Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo. Clarice Poubel Chieppe

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1 Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo Clarice Poubel Chieppe A influência de variáveis de projeto na inércia térmica e no desempenho térmico de habitações térreas e assobradadas na cidade de São Paulo São Paulo 2013

2 Clarice Poubel Chieppe A influência de variáveis de projeto na inércia térmica e no desempenho térmico de habitações térreas e assobradadas na cidade de São Paulo Dissertação de Mestrado apresentada ao Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo - IPT, como parte dos requisitos para a obtenção do título de Mestre em Habitação: Planejamento e Tecnologia Data da aprovação / / Membros da Banca Examinadora: Profa. Dra. Maria Akutsu (Orientadora) Dra. Adriana C. de Brito (Co-orientadora) IPT Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo Profa. Dra. Maria Akutsu (Orientadora) IPT Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo Prof. Dr. Fulvio Vittorino (Membro) IPT Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo Prof. Dr. Arlindo Tribess (Membro) USP Universidade de São Paulo

3 Clarice Poubel Chieppe A influência de variáveis de projeto na inércia térmica e no desempenho térmico de habitações térreas e assobradadas na cidade de São Paulo Dissertação de Mestrado apresentada ao Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo - IPT, como parte dos requisitos para a obtenção do título de Mestre em Habitação: Planejamento e Tecnologia. Área de Concentração: Tecnologia de Construção de Edifícios - TCE Orientadora: Profa. Dra. Maria Akutsu Co-orientadora: Dra. Adriana C. de Brito São Paulo Outubro/2013

4 Ficha Catalográfica Elaborada pelo Departamento de Acervo e Informação Tecnológica DAIT do Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo - IPT C533i Chieppe, Clarice Poubel A influência de variáveis de projeto na inércia térmica e no desempenho térmico de habitações térreas e assobradadas na cidade de São Paulo. / Clarice Poubel Chieppe. São Paulo, p. Dissertação (Mestrado em Habitação: Planejamento e Tecnologia) - Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo. Área de concentração: Tecnologia em Construção de Edifícios. Orientador: Profa. Dra. Maria Akutsu Co-orientador: Profa. Dra. Adriana C. de Brito 1. Inércia térmica 2. Habitação térrea 3. Desempenho térmico 4. Edificações 5. Conforto térmico 6. São Paulo (cidade) 7. Tese I. Akutsu, Maria, orient. 8. Brito, Adriana C. de, co-orient. II. IPT. Coordenadoria de Ensino Tecnológico III. Título CDU (043)

5 DEDICATÓRIA Para minha família

6 AGRADECIMENTOS À Maria Akutsu, pela orientação na pesquisa e dedicação à melhoria da maneira de projetar e construir edifícios, e por contribuir, junto ao IPT, para que o estudo acadêmico esteja aberto a profissionais. À Adriana Brito, pelo entusiasmo com o tema e orientação neste trabalho, pelo aprendizado do EnergyPlus e pelo incentivo e apoio imprescindíveis nas simulações e revisões. Ao Fulvio Vittorino, por apresentar o assunto de maneira cativante e por contribuir, junto ao IPT, na formação de profissionais qualificados. Ao Arlindo Tribess, Alberto Hernandez e demais membros da banca de avaliação, pela disponibilidade em participar e contribuir. Aos meus pais, Nilton e Anna Maria, pelo apoio e incentivo ao estudo e qualificação. Ao Luciano, pelo companheirismo e apoio imprescindíveis nessa empreitada. A Patricia, Isabela e Letícia, pelas conquistas inspiradoras. Aos amigos, em especial à Gilda Cassiano, Iara Veloso, Huiryk Gonçalves, Gianne Uchoa e Fernanda Pincelli, por participarem deste processo de perto. Ao Arquiteto Marco Calliari, pelo empreendedorismo e por compartilhar informações e experiências da cidade de Verona, Itália. À Mary e equipe, da secretaria do IPT, e à Natalina e equipe, da biblioteca, pelo apoio. Às pessoas que se dedicam à simulação computacional e à eficiência energética com a responsabilidade de promover melhoria nos projetos de edificações. A todos que de alguma forma motivaram a investigação.

7 RESUMO Este trabalho apresenta os resultados de um estudo desenvolvido com o objetivo de avaliar a influência de variáveis do projeto de arquitetura, definidas ainda na fase de concepção, na inércia térmica e no desempenho térmico do edifício, considerando as condições climáticas da cidade de São Paulo. Para tal, foram efetuadas simulações computacionais por meio do programa EnergyPlus, para avaliação do comportamento térmico de duas tipologias habitacionais de pequeno porte, utilizando-se treze componentes de vedação e dois sistemas de cobertura. Inicialmente foi avaliada a escolha do componente de vedação mais adequado dentre aqueles utilizados atualmente na construção civil, tanto para a condição de inverno como de verão, e posteriormente, foram selecionadas as seguintes variáveis de projeto para avaliar sua influência no comportamento térmico das edificações: utilização de isolante térmico na cobertura, cor das paredes externas, contato do ambiente com o solo e tamanho das aberturas, além da utilização das estratégias de ventilação e sombreamento, para a condição de verão. Para a avaliação dos resultados, foram utilizados como referência os critérios descritos no método detalhado da Norma ABNT NBR 15575:2013. Os resultados indicaram a relevância do sistema construtivo e da tipologia da edificação na sua inércia térmica, além do uso de componentes construtivos de média e alta inércia térmica para as condições climáticas da cidade em estudo. Foi possível observar que quanto maior a inércia térmica da edificação, promovida especialmente pelo sistema construtivo utilizado, menor é o impacto das variáveis de projeto na sua resposta térmica. Palavras Chaves: Desempenho térmico; Inércia térmica; Simulação computacional; EnergyPlus; Eficiência energética.

8 ABSTRACT The influence of design variables and the thermal inertia on the building thermal performance of small housing in the city of São Paulo This work presents the results of a study developed in order to evaluate the influence of the architecture design variables in the thermal inertia and the thermal performance of the building, for the climatic conditions of the city of Sao Paulo. Thus, computer simulations were performed with EnergyPlus program to evaluate the thermal response of a single storey dwelling and a townhouse, using thirteen wall components and two roof systems. Initially, it was evaluated the most suitable wall component among those currently used in construction, for summer and winter conditions, and later the following design variables were selected to assess its influence on the thermal response of the buildings: use of thermal insulation on the roof, color of the external walls, contact with the ground, opening size and the use of passive strategies, as ventilation and shading, for summer condition. The criteria described in the detailed method of ABNT NBR 15575:2013 were used as reference in the evaluation. The results indicated the importance of the constructive system and the building typology in its thermal inertia and the use of constructive components of medium and high thermal inertia for the climatic conditions of the city under study. It was observed that the higher the thermal inertia of the building, promoted especially by the construction system, the lower the impact of design variables in their thermal response. Keywords: Thermal inertia, Thermal performance, Energy efficiency, Computer simulation, EnergyPlus.

9 Lista de figuras Figura 1 - Hotel escavado na montanha. Capadócia Figura 2 - Villa Vals, Suíça. Arquitetura: SeARCH & CMA, Figura 3 Projeto arquitetônico de habitação térrea. Ambiente avaliado: Dormitório Figura 4 - Projeto arquitetônico de sobrado. Ambiente avaliado: Dormitório 1, no pavimento superior Figura 5 - Sistemas de vedação em concreto maciço: C5 - Painel simples de concreto com esp. de 5 cm; C10 - Painel simples de concreto com esp. de 10 cm; PdCar - Painel duplo de concreto com vazio interno; PdCmeio - Painel duplo de concreto com isolante térmico no interior; PdCext - Painel duplo de concreto com isolante térmico na face externa; PdCint - Painel duplo de concreto com isolante térmico na face interna Figura 6 - Sistemas de vedação em bloco de concreto: BloC9 - Bloco de concreto de vedação com esp. de 9 cm revestido com argamassa; BloC14 - Bloco de concreto estrutural com esp. de 14 cm, revestido com argamassa; BloC19 - Bloco de concreto estrutural com esp. de 19 cm revestido com argamassa Figura 7 - Sistemas de vedação em tijolo cerâmico maciço: TijMac10 Tijolo cerâmico maciço com esp. de 10 cm, revestido com argamassa; TijMac20 Tijolo cerâmico maciço com esp. de 20 cm, revestido com argamassa Figura 8 - Sistemas de vedação em bloco cerâmico vazado: Tij9 - Bloco cerâmico de vedação com esp. de 9 cm, revestido com argamassa; Tij14 - Bloco cerâmico estrutural com esp. de 14 cm, revestido com argamassa Figura 9 Temperatura do ar exterior e do ar interior de habitação térrea no dia típico de verão, associado a dois componentes de vedação, em cor média, e cobertura sem isolante térmico. Ambiente avaliado: Dormitório Figura 10 Cobertura a : telha de fibrocimento com espessura de 6 mm, com forro em laje horizontal de concreto com espessura de 8 cm Figura 11 Cobertura b : telha de fibrocimento com espessura de 6 mm, com forro em laje horizontal de concreto com espessura de 8 cm e lã de rocha de 5 cm sobre laje Figura 12 - Temperatura do ar exterior e do ar interior de habitação térrea no dia típico de verão, com a utilização de paredes de vedação em painel de concreto e cobertura sem isolante térmico. Ambiente avaliado: Dormitório

10 Figura 13 - Temperatura do ar exterior e do ar interior de habitação térrea no dia típico de inverno, com a utilização de paredes de vedação em painel de concreto e cobertura sem isolante térmico. Ambiente avaliado: Dormitório Figura 14 - Temperatura do ar exterior e do ar interior do sobrado no dia típico de verão, com a utilização de paredes de vedação em painel de concreto e cobertura sem isolante térmico. Ambiente avaliado: Dormitório Figura 15 - Temperatura do ar exterior e do ar interior do sobrado no dia típico de inverno, com a utilização de paredes de vedação em painel de concreto e cobertura sem isolante térmico. Ambiente avaliado: Dormitório Figura 16 - Temperaturas máximas e mínimas do ar exterior e do ar interior em habitação térrea e Sobrado no dia típico de verão, com a utilização de paredes de vedação em painel de concreto. Classificação do Dormitório 1 de acordo com atendimento à NBR Figura 17 - Temperaturas máximas e mínimas do ar exterior e do ar interior em habitação térrea e Sobrado no dia típico de inverno, com a utilização de paredes de vedação em painel de concreto. Classificação do Dormitório 1 de acordo com atendimento à NBR Figura 18 - Temperatura do ar exterior e do ar interior de habitação térrea e sobrado no dia típico de verão, com a utilização de paredes de vedação em bloco de concreto e cobertura sem isolante térmico. Ambiente avaliado: Dormitório Figura 19 - Temperatura do ar exterior e do ar interior de habitação térrea e sobrado no dia típico de inverno, com a utilização de paredes de vedação em bloco de concreto e cobertura sem isolante térmico. Ambiente avaliado: Dormitório Figura 20 - Temperaturas máximas e mínimas do ar exterior e do ar interior em habitação térrea e Sobrado no dia típico de verão, com a utilização de paredes de vedação em bloco de concreto. Classificação do Dormitório 1 de acordo com atendimento à NBR Figura 21 - Temperaturas máximas e mínimas do ar exterior e do ar interior em habitação térrea e Sobrado no dia típico de inverno, com a utilização de paredes de vedação em bloco de concreto. Classificação do Dormitório 1 de acordo com atendimento à NBR Figura 22 - Temperatura do ar exterior e do ar interior de habitação térrea e sobrado no dia típico de verão, com a utilização de paredes de vedação em tijolo cerâmico maciço e cobertura sem isolante térmico. Ambiente avaliado: Dormitório

11 Figura 23 - Temperatura do ar exterior e do ar interior de habitação térrea e sobrado no dia típico de inverno, com a utilização de paredes de vedação em tijolo cerâmico maciço e cobertura sem isolante térmico. Ambiente avaliado: Dormitório Figura 24 - Temperaturas máximas e mínimas do ar exterior e do ar interior em habitação térrea e Sobrado no dia típico de verão, com a utilização de paredes de vedação em tijolo cerâmico maciço. Classificação do Dormitório 1 de acordo com atendimento à NBR Figura 25 - Temperaturas máximas e mínimas do ar exterior e do ar interior em habitação térrea e Sobrado no dia típico de inverno, com a utilização de paredes de vedação em tijolo cerâmico maciço. Classificação do Dormitório 1 de acordo com atendimento à NBR Figura 26 - Temperatura do ar exterior e do ar interior de habitação térrea e sobrado no dia típico de verão, com a utilização de paredes de vedação em bloco cerâmico vazado e cobertura sem isolante térmico. Ambiente avaliado: Dormitório Figura 27 - Temperatura do ar exterior e do ar interior de habitação térrea e sobrado no dia típico de inverno, com a utilização de paredes de vedação em bloco cerâmico vazado e cobertura sem isolante térmico. Ambiente avaliado: Dormitório Figura 28 - Temperaturas máximas e mínimas do ar exterior e do ar interior em habitação térrea e Sobrado no dia típico de verão, com a utilização de paredes de vedação em bloco cerâmico vazado. Classificação do Dormitório 1 de acordo com atendimento à NBR Figura 29 - Temperaturas máximas e mínimas do ar exterior e do ar interior em habitação térrea e Sobrado no dia típico de inverno, com a utilização de paredes de vedação em bloco cerâmico vazado. Classificação do Dormitório 1 de acordo com atendimento à NBR Figura 30 - Temperatura do ar exterior e do ar interior de habitação térrea no dia típico de verão, sem a utilização de isolante térmico na cobertura. Ambiente avaliado: Dormitório Figura 31 - Temperatura do ar exterior e do ar interior do sobrado no dia típico de verão, sem a utilização de isolante térmico na cobertura. Ambiente avaliado: Dormitório Figura 32 - Temperatura do ar exterior e do ar interior de habitação térrea no dia típico de verão, com a utilização de isolante térmico na cobertura. Ambiente avaliado: Dormitório Figura 33 - Temperatura do ar exterior e do ar interior do sobrado no dia típico de verão, com a utilização de isolante térmico na cobertura. Ambiente avaliado: Dormitório

12 Figura 34 - Temperaturas máximas e mínimas do ar exterior e do ar interior em habitação térrea e Sobrado no dia típico de verão, com a utilização de isolante térmico na cobertura. Classificação do Dormitório 1 de acordo com atendimento à NBR Figura 35 - Temperatura do ar exterior e do ar interior de habitação térrea no dia típico de verão. Paredes externas nas cores clara, média e escura. Ambiente avaliado: Dormitório Figura 36 - Temperaturas máximas e mínimas do ar exterior e do ar interior em habitação térrea no dia típico de verão: comparativo para avaliação da influência da cor das paredes externas na inércia térmica da edificação. Classificação do Dormitório 1 de acordo com atendimento à NBR Figura 37 - Temperatura do ar exterior e do ar interior de habitação térrea no dia típico de verão, considerando diferentes percentuais de abertura em relação à área do piso Figura 38 - Temperaturas máximas e mínimas do ar exterior e do ar interior em habitação térrea no dia típico de verão, considerando diferentes percentuais de abertura em relação à área do piso. Classificação do Dormitório 1 de acordo com atendimento à NBR Figura 39 - Temperatura do ar exterior e do ar interior de habitação térrea e sobrado no dia típico de verão. Ambiente analisado: Dormitório Figura 40 - Temperaturas máximas e mínimas do ar exterior e do ar interior em habitação térrea e sobrado no dia típico de verão. Classificação do Dormitório 1, em ambas tipologias, de acordo com atendimento à NBR Figura 41 - Temperatura do ar exterior e do ar interior de habitação térrea no dia típico de verão o efeito da ventilação. Ambiente avaliado: Dormitório Figura 42 - Temperatura do ar exterior e do ar interior do sobrado no dia típico de verão o efeito da ventilação. Ambiente avaliado: Dormitório Figura 43 - Temperaturas máximas e mínimas do ar exterior e do ar interior em habitação térrea e Sobrado no dia típico de verão o efeito da ventilação. Classificação do Dormitório 1 de acordo com atendimento à NBR Figura 44 - Temperatura do ar exterior e do ar interior de habitação térrea no dia típico de verão o efeito do sombreamento. Ambiente avaliado: Dormitório Figura 45 - Temperatura do ar exterior e do ar interior do sobrado no dia típico de verão o efeito do sombreamento. Ambiente avaliado: Dormitório

13 Figura 46 - Temperaturas máximas e mínimas do ar exterior e do ar interior em habitação térrea e Sobrado no dia típico de verão o efeito do sombreamento. Classificação do Dormitório 1 de acordo com atendimento à NBR Figura 47 - Temperatura do ar exterior e do ar interior de habitação térrea no dia típico de verão o efeito da ventilação associada ao sombreamento. Ambiente avaliado: Dormitório Figura 48 - Temperatura do ar exterior e do ar interior do sobrado no dia típico de verão o efeito da ventilação associada ao sombreamento. Ambiente avaliado: Dormitório Figura 49 - Temperaturas máximas e mínimas do ar exterior e do ar interior em habitação térrea e Sobrado no dia típico de verão o efeito da ventilação associada ao sombreamento. Classificação do Dormitório 1 de acordo com atendimento à NBR Figura 50 - Relação entre a temperatura máxima no Dormitório 1 e o fator de amortecimento (µ), em um dia típico de verão na habitação térrea. Condição padrão (sem ventilação e sem sombreamento) Figura 51 - Relação entre a temperatura máxima no Dormitório 1 e o fator de amortecimento (µ), em um dia típico de verão no sobrado, com a utilização de diferentes sistemas construtivos. Condição padrão (sem ventilação e sem sombreamento) Figura 52 - Relação entre a temperatura máxima no Dormitório 1 e o fator de amortecimento (µ), em um dia típico de verão na habitação térrea, com a utilização de diferentes sistemas construtivos. Condição analisada: Ventilação Figura 53 - Relação entre a temperatura máxima no Dormitório 1 e o fator de amortecimento (µ), em um dia típico de verão na habitação térrea. Condição analisada: Sombreamento Figura 54 - Relação entre a temperatura máxima no Dormitório 1 e o fator de amortecimento (µ), em um dia típico de verão na habitação térrea. Condição analisada: Ventilação associada ao Sombreamento Figura 55 - Temperatura do ar exterior e do ar interior de habitação térrea no dia típico de verão, com a utilização de vedações externas em painéis duplos de concreto, sem isolante térmico na cobertura Figura 56 - Temperatura do ar exterior e do ar interior do sobrado no dia típico de verão, com a utilização de vedações externas em painéis duplos de concreto, sem isolante térmico na cobertura

14 Figura 57 - Temperatura do ar exterior e do ar interior de habitação térrea no dia típico de verão, com a utilização de diferentes vedações externas, sem isolante térmico na cobertura Figura 58 - Temperatura do ar exterior e do ar interior de habitação térrea no dia típico de verão, com a utilização de diferentes vedações externas, sem isolante térmico na cobertura Figura 59 - Temperatura do ar exterior e do ar interior de habitação térrea no dia típico de verão, com a utilização de diferentes vedações externas, sem isolante térmico na cobertura

15 Lista de tabelas Tabela 1 Recomendações e diretrizes construtivas para adequação da edificação ao clima local Tabela 2 Diretrizes construtivas para Zona Bioclimática 3 - Aberturas para ventilação e sombreamento Tabela 3 Diretrizes construtivas para Zona Bioclimática 3 - Tipos de vedações externas. 36 Tabela 4 Diretrizes construtivas para Zona Bioclimática 3 - Estratégias de condicionamento térmico passivo

16 Lista de quadros Quadro 1 Dados geográficos e dos dias típicos da cidade de São Paulo Quadro 2 - Características das paredes, indicadas pelas letras A a M, combinadas com cobertura a (composições 1 a 13) Quadro 3 - Características das paredes, indicadas pelas letras B a M, combinadas com cobertura b (composições 14 a 22) Quadro 4 - Propriedades térmicas dos materiais utilizados nas simulações Quadro 5 - Valores da resistência térmica e da capacidade térmica das paredes externas e da resistência térmica da cobertura Quadro 6 - Dimensionamento dos ambientes e aberturas da habitação térrea Quadro 7 - Áreas de abertura avaliadas para habitação térrea, considerando dois diferentes percentuais em relação à área do piso: 17% (projeto original) e 25% (limite máximo).. 54

17 Lista de abreviaturas e siglas ABNT IPT CDHU Associação Brasileira de Normas Técnicas Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo Companhia de Desenvolvimento Habitacional e Urbano do Estado de São Paulo

18 Lista de Símbolos c : calor específico [kj/(kg.k)] C : Capacidade térmica [kj/(m².k)] λ : condutividade térmica [W/(m.K)] ρ : massa específica [kg/m³] R : Resistência térmica [(m².k)/w] T : temperatura [ C] U : Transmitância térmica [W/(m².K)]

19 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO Objetivos Objeto de estudo Justificativa Organização do trabalho REVISÃO BIBLIOGRÁFICA O conceito de Inércia térmica A influência da capacidade térmica e da resistência térmica na inércia térmica de edificações habitacionais de pequeno porte A influência do projeto de arquitetura no comportamento térmico dos edifícios MÉTODO DE TRABALHO Local Tipologia arquitetônica Projeto de habitação térrea Projeto de sobrado Sistemas construtivos analisados Vedações verticais Vedações horizontais Variáveis de projeto consideradas: Uso do isolante térmico na cobertura Cor das paredes externas Tamanho das aberturas Etapas das simulações ª Etapa ª Etapa Caracterização do desempenho térmico das edificações Procedimento para avaliação do desempenho térmico de edificações por simulação computacional segundo a norma ABNT NBR Condições de exposição Condições climáticas, dia típico de projeto Condições analisadas Programa de simulação computacional Critérios de avaliação Caracterização da Inércia térmica da edificação: fator de amortecimento (µ) O efeito da Capacidade térmica e da resistência térmica das paredes externas na inércia térmica... 59

20 4 RESULTADOS DAS SIMULAÇÕES 1ª Etapa Efeito das vedações externas no desempenho térmico e na inércia térmica da edificação Painel de concreto Bloco de concreto Tijolo cerâmico maciço Bloco cerâmico vazado RESULTADOS DAS SIMULAÇÕES 2ª Etapa Variáveis de projeto analisadas Efeito do uso do isolante térmico na cobertura Efeito da cor das paredes externas Efeito do tamanho das aberturas Pavimento superior x pavimento inferior Condições analisadas Efeito da ventilação Efeito do sombreamento Efeito do sombreamento associado à ventilação Relação entre a temperatura máxima e o fator de amortecimento (µ) O EFEITO DA CAPACIDADE TÉRMICA E DA RESISTÊNCIA TÉRMICA DAS PAREDES EXTERNAS NA INÉRCIA TÉRMICA DA EDIFICAÇÃO CONCLUSÕES REFERÊNCIAS

21 20 1 INTRODUÇÃO A construção civil no Brasil vem se modificando ao longo dos últimos anos em função da busca pela racionalização do processo construtivo. Observa-se cada vez mais o uso de novas tecnologias, visando a otimização do tempo de construção e redução dos custos operacionais, como é o caso da utilização de materiais pré fabricados. Junto a este processo, surgem exigências normativas para regulamentar a qualidade dos materiais de construção e o cumprimento dos requisitos de desempenho das edificações. A otimização dos processos de construção teve início no Brasil, ainda na década de 70, visando atender a demanda habitacional, principalmente com a construção de grandes conjuntos habitacionais (MITIDIERI FILHO, 1998). Diversas foram as experiências que utilizaram novas tecnologias na busca pela racionalização do processo construtivo, a fim de atender a necessidade de redução do custo e do prazo de execução na produção de novas habitações. São exemplos destas experiências as construções habitacionais em Narandiba (1978), na Bahia, e o Conjunto Habitacional Itaquera (1979), em São Paulo, que surgiram com o objetivo de suprir o déficit habitacional daquelas regiões, através de incentivos governamentais - como os incentivos promovidos pelo Banco Nacional da Habitação (BNH). Entretanto, muitas edificações construídas neste contexto apresentaram problemas quanto ao seu desempenho, fazendo com que os incentivos governamentais para a construção de habitações com sistemas inovadores passassem a considerar também preocupações com seu desempenho global. Em 2010 entrou em operação o SINAT (Sistema Nacional de Avaliações Técnicas), criado no PBQP-H (Programa Brasileiro de Qualidade e Produtividade no Habitat) para avaliar o desempenho de produtos e sistemas construtivos inovadores, ou seja, produtos que não possuem norma técnica brasileira para a análise de desempenho. Atualmente, a aprovação de sistemas construtivos no SINAT é uma referência para o financiamento de empreendimentos habitacionais por entidades governamentais, como a Caixa Econômica Federal, o que contribui para a melhoria da qualidade das habitações produzidas.

22 21 A busca por sistemas construtivos inovadores que contribuam na racionalização do processo construtivo tem levado à utilização de sistemas cada vez mais leves, em virtude de suas vantagens construtivas, como a maior rapidez de execução, diminuição de cargas nas fundações e menor consumo de insumos, em comparação com os sistemas construtivos tradicionais (BRITO, 2007). Por outro lado, a utilização de sistemas leves pode não propiciar um desempenho térmico adequado à edificação, especialmente em locais com alta amplitude diária da temperatura do ar e radiação solar intensa. Nestes locais, sistemas construtivos mais pesados, com maior inércia térmica, podem contribuir para a melhoria das condições térmicas no interior das edificações, por propiciarem um maior amortecimento da amplitude diária da temperatura do ar interior em relação a do ar exterior. O amortecimento é um dos efeitos produzidos pela inércia térmica, variável considerada nos critérios de avaliação de desempenho térmico de habitações presentes na norma ABNT NBR e utilizada também como referência na avaliação de sistemas construtivos no âmbito do SINAT. A referida norma apresenta, em um método simplificado de avaliação, valores limite para a transmitância térmica e para a capacidade térmica da envoltória e em um método detalhado, a simulação computacional da resposta térmica da edificação, tendo como critério de avaliação a temperatura do ar no interior dos ambientes. Os sistemas construtivos que não atenderem os critérios do método simplificado podem ser avaliados pelo método detalhado, que leva em consideração também o projeto da edificação. Neste caso, o aprimoramento do projeto, considerando sua adequação às condições climáticas e a utilização de técnicas de condicionamento passivo, como paredes com adequada inércia térmica e aberturas sombreadas, propicia o atendimento dos critérios de desempenho térmico de edifícios previstos no método. Para o clima da cidade de São Paulo, os sistemas tradicionais, com maior capacidade térmica, apresentam um maior potencial de atendimento aos critérios do método simplificado, em comparação com os sistemas inovadores com elementos leves. Estes últimos geralmente não atendem os critérios do método simplificado. Se avaliados por simulação computacional, cujo atendimento depende também da

23 22 qualidade do projeto arquitetônico, é possível identificar quais seriam as características térmicas de componentes construtivos mais adequadas ao desempenho térmico destes edifícios em função de sua inércia térmica. 1.1 Objetivos O objetivo geral desta pesquisa foi avaliar a influência de variáveis de projeto na inércia térmica e no desempenho térmico de habitações térreas e assobradadas, para as condições climáticas da cidade de São Paulo. Dessa forma, buscou-se evidenciar os componentes construtivos e estratégias de projeto mais adequados para uma melhor resposta térmica das habitações nesta cidade. São exemplos das variáveis analisadas: influência do uso do isolante térmico na cobertura, influência da cor das paredes externas, o tamanho das aberturas e a influência da ventilação e do sombreamento. Soma-se ao objetivo geral, a avaliação da relação entre a temperatura máxima do ar interno e o fator de amortecimento (µ) para as duas tipologias habitacionais. Esta abordagem visa contribuir no entendimento do que seria uma inércia térmica adequada das habitações de pequeno porte para as condições climáticas da referida cidade e estabelecer uma relação entre a inércia térmica, representada pelo fator de amortecimento, e o atendimento aos requisitos de desempenho térmico das edificações. 1.2 Objeto de estudo Duas tipologias habitacionais foram selecionadas e adaptadas a partir do Manual técnico da CDHU (1997) habitação térrea e sobrado. Os componentes construtivos de vedação foram selecionados dentre aqueles mais utilizados atualmente na construção civil: blocos de concreto, blocos cerâmicos vazados e painéis maciços de concreto, bem como o tijolo cerâmico maciço, componente tradicional utilizado em menor escala atualmente. Para o telhado também foram

24 23 selecionados componentes utilizados em larga escala no mercado da construção: telha de fibrocimento, telha cerâmica e de concreto. 1.3 Justificativa Com a obrigatoriedade do cumprimento à norma de desempenho ABNT NBR a partir de 2013, o modo de projetar e construir edifícios precisa considerar, não só a comprovação de desempenho dos materiais de construção utilizados, mas também o atendimento a questões relacionadas ao desempenho global do edifício (BRITO, 2007). A norma ABNT NBR apresenta requisitos e critérios relacionados a segurança e a habitabilidade, onde se encontram as exigências relativas ao desempenho térmico de edifícios habitacionais, e à sustentabilidade. O presente trabalho trata de questões ligadas ao comportamento térmico das edificações, abordando critérios e recomendações contidos na norma de desempenho ABNT NBR 15575/2013, que cita a ABNT NBR no que se refere aos dados climáticos e às propriedades térmicas dos materiais e componentes. Para esta avaliação, a influência da inércia térmica das edificações no seu desempenho térmico é uma variável relevante, determinando a escolha dos sistemas construtivos e da tipologia da edificação frente às condições climáticas do local. Estudos realizados por diversos pesquisadores (AKUTSU et al., 2012; BRITO et al., 2011; DI PERNA, 2011; VERBEKE, 2010; ASTE et al., 2009), mostram a relevância da inércia térmica da edificação no seu desempenho térmico, considerando locais que apresentam alta variação da temperatura do ar durante o dia, como é o caso da cidade de São Paulo, com amplitude diária da ordem de 10ºC (ABNT NBR /2013). Nesse caso, a inércia térmica da edificação contribui para o amortecimento da amplitude diária da temperatura do ar interno em relação à amplitude do ar externo e pode contribuir ainda, na redução da temperatura máxima do ar interno. A escolha de habitações térreas e assobradadas como objeto de estudo deve-se à relevância da influência da inércia térmica para edificações de pequeno porte, como apontado em pesquisas anteriores (AKUTSU e VITTORINO, 1998;

25 24 BRITO, 2007; SAITO, 2009; ASTE et al., 2009; BRITO et al., 2011; DI PERNA et al., 2011; AKUTSU et al., 2012). Optou-se por habitações populares típicas, construídas em grande escala pela CDHU (Companhia de Desenvolvimento Habitacional e Urbano) no Estado de São Paulo. Foram utilizados componentes de vedação tradicionalmente utilizados na construção civil, como o bloco de concreto e o bloco cerâmico vazado, além de componentes recentemente incorporados, como o painel de concreto maciço. O tijolo cerâmico maciço também foi inserido nas avaliações, por proporcionar uma resposta térmica adequada ao clima da cidade de São Paulo e por já ter sido utilizado como referência no código de obras desta cidade, apesar de não ser um componente muito utilizado nos dias de hoje. 1.4 Organização do trabalho No Capítulo 2 é apresentada uma revisão bibliográfica, abordando o conceito de inércia térmica e a influência de variáveis de projeto na inércia térmica das edificações e no seu desempenho térmico. O capítulo 3 trata do método proposto para avaliação das edificações, incluindo os projetos arquitetônicos, os componentes selecionados e suas características térmicas, além dos critérios de análise descritos na norma NBR No Capítulo 4 são apresentados os resultados das análises obtidas na primeira etapa das simulações computacionais, considerando o efeito da utilização dos diferentes componentes de vedação na resposta térmica das edificações, e no Capítulo 5 são apresentados os resultados da segunda etapa de simulações, onde foram avaliadas as variáveis de projeto selecionadas. O Capítulo 6 discute o efeito das propriedades térmicas na inércia térmica da edificação e o Capítulo 7 apresenta as conclusões deste trabalho.

26 25 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1 O conceito de Inércia térmica Estudos recentes demonstram a importância da inércia térmica na obtenção de melhores condições térmicas no interior das edificações (AKUTSU et al., 2012; ASTE et al., 2009; BRITO et al., 2011; DI PERNA et al., 2011). Conforme descrito por CORBELLA e YANNAS (2003), a inércia, como fenômeno mecânico, é a capacidade que têm os corpos de permanecer no estado em que se encontram. Termicamente, a inércia é utilizada para indicar uma persistência de temperatura. Os referidos autores citam como exemplo a temperatura interna de uma casa: se a variação desta temperatura é pequena quando ocorre uma grande variação da temperatura do ar externo, considera-se que esta casa apresenta uma alta inércia térmica. São dois os efeitos promovidos pela inércia térmica sobre o fluxo de calor entre o ambiente externo e o ambiente interno: o atraso térmico, que é o tempo que leva a onda de calor para se propagar da superfície externa para a superfície interna, fazendo com que o instante de ocorrência do valor máximo da temperatura interna sofra uma defasagem em relação ao da temperatura máxima do ar externo, e o amortecimento, que é a capacidade de reduzir a amplitude diária da temperatura do ar interno em relação à amplitude diária do ar externo, em um determinado intervalo (FROTA e SCHIFFER, 2009; ASAN, 2006; DORNELLES, 2004). A utilização da inércia térmica promove o amortecimento não só da amplitude diária da temperatura do ar interior em relação a do ar exterior, mas também da radiação solar incidente e dos ganhos de calor interno (CORBELLA, 2003). Esta estratégia pode contribuir para a redução ou até eliminação do uso do ar condicionado nos países de clima tropical, diferente da utilização de sistemas construtivos leves, como o gesso acartonado, que contribui para a necessidade do aumento das estratégias ativas de condicionamento do ar. Em locais onde a temperatura do ar externo é mais baixa durante a noite, como em zonas de clima árido, a inércia térmica possibilita o armazenamento passivo de calor solar nas paredes durante o dia e liberação de parte desse calor à

27 26 noite, fazendo com que o efeito das grandes variações de temperatura do ar externo seja reduzido na temperatura do ar interno. Entretanto, a inércia térmica da edificação, tradicionalmente relacionada ao emprego de elementos com alta capacidade térmica, depende também de outros fatores, como a ventilação dos ambientes, a presença de isolantes térmicos, as condições climáticas e a geometria e orientação solar da edificação, além do estudo adequado da envoltória e dos componentes construtivos utilizados (ALUCCI et al, 1994; SAITO, 2009). A Figura 1 e a Figura 2 mostram a utilização da inércia térmica em uma edificação antiga e em uma edificação contemporânea, respectivamente. A primeira edificação, escavada em uma montanha de pedra, utiliza a alta inércia térmica deste material na redução da amplitude diária da temperatura do ar interno, assim como a segunda edificação, que utiliza para isso, a contribuição da inércia térmica do solo. Figura 1 - Hotel escavado na montanha. Capadócia. Figura 2 - Villa Vals, Suíça. Arquitetura: SeARCH & CMA, Fonte: < /arq_enterrada/capadocia.htm>. Fonte: < FROTA e SCHIFFER (2009), com base no trabalho de CROISET, indicam que a inércia térmica das edificações deve ser classificada de acordo com a superfície equivalente pesada dos componentes construtivos, em relação à área de piso dos ambientes. O conceito de superfície equivalente pesada corresponde à somatória das áreas internas da envoltória - paredes, piso e forro, multiplicada por um coeficiente, em função do peso e da resistência térmica dos componentes.

28 27 Adicionalmente, as autoras classificam a inércia das construções, conforme os valores de amortecimento (m) a seguir: Inércia muito fraca m = 0,4 Inércia fraca m = 0,6 Inércia média m = 0,8 Inércia forte m = 1,0 Optou-se, neste estudo, por avaliar a inércia térmica das edificações de acordo com o fator de amortecimento, utilizando como referência a equação abaixo, adotada internacionalmente (ASAN, 2006): µ = Aint = Tint máx Tint mín [Eq. 01] Aext Text máx Text mín DORNELLES (2004) inverte a definição descrita acima, a fim de atribuir os maiores valores de µ às menores oscilações da temperatura interna e, portanto, à maior inércia térmica: µ = 1 - µ = 1 Aint [Eq. 02] Aext Considerando a adoção da Eq. 01 em âmbito internacional, é esta definição que será utilizada como referência para avaliar a inércia térmica das edificações no presente estudo. A inércia térmica foi utilizada como parâmetro de avaliação em estudos recentes que apresentaram análises sobre o efeito de diferentes componentes de vedação externa na demanda de energia para aquecimento e resfriamento em edificações residenciais (KOSSECKA e KOSNY, 2002; FENG, 2004; GREGORY et al., 2008; VERBEKE, 2010). Estes estudos mostram que a inércia térmica está associada, não só à capacidade térmica dos componentes de vedação, mas também à posição do isolante térmico nestes componentes. Os autores afirmam que o isolante térmico alocado na face exterior das paredes proporciona ambientes com maior inércia térmica em relação às paredes com isolamento na face interna (KOSSECKA e KOSNY, 2002; SAMBOU et al., 2009; AKUTSU et al., 2012).

29 28 A utilização de elementos leves em divisórias internas também pode interferir na inércia térmica das edificações, conforme apresentado por BRITO et al. (2011) em estudo que mostra a influência das vedações internas leves em gesso acartonado na inércia térmica de habitação composta por paredes externas em painéis de concreto maciço. Os resultados mostram que a utilização das paredes internas em gesso acartonado promoveu um aumento significativo da temperatura máxima do ar interior, além de redução na temperatura mínima do ar interior, indicando uma diminuição da inércia térmica da edificação, em relação a utilização de paredes internas de concreto. De acordo com os pesquisadores, esse impacto varia, conforme a cobertura definida, o clima local e as características das paredes, incluindo a cor utilizada. Em estudo realizado para cidades chinesas onde o clima apresenta condições extremas, com calor excessivo no verão e frio no inverno, FENG (2004) conclui que os parâmetros mais importantes para o desempenho termoenergético, a serem considerados para paredes externas e coberturas de uma edificação, são os coeficientes de transferência de calor e de inércia térmica. Deve-se considerar que a norma chinesa especifica índices de inércia térmica, a fim de evitar que componentes construtivos que atendam apenas os coeficientes de resistência térmica exigidos, como por exemplo, os sistemas leves, sejam utilizados. Para DI PERNA et al. (2011), as normas italianas para o desempenho térmico/energético de edifícios vem negligenciando a importância de se considerar a inércia térmica da envoltória dos edifícios. Em estudo apresentado, os referidos autores destacam a relevância das propriedades térmicas dos componentes de vedação e da inércia térmica interna no conforto térmico dos ocupantes das edificações. No Brasil, a norma ABNT NBR aborda de uma forma genérica a utilização da inércia térmica como recomendação de projeto, questão a ser discutida a seguir, no item 2.3.

30 A influência da capacidade térmica e da resistência térmica na inércia térmica de edificações habitacionais de pequeno porte A inércia térmica é função da densidade e da capacidade térmica dos componentes construtivos, impactando diretamente na resposta térmica dos ambientes internos, diante das variações da temperatura externa. Tradicionalmente relacionada à capacidade térmica, conceito relacionado à combinação entre densidade (ρ), espessura (e) e calor específico (c) dos componentes construtivos de uma edificação, em especial dos componentes da envoltória, o conceito de inércia térmica passou a ser investigado para componentes construtivos mistos, formados por materiais heterogêneos, como camadas de ar e de isolantes térmicos. A combinação entre camadas de materiais maciços, camadas de ar e isolantes pode proporcionar maior inércia térmica a um componente construtivo, sem a sobrecarga promovida pela utilização dos sistemas monolíticos, como mostram vários estudos recentes (AKUTSU et al., 2012; ASTE, 2009; SAMBOU et al., 2009; DI PERNA, 2011; LINDBERG, 2004). Isto indica que a adequada utilização do isolante térmico, associando resistência térmica à capacidade térmica, gera resultados que garantem à edificação uma resposta térmica adequada. A resistência térmica, ou o coeficiente global de transferência de calor, é um parâmetro utilizado para avaliação do desempenho térmico dos edifícios em locais de clima frio, onde o objetivo principal é limitar o consumo de energia para aquecimento (AKUTSU e VITTORINO, 1999). Para locais de clima quente, como é o caso da maior parte do território brasileiro, outras variáveis devem ser consideradas, como a vazão de ar no ambiente, a radiação solar incidente nas áreas de abertura, a condução de calor pela envoltória, entre outros (AKUTSU e VITTORINO, 1999). Dessa forma, não é suficiente utilizar a resistência térmica como parâmetro principal - a capacidade térmica dos componentes construtivos também deve ser considerada. Em estudo realizado por (AKUTSU et al. 1995), utilizando três tipos de cobertura e 30 tipos de paredes, os referidos autores analisaram as relações matemáticas entre os parâmetros que caracterizam a resposta térmica do edifício e

31 30 as propriedades térmicas dos materiais utilizados na envoltória. Os resultados mostraram a relevância da resistência térmica das paredes para a condição de inverno, com a utilização de aquecimento, e da capacidade térmica para a condição de verão. Para uma edificação climatizada naturalmente e com baixas taxas de ocupação, como é o caso das habitações unifamiliares, os autores concluíram que a capacidade térmica dos elementos e componentes construtivos é uma variável de fundamental importância na sua resposta térmica. Em estudo apresentado por ASTE et al. (2009) para edificações residenciais, foram avaliados inúmeros sistemas de vedação com os mesmos valores de transmitância térmica, além de propriedades dinâmicas diferentes, com o objetivo de avaliar a influência da inércia térmica do edifício na redução da demanda de energia para climatização. Foi realizada simulação computacional de um protótipo, por meio do programa EnergyPlus, e posterior comparação com um edifício de referência, utilizando os dados climáticos da cidade de Milão. Foram selecionados 24 sistemas construtivos e as paredes foram agrupadas nas seguintes categorias: parede maciça monolítica, parede com isolante térmico na face externa, com isolante térmico no interior, na face interna e em ambas as faces, e sistemas leves com propriedades isolantes. Os resultados mostraram que a menor demanda de energia foi encontrada com a utilização do sistema com isolante térmico na face externa. Em todas as análises, a alta inércia térmica da edificação levou a um consumo de energia menor, chegando a 6% para aquecimento e 21% para resfriamento. Da mesma forma, ULGEN (2002) realizou estudos experimentais a fim de avaliar o efeito das propriedades térmicas dos componentes de vedação na resposta térmica da edificação e o atraso térmico e amortecimento promovidos nos espaços interiores com a utilização destes componentes. O autor sugere a utilização de paredes compostas por camadas múltiplas e heterogêneas, incluindo o uso de isolamento térmico, a fim de garantir melhores resultados, em especial, para edifícios que possuam uso contínuo, como residências e escritórios. Para edifícios utilizados em períodos específicos, o autor sugere a utilização de paredes formadas por um único material. Dessa forma, a adequada utilização das propriedades

32 31 térmicas dos materiais visa promover o melhor desempenho térmico, conforme o horário de ocupação dos edifícios. Em estudo apresentado por KOSSENCKA e KOSNY (2002), foi avaliado o efeito do posicionamento da massa e do isolamento térmico da envoltória do edifício no seu desempenho térmico. Foram analisados seis tipos de componentes de vedação externa compostos por camadas múltiplas, com a utilização do isolante térmico posicionado de diferentes formas. A avaliação foi realizada para seis zonas climáticas e considerou a demanda de energia para aquecimento e resfriamento, além da demanda total de energia. As análises indicam que o maior amortecimento da temperatura externa é mais importante para a estabilidade térmica do edifício do que um valor reduzido de transmitância térmica. Os resultados mostram que as paredes externas compostas por concreto na parte interna e isolamento térmico na face externa apresentaram desempenho térmico superior para as condições climáticas consideradas. Com a utilização deste componente, a edificação chegou a apresentar demanda anual para aquecimento e resfriamento 11% inferior, em relação à utilização do componente de vedação com pior desempenho, composto por isolamento térmico na face interna. Em artigo publicado por AKUTSU et al. (2012), foi realizado estudo para verificar como as propriedades térmicas dos componentes empregados nas paredes de uma edificação, caracterizadas pela resistência térmica e pela capacidade térmica, influenciam sua inércia térmica. Neste estudo foram considerados dois materiais para as paredes de uma habitação térrea: poliestireno expandido e concreto maciço, utilizados em painéis simples ou através da composição entre os dois materiais. Foram avaliados, ainda, dois tipos de cobertura: uma com isolante térmico e outra sem isolante. Os resultados apresentados para 16 tipos de paredes, utilizando como base a comparação entre os perfis de variação da temperatura interna e externa ao longo de um dia típico de verão, indicam que: - A amplitude diária da temperatura do ar interior, com a utilização de paredes de concreto maciço, decresce com o aumento da espessura, o que mostra que o aumento da capacidade térmica é proporcional ao aumento da espessura da parede, enquanto que a variação da resistência térmica é pouco significativa;

33 32 - A amplitude diária com a utilização de paredes em poliestireno expandido também decresce com o aumento da espessura, porém de forma acentuada entre as espessuras de 1 a 5 cm e de modo pouco significativo até a espessura de 20 cm. Neste caso, o aumento da resistência térmica é proporcional ao aumento da espessura da parede, enquanto que a variação da capacidade térmica é pouco significativa; - A comparação entre painéis duplos de concreto com uso do isolante térmico, posicionado de três formas (na face interna, no interior e na face externa), mostrou que a amplitude diária da temperatura do ar interior com a utilização do componente com isolante térmico na face interna é significativamente maior em relação a utilização do componente com isolante térmico na face externa, para edificação com ou sem isolante térmico na cobertura; - O ambiente avaliado apresentou a mesma amplitude diária com a utilização de paredes de concreto maciço com espessura de 20 cm, painel duplo de concreto com isolante térmico no interior e com isolante na face externa, o que mostra que a edificação pode obter a mesma resposta térmica com a utilização de componentes de vedação com diferentes valores de resistência e capacidade térmica. Os resultados apresentados por este trabalho mostraram a relevância da capacidade térmica como indicador da inércia térmica da edificação, além da possibilidade de reduzir a capacidade térmica do componente de vedação, compensando esta redução com o aumento da resistência térmica, dependendo da isolação da cobertura, a fim de se atingir um desempenho térmico adequado.

34 A influência do projeto de arquitetura no comportamento térmico dos edifícios A arquitetura tradicional, mais especificamente a arquitetura vernacular, foi sempre influenciada pelas condições climáticas, responsáveis por imprimir a um determinado local uma referência construtiva e uma identidade própria. A arquitetura moderna, que no Brasil apresentou importantes referências de arquitetura bioclimática em sua fase inicial, foi traduzida de forma homogênea ao redor de todo o mundo, fazendo com que as condições de conforto e desempenho térmico das edificações deixassem de ser prioridade. Atualmente, esta tradução da referência modernista para as condições climáticas do Brasil é questionada e a criação recente de normas e regulamentos construtivos, como a norma ABNT NBR /2013, mostra que novas avaliações se fazem necessárias, considerando a influência do projeto de arquitetura no comportamento térmico das edificações de diversas formas, seja através da definição dos componentes construtivos, da utilização de estratégias de condicionamento passivo, como sombreamento e ventilação natural, do tamanho das aberturas, da geometria dos ambientes, da definição das cores das paredes externas e cobertura, entre outros. Entre as estratégias de condicionamento passivo, a ventilação natural se mostra adequada, não só como contribuição na qualidade do ar interno, mas também na redução do desconforto térmico devido ao calor. Sabe-se, no entanto, que a ventilação deve ser utilizada somente quando a temperatura externa for menor ou igual à temperatura interna. Caso contrário, esta estratégia vai contribuir para o aumento das horas de desconforto, como acontece durante o dia no período de verão. Ventilar as edificações durante a noite também se mostra uma estratégia com potencial para o resfriamento das edificações, considerando a ocorrência de temperaturas mais baixas durante a noite (RATNAWEERA et al., 1996; CORBELLA e YANNAS, 2003; SANTAMOURIS et al., 2007; ZHOU et al., 2008). Outra importante estratégia para melhorar o desempenho térmico de edificações em clima tropical, como é o caso da maior parte do Brasil, é a utilização de elementos de proteção solar nas aberturas (RATNAWEERA e HESTNES, 1996). ATAÍDE e SOUZA (2009) avaliaram o comportamento térmico de edifício histórico

35 34 em Mariana (MG) e estimaram que a utilização desta estratégia proporcionaria uma melhoria do desempenho térmico da edificação em torno de 25%. Estratégias passivas para o condicionamento natural de edifícios são apresentadas na norma ABNT NBR (Tabelas 1, 2, 3 e 4), que apresenta diretrizes construtivas e estratégias de condicionamento passivo para oito zonas bioclimáticas, entre as quais, a zona bioclimática 3, onde está localizada a cidade de São Paulo. Para esta zona, são recomendadas aberturas para ventilação médias (com área entre 15% e 25% da área do piso), a fim de permitir incidência solar direta no período de inverno, além de paredes externas leves, de cor clara, e cobertura leve e isolada. As estratégias de condicionamento passivo sugeridas para o período de inverno são o aquecimento solar da edificação e a utilização de vedações internas pesadas (inércia térmica). Para a condição de verão, é recomendada a utilização da ventilação cruzada, conforme apresentado na Tabela 4. A referida norma indica a importância da inércia térmica da edificação, sugerindo a utilização de paredes internas pesadas, conforme descrito acima. Observa-se que esta recomendação não deve ser aplicada isoladamente, mas sim, associada a outras variáveis de projeto, como dimensionamento das aberturas, geometria dos ambientes, sistema construtivo, entre outros. Estudo apresentado por GREGORY, et. al. (2008), na Austrália, mostrou que a inércia térmica das paredes internas deve estar associada ao tamanho das aberturas: quanto maior o tamanho das aberturas, sendo maior a perda ou ganho de calor, maior deve ser a inércia térmica das paredes internas para garantir condições adequadas de conforto térmico, para locais que apresentam alta amplitude diária da temperatura do ar. Os referidos autores utilizaram quatro diferentes componentes de vedação, tipicamente utilizados nas residências australianas, e os melhores resultados foram obtidos com a utilização dos componentes com maior massa associada ao uso de isolantes na face externa das vedações. No entanto, outros estudos apresentados no presente capítulo mostraram que a utilização do isolante térmico na face externa das vedações, e não a utilização de parede internas pesadas, é determinante na resposta térmica de edificações de pequeno porte.

36 35 Outra variável abordada pela norma ABNT NBR referente à inércia térmica, é o atraso térmico (Tabela 1), descrito no item 2.1. A utilização deste conceito pode ser benéfica dependendo do uso do ambiente e do período de ocupação (SAITO, 2009; ALUCCI et al., 1994). SAITO (2009) cita dois exemplos para exemplificar a utilização do atraso térmico: para um quarto voltado para oeste, em uma condição de clima tropical, é importante que o atraso térmico seja pequeno, considerando a ocupação deste ambiente no período noturno; para uma sala de aula voltada para leste e utilizada no período da manhã, é recomendável que a inércia térmica seja elevada para que o pico de calor no ambiente se dê após a utilização deste ambiente. O conceito de atraso térmico, quando aplicado a situações específicas, pode se mostrar adequado, mas de forma geral, o amortecimento, outro efeito produzido pela inércia térmica, se mostra determinante no desempenho térmico das edificações e será considerado nas análises realizadas neste trabalho. Tabela 1 Recomendações e diretrizes construtivas para adequação da edificação ao clima local. Fonte: ABNT NBR , Anexo C

37 36 Tabela 2 Diretrizes construtivas para Zona Bioclimática 3 - Aberturas para ventilação e sombreamento. Fonte: ABNT NBR Tabela 3 Diretrizes construtivas para Zona Bioclimática 3 - Tipos de vedações externas. Fonte: ABNT NBR Tabela 4 Diretrizes construtivas para Zona Bioclimática 3 - Estratégias de condicionamento térmico passivo. Fonte: ABNT NBR A geometria dos ambientes é outra variável importante no comportamento térmico dos edifícios e sua influência foi avaliada em estudo feito por ALUCCI et al. (1994). Neste estudo, foram utilizadas as seguintes variáveis para caracterizar a geometria dos ambientes: profundidade variável e pé direito com alturas diferentes (2,40 m e 3,0 m), gerando ambientes com volumes diversos (20, 25, 36, 43 e 72 m³). Além da geometria, foi também considerada a orientação do edifício e o sistema construtivo empregado, sob condição climática típica de uma região quente e úmida do Estado de São Paulo, no período de verão. Os resultados mostram que: Para ambientes com incidência solar direta na fachada exposta, o aumento do volume promoveu a redução da temperatura interna;