias passivas não serão suficientes, sendo necessário, nesse caso, o uso de aquecimento artificial para garantir boas condições de conforto aos usuários em algumas épocas do ano. XV Jornada Científica das Faculdades Integradas de Cacoal UNESC4

5 Por razões distintas as estratégias demandadas para as duas cidades analisadas exigem grande conhecimento sobre a incidência da radiação solar. Na Cidade de Cacoal, para garantir o sombreamento das aberturas e fechamentos, reduzindo a transmissão de radiação solar para o interior da edificação. Na Cidade de São Joaquim esses conhecimentos devem ser utilizados para priorizar a radiação solar, utilizando-a para o aquecimento da edificação via insolação dos ambientes. Para isso gerou-se as cartas solares para as latitudes das duas cidades em questão (Figura 3) e fez-se as análises pertinentes para as fachadas de azimutes: 0 (fachada norte), 180 (fachada sul), 90 (fachada leste) e 270 (fachada oeste). Figura 3: Cartas solares das cidades de Cacoal (latitude -11) e São Joaquim (latitude -28). Fonte: Elaborado pelos autores a partir do Software Sol-Ar. Em função das distintas latitudes das cidades de análise, a posição aparente do sol na abóboda celeste ao longo do ano é muito distinta para os dois casos. Para o hemisfério sul, quanto maior a latitude, o sol se posiciona mais à norte na abóboda celeste ao longo do ano, ao passo que, quanto mais próximo um ponto do planeta se encontra da linha do equador, maior será a distribuição equitativa entre o posicionamento do sol a norte e a sul da abóboda celeste ao longo do ano. Como indicado pela carta solar apresentada na Figura 3, para São Joaquim a fachada norte é insolada durante todo o dia em praticamente todo o ano, a exceção se dá próximo nos meses próximos ao solstício de verão (dezembro), quando a insolação se concentra na fachada sul pelo período da manhã e a partir de 15h, período no qual a fachada norte é sombreada. Dessa forma, contrapondo as duas fachadas para São Joaquim, observa-se que a fachada XV Jornada Científica das Faculdades Integradas de Cacoal UNESC5

6 norte constitui uma fachada nobre para a localidade, já que possibilita o aproveitamento da radiação solar nos períodos mais frios do ano, os meses de inverno. Isso pode ser feito através do uso de superfícies envidraçadas na fachada norte para a transmissão da radiação solar para o interior da edificação e o uso de cores escuras nos fechamentos opacos, que garantirão maior absorção da radiação solar por esse fechamento e transmissão para o interior da edificação via condução. Devido à boa insolação é recomendado, por exemplo, o recebimento de radiação solar por essa fachada para o aquecimento de paredes internas com alta inércia térmica, que servirão como reservatórios de calor, que, em função do atraso térmico, será liberado no período noturno (quando as temperaturas caem divido à ausência da radiação solar). Também pode-se utilizar estratégias como a parede trombe e sistemas de estufas. Já os ambientes voltados para a fachada sul em São Joaquim tenderão a não ofertar bom conforto térmico, em função da baixa recepção de radiação solar, sobretudo no período de menores temperaturas do ar. Dessa forma, recomenda-se que o zoneamento da edificação priorize a instalação de ambientes e baixa permanência, ou, se possível, priorizar a abertura de janelas em outras fachadas. Já para a cidade de Cacoal- RO, o recebimento da radiação solar nas fachadas norte e sul não é tão discrepante como observado em São Joaquim-SC, mesmo que a fachada norte ainda receba maior insolação que a fachada sul. Contrapondo o período de ocorrência de insolação para as duas fachadas percebe-se que o recebimento de radiação solar pela fachada norte é coincidente com o período da seca, quando se registra maiores temperaturas em Cacoal, dessa forma, tal fachada é crítica para a região, devendo-se utilizar dispositivos de proteção solar a fim de evitar a incidência solar direta na mesma. Em contrapartida, na fachada sul, observa-se que a insolação ocorre sobretudo no período de chuvas na região, como a nebulosidade é alta nesse período, a insolação efetiva é diminuída significativamente, dessa forma, esses fatores tornam a fachada com boas características para a implantação de ambientes de alta permanência. Mesmo com a menor radiação solar observada nessa fachada, ainda se recomenda o projeto de dispositivos de proteção solar que garantam o sombreamento dos fechamentos translúcidos. As fachadas leste e oeste nas duas cidades recebem insolação de maneira semelhante, como pode-se perceber pela Figura 3, sendoa fachada leste insolada todos os dias pela manhã e a oeste todos os dias durante o período vespertino. Para a cidade de Cacoal deve-se evitar a utilização de superfícies envidraçadas e fechamentos opacos não sombreados na fachada XV Jornada Científica das Faculdades Integradas de Cacoal UNESC6

7 oeste, sobretudo para ambientes de ocupação noturna, como os quartos, já que o recebimento de radiação solar direta durante todo o período vespertino causará superaquecimento do ambiente à noite, quando geralmente é utilizado. Diante da dificuldade de se projetar dispositivos de proteção solar à oeste é ideal que evite a utilização de fechamentos translúcidos voltados para essa orientação, outra estratégia é pintar os fechamentos opacos em cores claras, diminuindo a absorção da radiação solar incidida, e, consequentemente, reduzindo a transmissão de calor para o interior da edificação via condução. Considerando a necessidade de aquecimento solar para São Joaquim, a utilização da fachada oeste para condicionamento térmico garante boa transmissão do calor para o interior da edificação. A fachada leste mostra-se uma boa opção para ambientes de longa permanência, uma vez que possibilita, para o caso de Cacoal, o resfriamento após o meio-dia, quando cessa a insolação, a retirada do calor acumulado, para essa região, pode ser feita mediante o uso da ventilação. CONCLUSÃO As diversas análises aqui apresentadas dão a dimensão da importância do estudo da insolação para um projeto arquitetônico, sendo essencial para garantir qualidades funcionais à edificação. Para isso, o estudo solar deve ser compreendido como elemento condicionante das decisões projetuais, uma vez que aplicá-lo posteriormente pode acarretar em baixa eficiência. Pensar a arquitetura dissociada das questões aqui trabalhadas pode gerar edificações energeticamente onerosas e desconfortáveis, que gerarão altos gastos aos ocupantes com condicionamento artificial, ou, na impossibilidade de utilizá-lo, desconforto aos usuários. Como pode-se perceber, os benefícios da inclusão de estudos de insolação são verdadeiros para regiões com distintas características climáticas, cabendo ao arquiteto verificar os condicionantes locais a fim de compreender quais são as estratégias pertinentes para o local, evitando a repetição indiscriminada de soluções projetuais. REFERÊNCIAS CUNHA, Márcio Manuel Ferreira.Vãos Envidraçados - Geometria De Insolação Otimização Do Dimensionamento De Elementos De Proteção Solar. Dissertação (Mestrado em Arquitetura) Faculdade de Engenharia da Universidade de Porto, FROTA, Anésia Barros. Geometria da Insolação. 1. ed. São Paulo: Geros, XV Jornada Científica das Faculdades Integradas de Cacoal UNESC7

8 FROTA, Anésia Barros; SCHIFFER, Sueli Ramos. Manual de conforto Térmico.5 ed. São Paulo: Studio Nobel, LAMBERTS, Roberto; DUTRA, Luciano; PEREIRA, Fernando O.R. Eficiência Energética na Arquitetura. 3 ed. Rio de Janeiro: Eletrobrás/Procel, MASCARELLO, Vera Lucia Dutra.Princípios Bioclimáticos e Princípios de Arquitetura Moderna Evidências no Edificio Hospitalar.Dissertação (Mestrado em Arquitetura) Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Rio Grande do Sul, ZONEAMENTO BIOCLIMÁTICO BRASILEIRO. Disponível em: < Acesso em: 14 de Agosto de ABNT. NBR 15220: Desempenho térmico de edificações - Zoneamento bioclimático brasileiro e diretrizes construtivas para habitações unifamiliares de interesse social XV Jornada Científica das Faculdades Integradas de Cacoal UNESC8