Arquitetura Solar em Cabo Verde

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1 Patrick Daniel Freitas da Luz Santos Arquitetura Solar em Cabo Verde Universidade Jean Piaget de Cabo Verde Campus Universitário da Cidade da Praia Caixa Postal 775, Palmarejo Grande Cidade da Praia, Santiago Cabo Verde

2 Patrick Daniel Freitas da Luz Santos Arquitetura Solar em Cabo Verde

3 Patrick Daniel Freitas da Luz Santos, autor da monografia intitulada Arquitetura Solar em Cabo Verde, declara que, salvo fontes devidamente citadas e referidas, o presente documento é fruto do seu trabalho pessoal, individual e original. Cidade da Praia aos 28 de Outubro de 2014 Patrick Daniel Freitas da Luz Santos Memória Monográfica apresentada à Universidade Jean Piaget de Cabo Verde como parte dos requisitos para a obtenção do grau de Licenciatura em Arquitetura

4 Sumário A arquitetura Solar lida com os ganhos energéticos provenientes do Sol através da utilização das técnicas solares passivas para atingir os níveis de conforto exigidos, ao mesmo tempo que ameniza os gastos de energia do próprio edifício pelo uso de técnicas solares ativas. Esta memória propõe uma abordagem prática deste tema, apresentado as diferentes técnicas passivas aplicáveis nos edifícios cabo-verdianos de modo a tirar o maior partido do clima local e apresenta também as tecnologias solares ativas que possam auxiliar na diminuição do consumo energético das edificações pelo aproveitamento da exposição solar abundante. Palavras-chave: Sol; Conforto; Energia;

5 Agradecimentos Gostaria de prestar aqui o meu reconhecimento a todos o que de uma forma ou de outra me ajudaram na realização desta memória. Um especial agradecimento a minha mãe pelo carinho e palavras de encorajamento, ao meu professor e orientador Mestre Nicolau Carvalho por todo o apoio e sugestões técnicas ao longo deste processo. Aos meus colegas Mara Lima e Adriano Horta, pela ajuda no esclarecimento dos vários pontos da memória e pelo apoio na recolha bibliográfica. Por fim um agradeço aos demais pelo incentivo sem a qual não seria possível a conclusão desta memória, acreditando que este trabalho reflete todo o interesse deste tema, demonstrando que esta é uma área com um enorme potencial e que merece ser uma aposta forte para o futuro de Cabo Verde.

6 Índice Capitulo 1: Estado da Arte Capitulo 2: Arquitetura Solar Conceitos Gerais Arquitetura Solar Estratégia solar passiva Conforto térmico Conforto Visual Projeto Solar Passivo Estratégia solar ativa Capitulo 3: Arquitetura Solar Passiva Contexto climático Adaptação ao clima (Localização, Forma e Orientação) Ganho Solar Iluminação Natural Espaços adjacentes Armazenagem térmica dos materiais Controlo de ganho de Solar Ventilação natural Sombreamento Espaços Adjacentes Vidros Alternativos Isolamento Vegetação Capitulo 4: Aplicação da Arquitetura Solar Ativa Arquitetura Solar Ativa Energia Solar Fototérmica Energia Solar Fotovoltaica Capitulo 5: Estudo de Caso Conclusão Bibliografia Anexos Anexo Anexo 1 - ISSO Anexo 2 - Características térmicas dos materiais (CRESESB, 2006) Anexo 3 - Fontes renováveis e não renováveis Anexo 4 Conclusão do estudo elaborado pela GESTO ENERGIA S.A. em CV /108

7 Figuras Arquitetura Solar em Cabo Verde Figura 2.1 Casas típicas da Indonésia Figura 2.2 Palácio de Barro, Mali Figura 2.3 Casas de Países Nórdicos Figura 2.4 Cidade Velha, Santiago Figura 2.5 Trajetória solar Figura 2.6 Trocas de calor entre o Homem e o Ambiente Figura 2.7 Paredes opacas Figura 2.8 Paredes Transparentes ou translúcidos Figura 3.1 Arquipélago de Cabo Verde Figura 3.2 Ilha de São Vicente Figura 3.3 Tipologia das construções em Santiago Figura 3.4 Construções Litorâneas Figura 3.5 Habitações nas encostas Figura 3.6 Construções escalonadas ou semienterradas Figura 3.7 Construções em banda Figura 3.8 Ruas estreitas na direção Norte Sul Figura 3.9 Pátios com elementos vegetais ou mistos Figura 3.10 Edifício desligado do terreno Figura 3.11 Alturas das janelas de acordo com a atividade desempenhada no espaço Figura 3.12 Corredor iluminado por lanternins Figura 3.13 Persianas espelhadas e lumiduto Figura 3.14 Tubos de luz - fornecem luz a espaços sem iluminação natural Figura 3.15 Prateleiras de luz Figura 3.16 Pátio interno Figura 3.17 Átrio Comercial Figura 3.18 Coberturas de água Figura 3.19 Cobertura verde Figura 3.20 Tipologia dos vãos Figura 3.21 Chaminé Solar Figura 3.22 Esquema de ventilação pelos vãos Figura 3.23 Ventilação pela cobertura Figura 3.24 Captador e Torre de vento Figura 3.25 Esquema da ventilação através do subsolo Figura 3.26Ventilação através de ruas e pátios Figura 3.27 Lâminas verticais Moveis Figura 3.28 Lâminas horizontais Moveis Figura 3.29Tipologias de Palas em grelha Figura 3.30 Tipologias de Venezianas ou persianas Figura 3.31 Cortina Figura 3.32 Tipologias de toldos e estores Figura 3.33 Persianas Figura 3.34 Sombreamento através de Espaços Adjacentes Figura 3.35 Isolamento pelo exterior Figura 3.36 Isolamento pelo interior Figura 3.37 Isolamento na caixa-de-ar Figura 3.38 Disposição das árvores em relação ao edifício Figura 3.39 Fachadas protegidas por trepadeiras Figura 3.40 Fachda Verde /108

8 Figura 4.1 Coletores solares térmicos Figura 4.2 Célula de silício Figura 4.3 Célula de silício Figura 4.4 Célula de filmes finos de silício Amorfo Figura 4.5 Inversor de corrente alternada Figura 4.6 Baterias Figura 4.7 Reguladores de carga Figura 4.8 Sistemas Isolados Figura 4.9 Sistemas ligado a rede Figura 4.10 Sistemas híbridos Figura 5.1 Radiação Global Anual Figura 5.2 Nebulosidade Figura 5.3 Ortofoto da Biblioteca Nacional Figura 5.4 Alçado Sul (entrada principal) Figura 5.5 Alçado Norte Figura 5.6 Hall Entrada Figura 5.7 Alçado Este Figura 5.8 Alçado Oeste Figura 5.9 Pátio interno Figura 5.10 Esposição Solar diaria da Biblioteca Nacional Figura 5.11 Planta esquemática da Biblioteca Nacional Figura 5.12 Carta Solar da Cidade da Praia,. Fonte: Analysis SOL-AR Figura 5.13 Corte A Figura 5.14 Corte B Figura 5.15 Carta Solar da Cidade da Praia. Fonte: autor Figura 5.16 Corte A Figura 5.17 Corte B Figura 5.18 Direção do Vento na Cidade da Praia Figura 5.19 Fachada Dupla (vista interna) Figura 5.20 Fachada Dupla (vista externa) Figura 5.21 Fachada dupla - iluminação Figura 5.22 Fachada dupla - ventilação Tabelas Tabela 2.1 Fatores de luz do dia recomendado Tabela 4.1 Diferentes formas de instalação dos módulos fotovoltaicos Tabela 4.2 Rendimento elétrico dos vários tipos de células fotovoltaicas /108

9 Introdução 9/108

10 Introdução O benefício ou a desvantagem da radiação solar varia de acordo com o clima local. Em climas frios, deve-se favorecer a captação solar para aquecimento e em climas quentes, pelo contrário deve-se aproveitar as zonas sombreadas proporcionadas pela geografia do terreno e pela vegetação. As técnicas de design solar passivo foram desenvolvidos e utilizados ao longo dos séculos por várias civilizações ao redor do mundo, mas ao longo dos anos foi perdendo sua força devido ao advento dos combustíveis fósseis baratos, que permitiram o controlo artificial da temperatura e da luz a custos acessíveis. A crise energética mundial e as preocupações com o ambiente fez com que hoje a arquitetura solar adquirisse a sua verdadeira importância no conforto e na poupança de energia, pois o uso da energia solar e das medidas passivas podem reduzir consideravelmente os custos e as necessidades energéticas do edifício, sem diminuir o nível de conforto. A escolha do tema deve-se à sua importância num país insular que sofre com um grande défice de energia e conforto habitacional (iluminação e ventilação).cabo Verde se encontra numa posição extremamente vantajosa em termos climatéricos para a prática da arquitetura Solar. De clima tropical seco, beneficia-se com cerca de 3000 horas de exposição solar anuais com um alto potencial para a produção de energia elétrica, porem, quando se trata do edifício, esta exposição torna-se excessiva sem a devida proteção solar. 10/108

11 Não é intenção desta Memoria apresentar soluções perfeitas, mas sim apurar os benefícios da Arquitetura Solar e as técnicas e tecnologias aplicáveis em Cabo Verde. Tendo em conta que este tipo de Arquitetura é um desafio à criatividade do arquiteto, as técnicas Solar passivas e ativas devem ser aplicadas de acordo com o clima e o contexto particular do edifício, promovendo sempre uma melhoria das condições de conforto e uma minimização do consumo energético. Objetivo geral: De modo geral a presente memoria tem como objetivo a apresentação de técnicas solares passivas e ativas que visam a redução do consumo energético de um edifício, mantendo o nível ideal de conforto em Cabo Verde. Objetivos específicos: Apresentar técnicas arquitetónicas passivas (direta e indireta) para o melhoramento do desempenho de uma habitação em Cabo Verde. Averiguar a aplicabilidade de sistemas ativas (energia solar, térmica e voltaica) em Cabo Verde. Metodologia A metodologia aplicada abrange as pesquisas bibliográficas e documentais em torno do tema de modo a definir a abrangência do mesmo. Compreende ainda uma investigação de campo com o objetivo de determinar a aplicação do tema em Cabo Verde, concretizado no estudo de caso a ser apresentado. 11/108

12 Estrutura da memória No capítulo 1 é apresentado o Estado da Arte. No capítulo 2 foi apresentado os conceitos gerais relevantes para a compreensão do tema proposto, bem como os aspetos abrangidos pelas estratégias Passivas e Ativas a serem aplicadas. O capítulo 3 faz uma caracterização do Arquipélago de Cabo Verde, apresentando as características climáticas e arquitetónicas para em seguida apresentar as técnicas passivas aplicáveis numa determinada situação. O capítulo 4 por sua vez apresenta as formas de captação e transformação da energia solar em elétrica, bem como os sistemas de ligação. Por último o capítulo 5 apresenta o estudo de caso, onde foi analisado as condições de conforto de um Edifício, os pontos positivos e negativos, bem como as técnicas solares aplicadas. 12/108

13 Capitulo 1: Estado da Arte 13/108

14 Estado da Arte Desde as primeiras cavernas, o Sol nos mostra as diferenças entre o dia e a noite e nos ilumina todos os dias em maior ou menor quantidade e nos fornece a energia necessária para o aquecimento de nossas casas. Os projetos de construção baseado na Arquitetura solar vem sendo desenvolvidos desde os tempos antigos de forma empírica. Herdada do saber da arquitetura popular esteve sempre associada a arquitetura tradicional ou Vernacular, cujo objetivo sempre foi garantir as condições ideais de conforto ao homem no interior dos edifícios, sejam quais forem as condições climáticas externas, através da adaptação da edificação ao clima local e reduzindo consideravelmente os gastos de energia em iluminação, aquecimento e arrefecimento. A luz Solar continua a ser o principal meio de iluminação para todos os tipos de construção até o início do século XX, quando por várias razões o papel principal de iluminação natural estava começando a ser questionado. O crescimento do mercado de trabalho no século XIX tinha visto que edifícios que necessitavam de níveis mais elevados de iluminação exigiam longas janelas horizontais e uma altura considerável do piso, e mesmo assim a iluminação natural era insuficiente e acarretava custos elevados na estrutura. A iluminação artificial garantia uma economia nas estruturas pela redução da altura do teto ao mesmo tempo que proporcionava a iluminação necessária para escritórios, fábricas e outros edifícios onde necessitava de grandes níveis de iluminação. A pressão para aumentar os níveis de iluminação artificial levou a desconsideração da luz do dia como fonte funcional de iluminação, dando origem a fábricas sem janelas e até mesmo 14/108

15 escolas sem janelas. Foi sugerida ainda que os edifícios poderiam ser aquecidos através da iluminação artificial, o que levou a um grande nível de consumo de energia nos edifícios. Com a Revolução Industrial o homem desenvolveu a máquina a vapor e os motores de combustão interna movidos a derivados de petróleo, combustível abundante, barato e fácil de estocar e transportar. Isto permitiu um aumento das indústrias e uma melhoria nos sistemas de transportes, o que impulsionou o crescimento das cidades e da população e consequentemente do consumo de energia. (Phillips, Derek, 2004). Foi só até a crise de energia fóssil e as mudanças climáticas causadas pelo consumo exagerado de energia que as pessoas começaram a questionar esta alta abordagem energética, e começouse a procurar formas de reduzir a carga elétrica dos edifícios. A procura de soluções para este problema fez com que hoje a arquitetura solar adquirisse a sua verdadeira importância no conforto e na poupança de energia, pois o uso da energia solar permite reduzir quase a totalidade dos gastos de energia dos edifícios através da iluminação natural e através da conversão de energia solar em eletricidade. O primeiro caso foi a MIT Solar House, construída por volta de 1939 em Massachusetts (EUA), tratava-se de um projeto acadêmico realizado sob a direção do HC Hotel. Por duas décadas, este edifício gerou um paradigma que levou a criação de uma competição entre universidades americanas, á qual mais tarde se expandiu para a Europa. Isto levou à organização de conferências e a criação de associações nacionais e internacionais (ASES 1, ASADES 2, ANES 3 entre outros) onde uma multidisciplinaridade de académicos trabalhavam na realização 1 Sociedade Americana de Energia Solar foi a associação pioneira criada em Associação Argentina de Energia Solar, Associação Nacional do México Energia Solar, /108

16 de edifícios solares experimentais, materializados principalmente nos países desenvolvido, sendo mais tarde alargadas aos países em desenvolvimento. Podendo ser destacado o trabalho de investigação realizado na Grã-Bretanha pelo Professor Hopkinson no Building Research Station em 1950 desenvolvendo o conceito de PSALI (iluminação artificial permanente suplementar para Interiores), que definia que luz do dia mais próximo da janela seria a adequada e sua diminuição nas regiões mais afastada da janela seria complementada por fontes elétricas. Destaca-se também o Arq. Edward Mazria com seu livro The Passive Solar Energy Book publicado em 1979 nos EUA, recolhe as experiências de casas que minimizam o uso de sistemas de refrigeração e de aquecimento convencional aproveitando as condições climáticas e de insolação de cada local em uma aplicação manual. No início deste século, a questão ganhou novo interesse, principalmente devido aos efeitos já visíveis do aquecimento global, gerando um grande interesse no estudo da Arquitetura solar passiva e ativa. 16/108

17 Capitulo 2: Arquitetura Solar 17/108

18 2.1 Conceitos Gerais As técnicas construtivas foram desenvolvidas e aperfeiçoadas ao longo dos anos, por meios de processos de tentativa e erro. São técnicas transmitidas de geração em geração e conhecida como Arquitetura Vernacular, cuja função é criar soluções adaptadas ao clima e a cultura de cada região, adequando-se aos materiais locais e ao meio ambiente envolvente. A Arquitetura Vernacular representa a base dos princípios hoje conhecidos como Arquitetura Bioclimática, Arquitetura Solar, Eco Arquitetura, Arquitetura Ecológica, entre outras. Os conceitos são transpostos de uma época em que não existiam sistemas mecânicos de climatização e iluminação, e a construção tinha de ser eficiente e adequada à região onde seria implantada. Exemplos deste tipo de construção são visíveis, nos climas muito quentes e húmidos, como o da Indonésia (Figura 2.1), onde as estruturas mais confortáveis são ligeiras e construídas em madeira, ventiladas com grandes janelas e amplos telhados que proporcionam um amplo sombreamento das fachadas. (Lanham, Gama e Braz, 2004). Figura 2.1 Casas típicas da Indonésia. Fonte:www.losviajeros.net Pelo contrário, nos locais quentes e secos, como no Mali (Figura 2.2), são mais eficientes as estruturas maciças (em pedra, adobe, tijolos e blocos), com grande inércia térmica, utilizam vãos pequenos para evitar a poeira e o sol excessivo e pátios internos para ventilação. (Lemgen, Johan, 2004). Figura 2.2 Palácio de Barro, Mali. Fonte: 18/108

19 Um outro exemplo bastante conhecido são as habitações dos países nórdicos com uma inclinação acentuada dos telhados, necessária para permitir que a neve não permaneça em cima deste (Figura 2.3). Ambos estes exemplos ilustram casos em que com medidas muito simples promove o conforto tanto no Inverno como no Verão. (Lanham, Gama e Braz, 2004). Figura 2.3 Casas de Países Nórdicos. Fonte: Algumas habitações em Cabo Verde (Figura 2.4), em que o facto de estas estarem todas em banda e com ruas estreitas, permite um maior sombreamento, as paredes grossas em pedra natural permitem uma maior inércia térmica do edifício, aumentando o seu conforto interno. Figura 2.4 Cidade Velha, Santiago. Fonte: autor 2.2 Arquitetura Solar A arquitetura Solar diferencia-se da arquitetura Vernacular por apenas lidar com os ganhos energéticos provenientes do Sol, assim sendo a arquitetura solar baseia-se na construção de edifícios voltados para o aproveitamento das técnicas solares passivas para atingir os níveis de conforto exigidos e ao mesmo tempo que ameniza os gastos de energia do próprio edifício pelo uso de técnicas solares ativas. Assim temos: Arquitetura Solar Passiva, que lida com a recolha, armazenamento e utilização da energia solar, através de ganhos solares diretos e indiretos. Lida ainda com o controlo do ganho solar através da ventilação natural e sistemas de sombreamento tendo em conta a localização e o clima local. 19/108

20 Arquitetura Solar Ativa, por sua vez, lida com a produção de energia térmica e elétrica, através de painéis solares e outros dispositivos de recolha e transformação de energia solar. Tendo em conta que o consumo energético depende do nível de conforto pretendido pelos ocupantes, se o edifício estiver pouco adaptado ao clima será necessário um maior consumo de energia. Neste sentido, será apresentado uma breve introdução sobre os conceitos básicos, para de seguida expor algumas das possíveis estratégias a serem utilizadas na Arquitetura Solar. (Lanham, Gama e Braz, 2004). Energia Solar O Sol esta situado a cerca de 150 milhões de quilómetros da Terra. A energia solar atinge a terra de diferentes formas, além de luz e calor, ele fornece anualmente quinze mil vezes mais energia do que a consumida por toda a população mundial. A energia fornecida pelo sol mantem-se praticamente constante e é definida como constante solar (quantidade de energia que atravessa uma unidade de superfície perpendicular a direção dos raios solares na zona exterior da atmosfera da terra). Esta energia é cerca de 429B.T.U.s por hora. A radiação solar ao atravessar a atmosfera terrestre sofre absorções e reflexões, 35 a 40% dos raios solares são refletidos pela atmosfera ou pelas nuvens para o espaço, 20% é absorvida pelo vapor de água, partículas da atmosfera e gazes, e apenas 35 a 40% da energia entrada na atmosfera atinge a superfície da terra. Dados os movimentos de Figura 2.5 Trajetória solar (Lanham, Gama e Braz, 2004). translação e rotação da terra, a radiação solar incidente varia em relação a hora do dia e ao mês do ano. É a trajetória solar (Figura 2.5) que define a duração da exposição solar, o ângulo de 20/108

21 incidência dos raios solares determinando a intensidade da radiação. Sublinha-se ainda que a diferença da trajetória solar no Inverno e no Verão explica a diferença de intensidade da radiação e o tempo de exposição solar nas duas estações. (Teixeira, Artur Pedro, 1984) 2.3 Estratégia solar passiva Os princípios de design solar passivo foram desenvolvidos e utilizados ao longo dos séculos por várias civilizações ao redor do mundo. Muitas dessas habitações foram construídas mais adequados ao seu ambiente climático do que aquelas construídas hoje. Tradicionalmente aproveita-se o calor do Sol quando o tempo está mais frio, para aquecimento de água e do ambiente e quando o clima é mais quente recorre-se ao vento e a elementos de sombreamento. O termo solar passivo refere-se a conceção arquitetónica que visa atingir o conforto térmico e visual nos edifícios pela redução das necessidades energéticas diárias de aquecimento, arrefecimento e iluminação por meios mecânicos, através da recolha, armazenagem e distribuição da radiação solar recebida pelo edifício, pelo uso combinado de paredes opacas e transparentes, massa térmica, circulação do ar, luz diária, isolamento e dispositivos de sombreamento adequados, tendo sempre como base as condições climáticas locais. (Fonte: Conforto térmico A zona de conforto poderá ser descrita como sendo o ponto em que o homem despende a menor quantidade de energia apara se adaptar ao seu ambiente. (Olgyay, 1973 apud Green Vitruvius, 2001). 21/108

22 Considera-se que o nosso corpo está em conforto térmico, quando a taxa de produção de calor é igual à taxa de perda, suficiente para que a sua temperatura interna se mantenha constante, na ordem dos 36,7ºC, Homeotermia (Figura 2.6). Há no entanto vários fatores que influenciam o modo como geramos calor tais como a atividade física e mental e ainda fatores externos. Assim sendo há que analisar um conjunto de parâmetros que influenciam diretamente o conforto e são diferenciados em: 1. Fatores Pessoais: Estrutura corporal Idade e Sexo Metabolismo Alimentação Vestuário 2. Fatores ambientais: Temperatura Ventilação Iluminação Humidade Figura 2.6 Trocas de calor entre o Homem e o Ambiente (Gonçalves e Graça, 2004). Todo este processo é dinâmico, pois não só o clima varia instantaneamente, como o conforto humano está associado a fatores psicológicos e biológicos que variam de pessoa para pessoa e podem conduzir a diferentes sensações de conforto, uma vez que o ser humano tem capacidade de se adaptar às variações térmicas do ambiente procurando condições confortáveis (sombra, sol ou vento) e mudando de posição, atividade e vestuário para atingirem o conforto térmico desejado. As normas convencionais de conforto, tais como a ISO , estão baseadas nos estudos levados a cabo em laboratórios climáticos. Os estudos no terreno levam a admitir que as previsões baseadas em resultados de laboratórios não são completamente fiáveis, pois as pessoas não são passivas em relação ao seu ambiente térmico, e ainda pessoas diferentes podem 4 ISO Estabelece um critério objetivo de avaliação de conforto térmico, 1994 (anexo 1) 22/108

23 experienciar diferentes níveis de conforto mesmo estando no mesmo espaço. (Mendes e Monteiro, 2009) Conforto Visual Segundo, o Green Vitruvius, 2001, uma iluminação deficiente pode provocar esforço visual, fadiga, dores Tabela 2.1 Fatores de luz do dia recomendado (CIBSE, 1987 apud Green Vitruvius, 2001). de cabeça, irritabilidade, erros e acidentes. As condições confortáveis de iluminação num espaço dependem da quantidade, distribuição e qualidade da luz. A fonte de iluminação pode ser natural ou artificial, ou uma combinação de ambas. Os níveis de iluminação (Tabela 2.1 ) para certas tarefas estão bem definidos, e se forem especificados e implementados de acordo com as normas, não deverão causar problemas aos habitantes, tais como as diretivas da CIBSE 5. A distribuição da luz num espaço é muitas vezes mais importante do que a quantidade disponível neste espaço. A perceção da iluminação é influenciada pela uniformidade dos níveis de iluminação. Por exemplo quando existe uma diferença demasiado grande entre os níveis de iluminação natural junto às janelas e os que se verificam em locais afastados, as pessoas na área que esta relativamente mais escura tendem a acender a luz, mesmo que a iluminação natural nessa parte da sala seja funcionalmente adequada. (Green Vitruvius, 2001). 5 CIBSE 1987 (Chartered Institution of Building Services Engineers) 23/108

24 2.3.3 Projeto Solar Passivo A arquitetura solar passiva, pode ser associada com a minimização de todos os aspetos associadas com o consumo de energia, onde o edifício é concebido de tal maneira a reduzir ao mínimo a necessidade de controlos mecânicos de luz e calor. Um dos fatores chave para desenvolver um projeto solar passivo, eficaz e eficiente é a compreensão de que não existe uma solução ótima e aplicável a todas as situações, mas sim inúmeras práticas que devem ser selecionados de acordo com o local a se intervir. Este projeto não envolve despesas acrescidas visto não precisar de complicados dispositivos tecnológicos, dependendo apenas da experiência e da criatividade do projetista. (Mendes e Monteiro, 2009). Iluminação natural - as questões de iluminação natural de um espaço variam em função do tipo de construção, uma residência, um escritório ou uma fábrica, cada um têm o seu nível de iluminação ideal. Desde as primeiras cavernas, a luz do dia nos apresenta as diferenças entre o dia e a noite, e com a sofisticação das habitações tornou-se necessário criar aberturas ou janelas que permitissem a entrada da luz. A janela pode ser considerada uma característica de grande importância na arquitetura de um edifício, permitindo distribuir a iluminação pelo espaço interno e influenciando a forma e a relação do edifício com o exterior. (Phillips, Derek, 2004). Humidade - traduz a percentagem de água presente no ar. Este valor é influenciado pela variação do clima, em climas secos o aumento da humidade influencia a sensação de bem-estar pelo resfriamento por evaporação, porem em climas húmidos este aumento terá um efeito contrário, dificultando a evaporação do suor e aumentando a sensação térmica. Vento - a ventilação proporciona a renovação do ar do ambiente, sendo de grande importância para o conforto térmico em regiões de clima temperado, quente e húmido. O vento é geralmente 24/108

25 uma vantagem no Verão visto que permite arrefecer a atmosfera, mas é uma desvantagem no Inverno visto ser um dos fatores que contribui para o arrefecimento dos edifícios por convecção. A ventilação natural é o deslocamento do ar através das aberturas do edifício, dependendo da diferença de pressão do ar interno e externo, da resistência ao fluxo oferecida pelas aberturas, pelas obstruções internas e implicações relativas a forma do edifício. (Frota e Schiffer 2001). Água - em pequena ou em larga escala as massas de água têm uma grande influência sobre o microclima de um local visto que regulam as flutuações de temperatura agindo como tampões térmicos. De facto, o uso de dispositivos de pulverização (fontes e jatos de água) permite um arrefecimento da zona circundante, diminuindo a temperatura de alguns graus. Vegetação - A vegetação é muito útil no arrefecimento dos edifícios através da evapotranspiração e do sombreamento das fachadas. Colocar estrategicamente árvores de folha caduca para protegerem as fachadas no Verão e permitirem o seu aquecimento no Inverno ou grandes parques verdes, são excelentes estratégias de climatização do meio. Temperatura - A temperatura é um dos elementos fundamentais no estudo do conforto térmico e para estudar o comportamento térmico de uma construção, deve-se conhecer os três modos de transmissão de calor: Condução: troca de calor entre dois corpos em contacto que estejam a temperaturas diferentes. Cada material tem o seu coeficiente de condução de calor indicando se o material é um bom condutor térmico, ou um bom isolante. Convecção: o calor absorvido pelo material é transmitido para o meio que o rodeia (ar ou água). 25/108

26 Radiação: mecanismo de troca de calor entre dois corpos que guardam entre si uma distância qualquer através de sua capacidade de emitir e de absorver energia térmica. Massa térmica - a massa térmica é responsável pelo atraso entre o fornecimento de calor e o aumento da temperatura no interior do edifício. Generalizando, os materiais de construção com massas elevadas evitam a entrada excessiva de calor preservando a temperatura fresca durante o dia e libertando o calor apenas à noite, altura em que se pode utilizar a ventilação noturna para dissipar este calor. (Mendes e Monteiro, 2009). A Arquitetura tem como uma das suas funções oferecer condições térmicas compatíveis ao conforto humano no interior dos edifícios, sejam quais forem as condições climáticas externas, e para isso deve-se ter em consideração as características dos materiais adotados. Ao analisarmos as trocas de calor entre o interior e o exterior do edifício, os elementos da edificação, podem ser classificados como: Figura 2.7 Paredes Transparentes ou translúcidos as trocas de calor estão sujeitas ao tipo de vidro e a presença de elementos de sombreamento. (Frota e Schiffer 2001). Figura 2.8 Paredes opacas as trocas de calor estão sujeita a Massa Térmica e a Inércia Térmica do elemento. (Frota e Schiffer 2001). Inércia Térmica - quando a radiação solar atinge a superfície da parede, aumenta a sua temperatura com um certo atraso e amortecimento, se a temperatura interna sobe lentamente é dito que o corpo tem uma grande inércia térmica, enquanto se a temperatura subir rapidamente 26/108

27 diz-se que o corpo tem baixa inércia térmica. À inércia térmica é então a capacidade de um elemento resistir a elevação ou diminuição de uma unidade de temperatura, a sua unidade de massa, ou seja, um material apresenta maior ou menor inércia térmica segundo seu peso e sua espessura 6. Mas os revestimentos desempenham um importante papel, pois reduzem as trocas de calor com a parede aumentando sua inércia. Este conceito é muito importante no conforto da construção, pois uma baixa inércia térmica leva a um rápido aquecimento durante o dia mas também um rápido arrefecimento durante à noite. Deste modo há então dois componentes que importam referir: o atraso (da temperatura interior em relação à temperatura exterior) e o amortecimento (os picos de temperatura interior são amenizados), podendo ainda ser explorados a diferentes níveis, nomeadamente em associação com um correto isolamento térmico e ventilação. (Frota e Schiffer 2001). Isolamento - deve ser considerado tanto a nível das superfícies opacas, como a nível das áreas envidraçadas, visto ser esse um dos principais pontos de absorção e perda de calor, tanto no Verão como no Inverno. Esta razão faz do isolamento uma característica essencial na prevenção da transferência de calor por condução entre o interior e o exterior do edifício. Efeito de Estufa - é o fenómeno pela qual a radiação entra num espaço e fica retido, aquecendo assim esse espaço. Locais fechados por vidros são particularmente sujeitos a este fenómeno, pois o vidro é transparente para a radiação luminosa, deixando entrar os raios solares no compartimento, mas é opaco a radiação térmica (com maior comprimento de onda), retendo 6 A tabela do Anexo 2 apresenta valores de calor específico de diversos materiais de construção. 27/108

28 assim no interior os ganhos térmicos solares, aumentando a temperatura interna. Este tipo de efeito é muito útil nas estações frias visto permitir armazenar calor. (Mendes e Monteiro, 2009). Proteção solar - o sombreamento é uma estratégia muito eficaz na redução do calor solar e do brilho, e na garantia de privacidade aos utentes. Em regiões quentes, um edifício bem sombreado pode ser entre 4ºC a 12ºC mais fresco do que um sem sombra. Este efeito pode ser conseguido através do uso de dispositivos de sombreamento externos ou internos, fixos ou móveis. (Lopes, Leão et al. 2012). Existem diferentes formas de proteção solar, cada um tem suas próprias características, vantagens e desvantagens. Antes da sua aplicação deve-se analisar as várias opções disponíveis, pois nenhum deles conseguiu uma aplicação universal, mas cada um tem um uso específico, desde as mais simples, admitindo os níveis mais elevados de luz, até as mais complexas, adaptadas ao controlo de luz e calor desejado ou mesmo exclui-lo totalmente. Localização, forma e orientação - estes são as primeiras opções a considerar para proporcionar um maior conforto na habitação, pois têm um grande impacto na redução ou aumento das cargas de aquecimento, arrefecimento e iluminação às quais o edifício está sujeito. A avaliação cuidadosa do local permite tirar o maior proveito das potencialidades do terreno, geralmente, a escolha do terreno é anterior a designação do arquiteto, fazendo com que este raramente tenha o poder de decidir sobre a localização do projeto na malha urbana. Assim sendo cabe ao arquiteto determinar a melhor orientação do edifício no terreno, bem como a forma que melhor se adapta ao microclima local. (G.Z. Brown e Mark Dekay, 2004). 28/108

29 2.4 Estratégia solar ativa Impulsionado pela crise mundial de energia e a dependência dos combustíveis fósseis, a exploração das energias renováveis apresenta-se como uma possível solução a este problema. Da variedade de fontes de energia renovável, a Arquitetura Solar Ativa, lida com a produção de energia térmica e elétrica, através de painéis solares e outros dispositivos de recolha, transformação e armazenamento da energia solar. A radiação solar é captada e transformada para gerar calor ou eletricidade. A energia solar térmica apresenta uma significativa poupança de energia no aquecimento de água da habitação. Quanto a energia solar elétrica ou fotovoltaica a ausência de partes móveis e a não produção de cheiros ou ruídos, complementado pela baixa necessidade de manutenção e elevado tempo de vida, faz com que esta seja uma das mais promissoras fontes de energia renovável 7 a serem exploradas. A Arquitetura Solar Ativa é ainda pouco explorada em função do custo inicial de implantação dos sistemas de transformação, face ao período de retorno, mas trata-se de uma fonte limpa que não gera poluição nem impactos ambientais e com baixo custo de manutenção. Possibilita ainda uma fácil aplicação em locais isolados, funcionando de modo autónomo ou diretamente ligada a rede elétrica. Para o dimensionamento de um sistema solar ativo de produção de energia é necessário conhecer as necessidades de arrefecimento ou aquecimento do edifício, bem como a necessidade de iluminação. (CRESESB, 2006). 7 As restantes fontes de energia renovável podem ser consultados no Anexo 3. 29/108

30 Capitulo 3: Arquitetura Solar Passiva 30/108

31 3.1 Contexto climático Muitas vezes a vontade de construir a casa dos sonhos leva a que esta seja construída sem considerar a região de inserção, caindo muitas vezes no erro de não se adaptar ao clima. Sabendo que a região onde vamos construir e a forma da casa são aspetos muito importantes. No contexto cabo-verdiano é possível atingir o conforto desejado através da aplicação das estratégias solares passivas, ao mesmo tempo que reduz o consumo energético. Localização O Arquipélago de Cabo Verde (Figura 3.1) situa-se no Oceano Atlântico a 500km da costa africana, entre o Equador e o Trópico de Câncer, sendo limitado pelos paralelos 17º12 e 14º28 de Latitude Norte e 22º44 e 25º22 de Longitude Oeste de Greenwich. Com uma área total de km², o Arquipélago de Cabo Verde é constituído por 10 ilhas e 8 ilhéus, sendo 6 ilhas ao Norte: Santo Antão, Figura 3.1 Arquipélago de Cabo Verde. (Martifer, 2011). São Vicente, Santa Luzia (desabitada), São Nicolau, Sal, Boavista, que constituem o grupo de Barlavento e 4 ilhas ao Sul: Maio, Santiago, Fogo e Brava, constituindo o grupo Sotavento. (Lopes, Leão 2011). Clima De influência marítima, com temperaturas elevadas durante todo o ano, Cabo Verde possui um clima tropical seco com zonas temperadas nas regiões de altitude e sofre influência de três tipos de ventos. Do Nordeste, os ventos alísios frescos e húmidos, de Novembro a Julho, os ventos 31/108

32 quentes e húmidos do Sudoeste de Julho a Outubro, e em certas épocas, principalmente em Janeiro e fevereiro, sofrem influência de um vento do Leste, muito quente e muito seco proveniente do Sahara, o Harmatão. Existem duas estações durante o ano: a estação seca e a estação das chuvas, com precipitações irregulares e as vezes excessivas. O sol é o elemento dominante, fazendo-se sentir durante todo o ano com longos períodos de exposição solar. O céu apresenta-se limpo em quase todo o território, ou seja a cobertura das nuvens é pontual e pouco frequente (Figura 3.2). A temperatura anual varia entre 17 C e 33 C, e as amplitudes térmicas diurnas são maiores do que as anuais, sendo mais acentuada nas zonas montanhosas, onde se regista uma queda maior da temperatura. (Lopes, Leão et al. 2012). Radiação Global Anual Figura 3.2 Ilha de São Vicente (Martifer, 2011). Nebulosidade Anual Arquitetura O traçado arquitetónico das cidades do arquipélago são essencialmente heranças do traçado das cidades portuguesas, onde se destaca dois tipos: um relativamente irregular e adaptada à topografia e um outro mais regular e rígidos com um traçado ortogonal. Na adaptação da arquitetura proveniente das terras continentais em Cabo Verde, a escassez de pedras de cantaria, de madeiras e telhas, constituiram graves problemas de construção nos primeiros séculos. As construções populares à base de terra (taipas, adobe ou tijolo de barro cozido), dominadas tanto 32/108

33 pelos Portugueses como pelos Africanos, não se enraizaram em Cabo Verde, sendo necessário a importação de maioria dos materiais para a construção. Devido a crescente necessidade de habitações, recorreu-se ao uso de materiais locais para resolver este problema. As pedras vulcânicas eram os únicos materiais de construção que existia em abundância, pelo que os blocos de basalto começam a ser utilizados como principal material na confeção de paredes (com aproximadamente 40 cm de espessura), sendo a utilização da palha, sobretudo, palha de cana-sacarina e folhas de Carrapato, como materiais de construção limitadas às coberturas. O tijolo de barro, muito raro e sempre importado, só foi utilizado em locais de destaque de edifícios públicos e nas casas de homens de posse, sobrados ou casas de piso térreo com logradouro, sendo a cobertura geralmente de telha cerâmica de barro ou de madeira também importados. As habitações tradicionais apresentavam dimensões variáveis de 7x3m ou 9x4m e eram divididas em três espaços distintos: o quarto, a sala comum, e o pátio exterior, onde também funcionava as áreas de serviço (instalações sanitárias e cozinha). A cobertura é usualmente inclinada (de duas ou quatro águas), as portas e as janelas têm dimensões que rondam, respetivamente, os 2x0,7m e 1x0,6m e são ambas construídas com lintéis de madeira. Casa tradicional na Cidade velha Moradia na Cidadela, Cidade da Praia Prédios de comércio ou escritórios Figura 3.3 Tipologia das construções em Santiago. Fonte: autor Nos edifícios contemporâneos, predomina o uso do betão armado nos elementos estruturais e paredes de blocos de cimento em substituição da pedra, com acabamentos em pinturas, 33/108

34 mosaicos ou azulejos, entre outros. Nas coberturas predomina a utilização da laje maciça em betão armado e/ou telha (cerâmicas ou fibrocimento). Essas mudanças tiveram reflexos na arquitetura popular de Cabo Verde, e o uso do betão nos elementos estruturais permitiu a extensão das casas e o aumento do número de pisos. Na Cidade da Praia é muito comum as moradias do tipo duplex ou prédios onde geralmente o piso térreo é destinado ao comércio ou escritórios, e nos centros urbanos vai surgindo aos poucos prédios de comércio ou escritórios com mais de cinco pisos. (Inocêncio, Débora, 2012). 3.2 Adaptação ao clima (Localização, Forma e Orientação) As características climáticas se alteram para os distintos locais do Planeta Terra em função da distribuição de terras e mares, latitude e altitude. E para a implantação de uma habitação devem ser previamente analisadas algumas questões associadas a localização, a forma e a orientação do edifício. (Frota e Schiffer 2001). A seleção do lugar para a implantação do edifício é a primeira medida a considerar para a otimização da exposição ao trajeto solar e a direção dos ventos. No hemisfério Norte é recomendado que o edifício tenha amplos vãos orientados a Sul para otimizar os ganhos solares durante a estação fria, tendo no entanto sombreamentos programados para o Verão. Já no hemisfério Sul acontece o oposto, sendo a melhor orientação dos vãos a norte, de modo a tirar o maior proveito das zonas sombreadas. (Lanham, Gama e Braz, 2004). Em Cabo verde, apesar de situado no hemisfério Norte, acontece o oposto, pois a melhor orientação para reduzir os ganhos solares será a Norte, com uma inclinação de 20º (N-E), uma vez que restringe a área de exposição das fachadas que recebem sol de ângulo baixo (nascente e poente). Assim sendo a orientação a Sul deve ser evitada pela forte incidência dos raios solares 34/108

35 e consequentemente um excessivo aquecimentos das fachadas. Caso esta orientação esteja fora do controle do projetista, a forma da construção ditará o nível de conforto da habitação. Em geral, uma forma compacta terá uma superfície de exposição pequena, o que oferece vantagens para o controlo de trocas de calor com a envolvente do edifício, pois as perdas e ganhos térmicos por condução e convecção através da pele do edifício são maiores nas formas mais alongadas, representando uma desvantagem em climas quentes. Tradicionalmente as construções cabo-verdianas, adotam a forma básica retangular, que sofrera posteriores cortes para a introdução de pátios, varandas ou terraços, ou ainda adquirindo outras formas de modo a se adaptar às pré-existências locais. A orientação dos espaços internos da habitação é feita de forma a garantir que todos os cómodos tenham sempre ventilação e iluminação direta para o exterior ou para um pátio ou quintal com espaços verdes, mas não sendo possível, deve-se privilegiar os espaços de maior permanência, de acordo com as vivências dos moradores na habitação. Os quartos devem ser orientados a nascente de modo a que recebam sol logo ao amanhecer, e se mantenham frescos o resto do dia. O espaço da cozinha deve ser o mais fresco da habitação, por isso não devem estar exposta a radiação direta, os restantes espaços devem ser compensados com estratégias adequadas de controlo de ganhos solares, como paredes espessas ou duplas, ou ainda adotando elementos de sombreamento. (Lopes, Leão et al. 2012). O arquipélago de Cabo Verde é de origem vulcânica, nesse sentido apresenta um relevo bastante diversificado, tendo cada ilha a sua própria especificidade. Nas ilhas rasas, predominam formas aplanadas e pequenas elevações, e nas ilhas montanhosas predominam amplas superfícies planálticas (achadas), vales e picos. Considerando o clima de Cabo Verde, o tipo de construção 35/108

36 seria mais ou menos idênticos nas diferentes regiões, nesse sentido serão apresentados algumas variações ao se construir no litoral, nos vales e encostas, e nas áreas planas. (Inocêncio, Débora, 2012). Litoral Espaços próximos a oceanos e a grandes lagos apresentam menor variação de temperaturas diárias e anuais e as temperaturas máximas de verão são sempre mais baixas. Em climas quentes e secos, a evaporação da água pode amenizar a temperatura do ar, mas Figura 3.4 Construções Litorâneas (Lanham, Gama e Braz, 2004). aumenta a humidade, o que pode não significar necessariamente um desconforto. É sim, importante garantir uma ventilação adequada para remover a excessiva humidade, através do aproveitamento das brisas do mar. É também aconselhável que a fachada principal seja protegida dos ventos fortes em praias expostas e contra a areia. Ainda é importante proteger as fachadas expostas por alpendres ou por jardins em sacadas, para diminuir o impacto do reflexo do sol sobre mar no interior das habitações (Figura 3.4). (G.Z. Brown e Mark Dekay, 2004). Vales e Encostas Nas regiões montanhosas, as habitações devem ser implantadas nas zonas medianas da montanha, abaixo do cume e acima do leito das ribeiras (Figura 3.5), onde circula mais ar, devendo ser orientada para o lado da encosta que beneficia de mais horas de sombra Figura 3.5 Habitações nas encostas (Leão Lopes et al. 2012). proporcionada pelo cume nas horas de maior incidência e arejamento pelos ventos dominantes. (Lopes, Leão et al. 2012). 36/108

37 Quando o terreno apresenta diferentes níveis (Figura 3.6), deve-se evitar construir como se ele fosse plano. Ao fazer mudanças no terreno sempre que possível, dever-se evitar criar aterros e desaterros, e em situações em que o declive é muito acentuado é recomendado a construção em vários níveis ou formas semienterradas, abrigada no vale. Deste modo tira-se o maior proveito da inércia proporcionada pelo solo, retardando a penetração do Figura 3.6 Construções escalonadas ou semienterradas permitem criar coberturas verdes de proteção ou terraços de ventilação. Fonte: Lischer Partner Architekten Planer, calor do dia e do frio da noite. (Lopes, Leão 2011). Declividades mais acentuadas geralmente recebem mais sol do que as áreas planas, portanto deve-se privilegiar a orientação a Norte e a Este, pois as habitações beneficiam com mais sol pela manha e sombra proporcionada pelo cume a tarde. Também criam encostas húmidas a barlavento, o ar frio, mais denso, desce pelas encostas formando uma camada de ar frio junto ao solo, favorecendo o arejamento das construções. (G.Z. Brown e Mark Dekay, 2004). Áreas planas Em áreas planas onde não existem montanhas que possam proporcionar zonas sombreadas, nem grandes corpos de água para amenizar a temperatura local, a orientação e o traçado das ruas têm efeito significativo sobre o microclima ao redor das edificações. Ruas largas na direção dos ventos dominantes promovem uma melhor ventilação através da cidade, podendo ainda adotar parques e cinturões verdes para amenizar a temperatura urbana. Por outro lado, ruas estreitas com edifícios altos, orientadas na direção Norte-Sul, em que a 37/108

38 razão entre a altura da edificação e a largura da rua (H/L) for de 4/1 ou superior, garantem que pelo menos um dos lados tenha sempre sombra. Quando o sol está alto, por volta do meio-dia este efeito é reduzido, e elementos sombreamento e vegetais podem compensar a falta de sombra, amenizando as condições climáticas (Figura 3.8). A fachada principal dos edifícios devem ser orientados a Norte com uma rotação de até 20º (N-E), pois a medida que aumenta a rotação em relação aos pontos cardeais, as edificações tendem a projetar menos sombra, umas sobre as outras e precisarão de mais elementos de proteção solar (Figura 3.7). (G.Z. Brown e Mark Dekay, 2004). Figura 3.7 Construções em banda com pátios internos proporcionam um sombreamento conjunto e a ruas na direção dos ventos dominantes facilita a ventilação. (Leão Lopes, 2001). Figura 3.8 Ruas estreitas na direção Norte Sul - garantem que pelo menos um dos lados tenha sempre sombra. O uso da vegetação, elementos de sombreamento ou galerias de circulação garantes zonas de sombra quando o sol está alto. (Prinz, Dieter, 1980). Nas zonas rurais onde geralmente o terreno é mais disponível existe uma maior margem de decisão em relação a orientação dos edifícios, muito embora nem sempre seja escolhida a melhor orientação. Situação diferente se enfrenta na cidade, que excetuando os casos em que se dispões de um lote relativamente grande que permita orientar o edifício da melhor maneira, a orientação dos mesmos já se encontra pré-definida no plano a intervir, deste modo resta ao arquiteto tirar o melhor proveito da distribuição interna, materiais e aplicação das técnicas passivas. (Lopes, Leão 2011). 38/108

39 Na construção das habitações em áreas planas, deve-se tirar o maior proveito da massa térmica dos materiais, construindo as paredes exteriores grossas. Ainda podemos complementar estas medidas com técnicas de dissipação do calor, maximizando as perdas de calor do edifício através da ventilação natural pelo uso de pátios ou átrios internos. É recomendado o uso de janelas pequenas, de modo a evitar a excessiva radiação solar e as posteriores reflecções por parte das superfícies e edifícios vizinhos, porem com a devida proteção é possível implementar grandes vãos nas habitações Cabo-verdianas. (Lopes, Leão et al. 2012). No clima de Cabo Verde onde existe muita poeira a nível do solo pode-se utilizar diferentes formas na cobertura para facilitar a ventilação e a iluminação. A cobertura poderá estar em diferentes níveis criando aberturas ou com isolantes, como a coberta verde ou a cobertura em gravilhas. Uma outra opção seria desligar totalmente o edifício do terreno (Figura 3.9), permitindo a circulação da brisa fresca ao redor do edifício e junto ao solo e consequente melhorando a ventilação do edifício. (Lemgen, Johan, 2004). A orientação correta dos espaços da habitação, em função do percurso do sol e do vento, é o ponto de partida para se alcançar o nível de conforto desejado. Os alçados orientados a Poente ou a Sul, devem ser protegidas com elementos arquitetónicos e vegetais, pátios e jardins de inverno (Figura: 3.10). (Lopes, Leão et al. 2012). Figura 3.9 Edifício desligado do terreno (Prinz, Dieter, 1980). Figura 3.10 Pátios com elementos vegetais ou mistos (Prinz, Dieter, 1980). 39/108

40 3.3 Ganho Solar O sol nos fornece diariamente grandes quantidades de energia em forma de luz e calor que podem ser captadas de forma direta e indireta. Na arquitetura Solar Passiva os edifícios são concebidos de forma a desempenhar uma função de recolha, armazenamento e distribuição da energia solar. Todo este processo é dinâmico, dependendo do clima, do tipo e da localização dos elementos captadores, bem como dos materiais utilizados. (Lopes, Leão 2011). A camada exposta do edifício aumenta à medida que formas compactas são alongadas, aumentando as perdas e os ganhos solares por condução e convecção. Os ganhos solares de um edifício podem ser divididos em ganhos solares diretos, recebidos pelos vão e ganhos solares indiretos recebidos pelos matérias ou pelos espaços adjacentes. (Green Vitruvius, 2001). Ganho Solar Direto - A radiação solar direta constitui a maioria das cargas térmicas a que o edifício está sujeito, e o ganho direto é a forma mais simples e o mais vulgarmente utilizado para a captação dessa radiação, sendo armazenada nas massas do edifício. A orientação e o dimensionamento dos vãos determinam em grande medida a penetração da radiação solar no edifício, já que oferecem muito pouca resistência a transferência dos raios solares. O ganho direto pode ser feita através de aberturas laterais nas paredes ou aberturas zenitais na cobertura. (Teixeira, Artur Pedro, 1984). Ganho Solar Indireto - É a transferência de calor solar acumulado no espaço exterior para o espaço interno por condução ou convecção. Existem três tipos básicos deste sistema: parede térmica, coberturas térmica e espaços adjacentes. (G.Z. Brown e Mark Dekay, 2004). 40/108

41 3.3.1 Iluminação Natural A Iluminação Natural é a entrada da luz natural no edifico através dos vãos e aberturas laterais, zenitais ou ainda de forma indireta. O projeto arquitetónico deve sempre ter em conta o aspeto mais importante da luz natural, que é a sua capacidade de transformação desde a primeira luz do dia até ao cair da noite, associada as mudanças climáticas de dias ensolarados, nublados ou chuvosos. Uma boa iluminação natural do edifício é essencial ao conforto de seus ocupantes, nesse sentido, o arranjo das aberturas deve priorizar as áreas onde se desempenhem tarefas com maior exigência visual e remetendo para as zonas mais interiores áreas de ocupação pouco prolongada. (Phillips, Derek, 2004). Iluminação lateral As janelas laterais são um dos elementos mais importantes a ter em consideração num projeto solar, pois são as maiores fontes de perdas e ganhos solares, e podem ser divididas em dois tipos: janelas laterais verticais e janelas laterais horizontais. Para um clima quente, com grande incidência solar como o de Cabo Verde, deve-se adotar janelas pequenas, pois deixam entrar luz suficiente e proporcionam proteção contra radiação solar, também previnem a entrada da poeira e dos ganhos de calor por condução, quando a temperatura externa é superior á temperatura interna. O uso de grandes vãos só são recomendado quando abertas para um pátio ou quintal, por estarem protegidas da radiação solar. (Lopes, Leão et al. 2012). Janelas laterais verticais - As janelas verticais proporcionam uma maior e melhor distribuição da luz natural numa sala profunda, mas estas devem ter uma altura considerável, pois a iluminação natural no interior de um edifício só é significativa até uma distância de duas vezes 41/108

42 a altura do envidraçado. Deste modo, edifícios pouco profundos favorecem uma iluminação mais uniforme. Janelas laterais horizontais - é a mais popular em Cabo Verde e desde de que ela seja colocada no alto da parede, a luz irá penetrar bem no espaço, porem os peitoris envidraçados abaixo do plano de trabalho não contribuem para uma boa iluminação, sendo recomendados para espaços com pouca necessidade de luz ou onde se queira criar um determinado efeito luminoso. (Phillips, Derek, 2004). A altura das janelas é determinada pela atividade que se vai desenvolver no espaço (Figura 3.11), pois janelas altas asseguram uma boa penetração da luz natural até ao fundo da sala, enquanto as janelas baixas oferecem uma melhor vista. Por vezes a janela poderá ser repartida para satisfazer Sala de jantar Cozinha Sala de Estar Quarto essas duas necessidades, dispondo uma janela mais a baixo para valorizar a vista e Casa de banho Garagem Figura 3.11 Alturas das janelas de acordo com a atividade desempenhada no espaço. (Leão Lopes, 2001). uma mais a cima para proporcionar uma iluminação natural. (Lopes, Leão 2011). Iluminação zenital Desenvolvida para introduzir a iluminação natural em interiores profundos ou sem janelas laterais, a iluminação zenital é aquela onde a luz natural penetra no ambiente através de aberturas na cobertura de uma edificação. Esta é uma das formas de iluminação natural que oferece maior distribuição e uniformidade da luz no ambiente interno, dependendo da forma, 42/108

43 da orientação e da dimensão da entrada de luz. A iluminação zenital apresenta também uma maior necessidade e dificuldade de manutenção, e para se conseguir um resultado eficiente em climas quentes estes dispositivos devem ser utilizados em conjunto com elementos de sombreamento para evitar ganhos solares excessivos e o aumento da temperatura do ambiente interno. (Fonte: Dentre as tipologias zenitais temos: Claraboias - pode ser definida como uma abertura envidraçada no teto, que permite a entrada da luz do dia e protege o interior do vento e da chuva. Inicialmente foram confundidas com cúpulas, mas o desenvolvimento das técnicas estruturais permitiram construir claraboias totalmente envidraçadas em áreas afastadas das paredes laterais e de elementos estruturais. (Phillips, Derek, 2004). Lanternins - a semelhança da claraboia, é uma abertura na cobertura que permite a penetração da luz solar e da ventilação no edifício (Figura 3.12), diferenciando-se pelo tamanho e pela facilidade de manutenção. No caso de lanternins, a utilização de planos inclinados em função da latitude permite redirecionar a iluminação em grandes áreas cobertas para otimizar ou diminuir os ganhos solares. A sua principal desvantagem é que apenas pode ser utilizado eficazmente em edifícios com poucos pisos, ou no último piso dos edifícios altos. (Mendes e Monteiro, 2009). Figura 3.12 Corredor iluminado por lanternins (Grosfeld van der Velde, 2013). 43/108

44 Iluminação Indireta Refletores - muito utilizado em museus e igrejas para iluminar de forma indireta as obras em destaque ou realçar ornamentos, através de janelas escondidas da vista que permitem projetar a luz para o interior. Estes dispositivos são desenhados de modo a refletir a luz para o teto, para o fundo da sala ou iluminar um objeto específico, enquanto reduzem os níveis de iluminação excessivamente elevados junto as janelas. Alguns destes sistemas são projetados não só para aumentar os níveis gerais de iluminação no fundo, mas também para sombrear a parte frente da sala, os sistemas mais utilizados são: Tubos de luz - baseia-se no redireccionamento da luz solar através de tubos refletores que conduzem a luz natural da cobertura até ao ambiente interno a ser iluminado (Figura 3.13), que de outra forma poderiam não receber nenhuma luz do dia. Embora possa ser utilizado para dirigir a luz por vários andares ou ainda ser associado com sistemas de ventilação e fontes de luz artificial, tem a desvantagem de ocupar um espaço útil nos andares superiores. (Phillips, Derek, 2004). Figura 3.13 Tubos de luz - fornecem luz a espaços sem iluminação natural. (Phillips, Derek, 2004). Espelhos e persianas espelhadas - a interação da luz com uma superfície espelhada pode ser utilizada para projeção da luz nos recantos escuros ou direcionando a luz para cima de modo a ser refratada pelo teto para eliminar o brilho e garantir uma iluminação mais uniforme. Superfícies espelhadas no lumiduto permitem iluminar espaços profundos sem iluminação direta (Figura 3.14). Figura 3.14 Persianas espelhadas e lumiduto. (Green Vitruvius, 2001). 44/108

45 Prateleiras de luz - as prateleiras de Luz são relativamente económicas de instalar e estão menos sujeitas a danos em comparação com os espelhos e as persianas (Figura 3.15). As prateleiras de luz não aumentam os níveis de luz num compartimento, mas auxiliam na distribuição uniforme da luz no espaço, podendo ainda ser utilizado como elemento de Figura 3.15 Prateleiras de luz. (Leão Lopes, 2001). proteção solar Espaços adjacentes Para alcançar o conforto no interior da habitação é preciso um estudo cuidadoso da iluminação e da ventilação natural, pois queremos luz dentro de casa, mas com menos calor possível. Os espaços adjacentes são espaços de ganho direto, separadas do espaço interno por uma parede opaca ou transparente, permitem captar a luz natural e o ar fresco de forma indireta para o interior do edifico. Deste sistema fazem parte os pátios e os átrios. (Lopes, Leão 2011). Pátios Num Pátio interno, a ventilação depende principalmente da proporção entre a altura da edificação e a largura do pátio. Portanto, pátios bem ventilados devem ser baixos, largos e permeáveis, enquanto pátios pouco ensolarados devem ser fechados e ter a altura suficiente para barrar o sol. (G.Z. Brown e Mark Dekay, 2004). Pátios altos e estreitos são adequados para climas quentes e secos, proporcionando proteção contra o sol de ângulo baixo e contra a poeira junto ao solo (Figura 3.16). Durante o dia o pátio permanece fresco e menos ensolarado do que as áreas externas expostas, permitindo maiores 45/108

46 aberturas nos vãos voltados para ele. Ao meio-dia, o pátio estará totalmente ensolarado a menos que seja previsto um sistema de proteção solar, tais como pérgulas, coberturas vegetais ou galerias de sombreamento. O uso de um conjunto de Pátios internos permitem criar um maior fluxo de ar na edificação. Através do uso de pátios ensolarados e pátios sombreados é possível induzir a circulação do Figura 3.16 Pátio interno. (BE Architecture, 2013). ar de um pátio para o outro pelo efeito chaminé. (G.Z. Brown e Mark Dekay, 2004). Átrios Muito utilizado como estratégia de iluminação em edifícios com vários pisos, trata-se de um espaço central aberto na cobertura, geralmente fechado em dois ou mais lados pelas paredes do edifício e coberto por um material transparente ou translúcido para reduzir a incidência solar e proteger da chuva e do vento (Figura 3.17). A capacidade de ventilação e iluminação do átrio depende da relação entre a altura e a largura, pois, os átrios largos apresentam um melhor desempenho em termos de iluminação natural, podendo ainda retroceder os pisos mais elevados a fim de otimizar a iluminação nos níveis inferiores. Porem em climas quentes é preferível o uso de átrios altos e estreitos de modo a reduzir a luz e o calor no nos espaços internos. (Phillips, Derek, 2004). Figura 3.17 Átrio Comercial (Christensen & Co Architects, 2013). 46/108

47 Em edifícios comerciais e residenciais antigas, a maior função do átrio era levar um pouco do ambiente externo para as áreas destinadas à circulação. Atualmente o átrio faz parte de uma arquitetura típica de edifício administrativo e centros comerciais, pois, apesar da sua grande eficiência luminosa, implica um custo de manutenção elevado e necessita de elementos de proteção solar. Fonte: Em climas quentes como o de Cabo Verde o topo do átrio deve estar pelo menos a 5 metros acima do espaço do último piso ocupado, e ter aberturas para ventilação, por forma a evitar acumulação de ar quente. Dependendo da orientação e detalhe da cobertura pode haver uma necessidade de alguma proteção solar. (Lopes, Leão et al. 2012) Armazenagem térmica dos materiais Paredes O desenho solar passivo utiliza elementos como paredes ou pavimentos enquanto meios passivos de armazenamento de calor para fins de aquecimento ou arrefecimento. Os materiais utlizados neste processo podem ser classificados em termos de pequena ou grande massa térmica, paredes com pouca massa térmica (metal, gesso ou madeira) apresentam uma rápida resposta térmica às variações climáticas, ocasionando grandes oscilações de temperatura no interior do edifício. Enquanto paredes com uma grande massa térmica (pedra ou betão) permitem estabilizar as temperaturas internas diurnas, pois, demoram mais tempo a aquecer, diminuindo os valores máximos da temperatura interna no verão e garantindo um ambiente interior mais fresco. (Lopes, Leão et al. 2012). 47/108

48 Para melhorar este processo é preferível aumentar a massa térmica ou utilizar paredes duplas com caixa-de-ar, dado que o aumento da espessura da parede é relativamente ineficaz. O uso de acabamentos (madeira, cerâmica ou têxtil) funciona como camada isolante e inibe a absorção de calor, aumentando assim a capacidade térmica da construção. A cor do acabamento também afetará este processo, de modo geral cores claras têm maior reflectância, o que permite uma maior reflecção dos raios solares e uma consequente diminuição da absorção de calor por parte das paredes do edifício. Na maior parte das construções consolidadas em Cabo Verde as estruturas e as divisões internas são construídas com materiais maciços de grande massa térmica, como a pedra e o betão. Por terem uma boa qualidade térmica, atrasam a resposta do edifico às variações das condições climáticas e limitam as oscilações da temperatura interior. Além da pedra e do betão as paredes de água constituída por depósitos apresentam uma boa opção para retardar a resposta do edifício ao clima. (Green Vitruvius, 2001). Piso e cobertura Em Cabo verde a cobertura pode ser plana ou com pouca inclinação, visto não ter grandes problemas de infiltração das águas das chuvas. Nas últimas décadas têm-se construído sobretudo lajes de betão armado, mas esta opção apesar das vantagens proporcionada, se utilizada sem proteção absorve o calor solar em grande quantidade, prejudicando assim o conforto das habitações. Todavia é possível baixar a temperatura da laje através de elementos isolantes como a terra vegetal, gravilhas ou água. (Lopes, Leão 2011). 48/108

49 Coberturas de água - neste sistema coloca-se sobre a laje da cobertura uma massa de água exposta à radiação solar, para absorver e armazenar radiação durante o dia, mantendo o ambiente adjacente fresco e libertá-la durante a noite sob a forma de calor, mantendo a temperatura interna agradável (Figura 3.18). A água é usualmente contida em recipientes colocados sobre a Figura 3.18 Coberturas de água (Leão Lopes, 2001). cobertura, depósitos de plástico, espelhos de água ou uma piscina são exemplos de coberturas de água. (Mendes e Monteiro, 2009). Cobertura verde - a camada de terra é um isolamento térmico muito eficaz na proteção dos ganhos solares, mas para se utilizar este tipo de cobertura deve-se isolar muito bem os elementos estruturais devido a humidade. A cobertura verde permite de modo relativamente simples e económico, regular o microclima em redor da casa, humedecendo e refrescando naturalmente o ar Figura 3.19 Cobertura verde (Leão Lopes, 2001). (Figura 3.19). (Mendes e Monteiro, 2009). 49/108

50 3.4 Controlo de ganho de Solar Ventilação natural A ventilação natural consiste no fluxo de ar entre o exterior e o interior do edifício e é originada por duas forças naturais, a diferença de pressão criada pelo vento em redor do edifício (Ventilação por ação dos ventos) e por diferença de temperatura (Ventilação por efeito chaminé). Em regiões de clima quente como Cabo Verde a ventilação necessária para fornecer ar fresco e remover o calor interno nem sempre é conseguido de forma natural, sendo que muitas vezes recorre-se a equipamentos de climatização. A ventoinha, de modo geral, não renova o ar, agitao apenas, misturando o ar quente e o ar frio que se encontra dentro do quarto ou da sala, o ar condicionado por sua vez, recicla o mesmo ar durante horas seguidas sem o renovar, o sistema de ar central funciona melhor, pois promove a renovação do ar interno, mas nenhuma dessas alternativas é mais barata, mais saudável e mais eficiente que o arejamento natural. (Lopes, Leão 2011). Ventilação por ação dos ventos - é a movimentação do ar através da força dos ventos e das brisas. Em situações urbanas, o efeito da ação dos ventos pode ser reduzida em razão da proximidade das construções vizinhas, muros ou vegetação, pois podem inverter e modificar a intensidade, a direção e o sentido das pressões do vento. Nos edifícios a ventilação por ação dos ventos depende grandemente da tipologia e da distribuição dos vãos. (Frota e Schiffer 2001). 50/108

51 Os vãos devem ser distribuídos pelas fachadas de acordo com os padrões do vento (Figura 3.20), assegurando que estes terão diferentes pressões, melhorando a distribuição do fluxo de ar no edifício. A entrada do ar deve ser feita através da sala e dos quartos e a saída pelos espaços húmidos (cozinha e instalações sanitárias) para evitar que cheiros e vapores circulem pelo interior da casa. (Lopes, Leão et al. 2012). Aberturas num nível intermedio permitem uma circulação do ar em toda a zona ocupada, porem o ar quente se acumula no teto. Aberturas verticais conseguem um melhor desempenho em termos de ventilação e iluminação natural B2 Aberturas próximas ao piso e próximas ao teto ou no teto permitem altas taxas de ventilação. Figura 3.20 Tipologia dos vãos (Lopes, Leão 2011). Ventilação por efeito chaminé - O efeito chaminé consiste na geração de uma diferença de pressão vertical (Figura 3.21), dependendo da diferença de temperatura interna e a temperatura externa, sendo sua eficácia determinada pela diferença de altura entre a abertura de entrada de ar (inferior) e a saída de ar do edifício (superior). A ventilação por efeito chaminé é apropriada para edifícios em altura e principalmente em situações em que o vento não consegue proporcionar um movimento de ar adequado: quando há baixa velocidade ou padrões imprevisível dos ventos. (Lopes, Leão et al. 2012). Figura 3.21 Chaminé Solar. (Lanham, Gama e Braz, 2004). Em climas mais quentes, o uso de chaminés solares, potencializam o desempenho da ventilação por efeito chaminé, pois o sobre aquecimento do ponto superior favorece a ascensão natural do ar quente no interior do edificio. (Phillips, Derek, 2004). 51/108

52 Este método pode também ser utilizado em conjunto com a ventilação por ação dos ventos, para reforçar o desempenho do sistema de ventilação. Ao se projetar um sistema que utilize ambos os tipos, a ventilação cruzada pode ser usada nos espaços do pavimento superior enquanto a ventilação por efeito chaminé pode ser usada nos espaços inferiores que tiverem pouco acesso aos ventos. No entanto, a simultaneidade dos processos pode resultar na soma das forças, ou pode agir em contraposição e prejudicar a ventilação dos ambientes. (G.Z. Brown e Mark Dekay, 2004). Ventilação através dos vãos - quando a temperatura exterior é superior ao interior há que prevenir os ganhos de calor pela ventilação, causados pela infiltração de ar quente no interior do edifício. Este ganho pode ser minimizado através da redução da taxa de ventilação através dos vão (Figura 3.22). As janelas e portas podem ser desenhadas de forma a permitir um maior controlo da ventilação no interior da habitação. Pode-se associar aberturas de ventilação tanto nas portas como nas janelas, dependendo da direção dos ventos, de maneira que o ar circule dentro dos quartos com maior eficiência possível. Opções de ventilação superior, inferior e total pela porta Janela com venezianas Superior e /ou Inferior ou total para ventilação Figura 3.22 Esquema de ventilação pelos vãos (Leão Lopes, 2001). 52/108

53 Ventilação através da cobertura - A ventilação cruzada constante é geralmente o mais forte mecanismo de ventilação natural, especialmente em edifícios maiores sendo possível ventilar espaços com até três vezes a altura do pé-direito. Para além de pátios e varandas, as áreas como corredores e escadas, ou elementos na cobertura como captadores, torres de vento ou cavidades na laje podem ser utilizadas para abastecer as divisões sem acesso ao vento. (Lopes, Leão et al. 2012). Figura 3.23 Ventilação pela cobertura Na primeira imagem, a abertura na cobertura, oposta a direção dos ventos permite que o ar quente interno saia para fora, sem que o calor da cobertura entre no interior. Já na segunda figura a caixa-de-ar entre a laje e a cobertura funciona como barreira a incidência direta dos raios solares sobre a laje, que em conjunto com as aberturas laterais de ventilação fazem com que a laje se mantenha fresca durante todo o dia. (Leão Lopes, 2001). Figura 3.24 Captador e Torre de vento No clima tropical seco, quanto mais elevados estiverem em relação ao solo, mais brisa receberam. No nosso país a direção da brisa fresca é quase constante, o que nos permite construir captores fixos ou torres de vento de modo a tirar o maior proveito dessas brisas. As torres de vento apresentam ainda a vantagem de funcionarem mesmo quando não há brisas, através do efeito chaminé. (Lemgen, Johan, 2004). Ventilação através do subsolo - é passível baixar a temperatura no interior da habitação através de um sistema de ventilação pelo subsolo (Figura 3.25). Para isso faz-se passar o ar debaixo do chão, por meio de tubos com cerca de 2 metros de profundidade, para que se esfrie. A captação faz-se numa área fresca, à sombra da vegetação. O tubo, é Figura 3.25 Esquema da ventilação através do subsolo (Leão Lopes, 2001). conduzido até o compartimento que se quer refrescar, tendo a saída protegida com rede mosqueteiro, e uma persiana com lâminas móveis para controlar a entrada de ar. (Lopes, Leão 2011). 53/108

54 Ventilação através de pátios e ruas - Como já visto em climas quentes é ideal que as casa mantenham um estreito distanciamento entre si para criar ruas frescas e sombreadas, garantindo que pelo menos uma das fachadas esteja sempre a sombra. Em Cabo Verde onde a vegetação é escassa, a inserção de pátios nas habitações permite criar zonas de sombra e correntes de ar fresco por toda a casa. Podemos ainda construir pátios de tamanhos diferentes de modo a que o ar no pátio maior, mais quente, suba puxando o ar fresco do pátio menor para dentro da casa (Figura 3.26), este processo pode ainda ser melhorado pela introdução de plantas ou água. (Lemgen, Johan, 2004). Figura 3.26 Ventilação através de ruas e pátios (Leão Lopes, 2001) Sombreamento O sombreamento é uma estratégia muito eficaz para reduzir a penetração da radiação solar no edifício, através de dispositivos fixos e móveis que oferecem proteção às áreas envidraçadas e também à envolvente opaca do edifício. (Lopes, Leão et al. 2012). Para projetar uma proteção solar eficiente, é preciso saber quando admitir e quando bloquear a radiação solar. Para cada latitude, a necessidade de proteção solar é determinado pelo ângulos solares nas diferentes horas do dia e do mês, sendo desejável sempre que as condições externas estiverem acima da zona de conforto. (G.Z. Brown e Mark Dekay, 2004). 54/108

55 As principais razões, para o uso de sombreamento são: 1. Reduzir o calor solar a proteção solar deve ser cuidadosamente implementada, pois, dependendo do clima e da estação será necessário barrar ou facilitar o ganho térmico do edifício. Em países quentes e ensolarados o ano inteiro é essencial implementar estratégias para impedir a penetração solar no edifício. É também importante garantir uma certa distância entre o elemento de sombreamento e a zona envidraçado, para que a radiação térmica captada não seja transmitida para o interior do edifício, evitando assim o efeito de estufa. (Lopes, Leão et al. 2012). 2. Reduzir o brilho - o brilho solar, ao contrário do calor, pode ser controlado facilmente de dentro do edifício através de elementos de proteção interna. Este desconforto visual pode resultar de uma visão direta do sol, pela reflexão de alguma fonte externa (edifícios vizinhos) ou ainda pela reflexão a partir de itens dentro do edifício. (Phillips, Derek, 2004). 3. Prestação de privacidade - este é menos importante durante o dia, quando a luz exterior excede o interior. Já durante a noite pode ser de extrema importância. Dos sistemas de proteção, pode-se optar por elementos transparentes que deixam passar a quantidade necessária de luz durante o dia, mas interrompe a visão do interior a partir do lado de fora durante a noite. (Phillips, Derek, 2004). Soluções de proteção solar Existem diferentes formas de proteção solar, cada um tem suas próprias características, vantagens e desvantagens e o arquiteto deve determinar a natureza do sombreamento necessário e os possíveis ajustes a serem feitos. As soluções de proteção solar podem ser divididas em: 55/108

56 1. Sombreamento Externo Ao escolher este tipo de sombreamento deve-se ter em atenção a aparência exterior do edifício, mas mais importante, deve-se determinar a sua viabilidade, vulnerabilidade e o custo a longo prazo do método escolhido, de acordo com as condições climáticas que serão experimentadas no local. Os sistemas fixos de sombreamento são sempre menos versátil que os sistemas móveis, já que estes permitem um fácil ajuste ao ângulo de incidência solar e consequentemente da penetração do sol no espaço. Mas são relativamente mais económicas de instalar e estão menos sujeitas a danos em comparação com os sistemas móveis. (Phillips, Derek, 2004). Os elementos externos de proteção solar podem ser horizontais, verticais ou uma combinação dos dois, chamadas de grelha, assim temos: Palas fixas e móveis Como o Sol muda de posição ao longo do dia, o elemento de proteção deverá ser maior do que a janela a ser sombreada, podendo formar um plano contínuo ou estar espaçados permitindo uma insolação e ventilação parcial. A largura e o espaçamento das lâminas determinam o tamanho da sombra projetada, e estas podem variar conforme a altura das janelas ou a altura do piso. Elementos de proteção solar horizontais são mais Figura 3.27 Lâminas verticais Moveis. (Miércoles, 2013). eficazes nas horas em que o sol esta alto no céu, no entanto de manhã e a tarde onde o sol está baixo, os sombreadores verticais (Figura 3.27) são mais eficientes. (G.Z. Brown e Mark Dekay, 2004). 56/108

57 As palas móveis verticais ou horizontais permitem ao usuário evitar o ofuscamento ocasionado pelo sol junto a janela ou mesmo tempo que redireciona a luz natural para o interior permitindo a sua distribuição uniforme pelo compartimento interno (Figura 3.28). As lâminas espaçadas além de admitir luz difusa, também permitem a circulação do ar, reduzindo Figura 3.28 Lâminas horizontais Moveis Fonte: as suas transferências térmicas para o interior. Representando um importante dispositivo para o controle da insolação, podendo ser utilizado tanto para a proteção de paredes transparentes ou translúcidas como para o caso de paredes opacas leves. (G.Z. Brown e Mark Dekay, 2004). Nas fachadas Nascente e poente, um dispositivo fixo vertical pode ser melhor que um horizontal, mas a janela nunca é completamente sombreada. As lâminas verticais são mais eficazes quando o sol esta baixo, enquanto as lâminas horizontais são mais eficientes nas horas em que o sol esta alto. As grelhas (Figura 3.29) combinam as vantagens das lâminas horizontais e verticais, oferecendo vantagens em termos de privacidade mas reduzindo contudo a vista. As grelhas são particularmente eficientes nas fachadas voltadas a sul, mas na sua conceção devem ser consideradas as necessidades de luz e ventilação natural. Figura 3.29 Tipologias de Palas em grelha. Fonte: 57/108

58 Venezianas, Persianas, Toldos e Estores. As Venezianas, persianas, toldos e estores, cortam a incidência dos raios solares antes de atravessarem o vidro. Os dispositivos externos opacos de cor clara podem refletir até 80% da radiação incidente, já os translúcidos podem refletir até 60%, mas alguns sistemas de estores podem ser uma má escolha em termos de vista, iluminação e ventilação natural. (Lopes, Leão et al. 2012). Figura 3.30 Tipologias de Venezianas ou persianas. Fonte: Os sombreadores ajustáveis evitam alguns destes problemas. Os toldos retrácteis, os estores exteriores de lâmina ajustáveis ou de enrolar, as cortinas e as venezianas podem ficar aberto a maior parte de tempo, sendo fechado somente quando a inclinação dos raios solares o exigir. Nas fachadas a leste ou a oeste, os estores de lâminas horizontais precisam de ficar praticamente fechados para bloquear a luz do sol, mas os estores de lâminas verticais podem ficar parcialmente abertos e bloquear a luz do sol, ao mesmo tempo que deixa entrar a luz refletida ou difusa. Os sistemas totalmente automatizados que reagem as variações das inclinação do sol, 58/108

59 a níveis de temperatura e/ou luz poderão ser necessários especialmente no caso dos sistemas exteriores. (Green Vitruvius, 2001). 2. Sombreamento Interno É verdade que qualquer forma de sombreamento interno é menos eficiente que o externo, no controlo do ganho solar, pois a radiação solar absorvida muitas vezes é transferida por convecção e por radiação para o interior do compartimento, e uma vez que o calor já entrou torna-se difícil de extrair. No entanto apresenta a vantagem de ser menos vulnerável e mais fácil de manter e de limpar. (Phillips, Derek, 2004). Cortinas é a forma mais comum de sombreamento interno (Figura 3.31), usado quase que universalmente em edifícios residenciais. O nível de sombreamento da cortina vária substancialmente conforme a cor, o tipo de tecido e sua transparência e desde que sejam cuidadosamente concebida, proporciona um nível Figura 3.31 Cortina. Fonte: satisfatório de proteção solar. (G.Z. Brown e Mark Dekay, 2004). 59/108

60 Toldos e Persianas - Com a vantagem de estar disponível em diferentes tipos de materiais, os toldos e as persianas oferecem soluções de baixo custo para reduzir os ganhos térmicos no verão. Pela sua ajustabilidade, permitem e bloqueiam a entrada da luz de acordo com a necessidade. A inclinação das lâminas da persiana pode ser modificada, para refletir a luz do sol para o teto ou para fora do edifício (Figura 3.32). Também podem ser incorporadas entre as placas de vidro da janela para protegê-la de danos, reduzindo assim as suas necessidades de manutenção. (G.Z. Brown e Mark Dekay, 2004). Figura 3.32 Persianas. Fonte: Os toldos (Figura 3.33) por sua vez podem ser perfuradas para possibilitar a ventilação e alguma visibilidade externa quando fechadas, podendo ainda ser motorizadas para uso em de grandes projetos. De folha única permite variar o desenho da superfície para satisfazer os requisitos individuais do prédio. (Phillips, Derek, 2004). Figura 3.33 Tipologias de toldos e estores. Fonte: Espaços Adjacentes Como já visto, em climas quentes as galerias, os pátios e os átrios podem ser muito úteis como forma de ganhos solar e sombreamento (Figura 3.34), dependendo da sua relação com o edifício e da sua conjugação com elementos vegetais. Estes espaços são exemplos de como podemos utilizar partes construídas ou edifícios como elementos fixos de sombreamento, e embora não permitam ajustes, possibilitam a circulação do ar e a entrada de luz solar. Os edifícios vizinhos 60/108

61 também podem ser utilizados como elementos de sombreamento, desde que estes estejam a uma distância razoável para projetar sombra sobre as fachadas a serem sombreadas, particularmente nos pisos inferiores. (Lopes, Leão et al. 2012). Figura 3.34 Sombreamento através de Espaços Adjacentes. Fonte: Manuel Ruisánchez arquitecto, Vidros Alternativos O Vidro tinha sido descoberto tão cedo quanto 3000 ac, no Egito, sendo utilizado em objetos decorativos. Já no período Romano foram utilizados pequenos painéis de vidro colocadas em quadros de bronze para o enchimento das aberturas ou janela. Mas foi até o século XVII que os grandes painéis de vidro foram desenvolvidos na Inglaterra, tornando possível o uso de grandes vãos de vidro. Das várias opções de vidro disponíveis, nenhum deles conseguiu uma aplicação universal, mas cada um tem um uso específico, desde as mais simples, admitindo os níveis mais elevados de luz, até as mais complexas, adaptadas ao controlo de luz e calor desejado ou mesmo exclui-lo totalmente. De modo geral a capacidade de bloquear a passagem da luz e do calor para o interior, aumenta com o aumento do número de folhas e da espessura do vidro, portanto, quanto mais espessa o vidro, menor será a transmissão da luz do dia, e maior será o controlo do calor radiante do sol. (Phillips, Derek, 2004). 61/108

62 Existem basicamente três tipos principais de vidros: 1. Vidros Simples - permitem simultaneamente uma alta transmissão da luz do dia e da radiação solar. Independentemente do número de folhas e da espessura, a cor exterior ainda será percebida como natural. (Phillips, Derek, 2004). 2. Vidros fumados - este tipo de vidro subdivide-se em duas categorias: na primeira, o vidro em si é modificada de forma a produzir diferentes características de transmissão de calor radiante. Na segunda, ele é revestido com uma fina camada de óxido metálico, que reflete o calor para fora do edifício. Esses revestimentos são aplicados na camada interior do vidro, geralmente em associação com outros painéis, numa unidade de vidro duplo selado como proteção a danos. Os vidros altamente reflexivos estão disponíveis, mas devem ser usados com cuidado para evitar o perigo de brilho para outros edifícios ou motoristas. (Phillips, Derek, 2004). 3. Vários vidros (vidro Modelado, vidro aramado, vidro laminado e blocos de vidro) Vidro modelado - diversos padrões podem ser aplicados para proporcionar folhas decorativas ou de difusão para diversos fins, mas raramente para janelas uma vez que a sua capacidade de transmissão de luz será modificado. Vidro aramado - constituído por uma malha de fios inseridos na espessura do vidro, é geralmente utilizado em situações de segurança, e às vezes como proteção em claraboias. 62/108

63 Vidro laminado - para reduzir a transmissão da luz do dia, e aumentar sua resistência ao impacto, é inserida uma folha de laminação de plástico entre duas folhas de vidro. Este tipo de vidro é muito utilizado por razões de segurança. Blocos de vidro - uma forma popular de parede em 1930, devido à natureza oca dos blocos proporciona ótimas características térmicas e por causa de sua natureza estrutural são muito utilizados para a introdução de luz do dia nos edifícios. Vidro temperado - é o vidro que passou por tratamento térmico ou químico para modificar suas características como a dureza e resistência mecânica. O vidro temperado é feito a partir do aquecimento controlado do vidro comum que então é resfriado controladamente, o que resulta num vidro de extrema rigidez mecânica. (Phillips, Derek, 2004). Vidros de alta tecnologia - da variedade de vidros que se enquadram nesta categoria, o mais avançado é a célula fotovoltaica, em que o vidro é em si projetado para gerar eletricidade a partir de radiação solar e possui excelentes características térmicas e acústicas. Três outros tipos merecem menção, muito embora sejam economicamente inviável para uso geral em edifícios. O primeiro é o vidro Fotocrómico, que escurece com o aumento da luminosidade ambiental, o vidro Termocrómico que altera suas características pela reação ao calor e o vidro Electrocrómico concebido para responder indiretamente pela aplicação de uma corrente elétrica, que altera o seu visual e a sua característica térmica. (Phillips, Derek, 2004). 63/108

64 3.4.5 Isolamento As paredes, as coberturas e outras partes opacas do edifício devem ter isolamento térmico, tanto para reduzir as perdas de calor, como para manter as superfícies internas a uma temperatura inferior a que teriam se não fossem isolados, melhorando assim os níveis de conforto. (Green Vitruvius, 2001). O isolamento poderá ser colocado no lodo exterior da parede, interior ou dentro da parede, alterando-se em conformidade as propriedades gerais do isolamento. Os padrões de ocupação, o tempo de resposta do sistema de aquecimento e os seus controlos, bem como a otimização da massa térmica do edifício irão determinar a posição mais apropriada. É de lembrar que a lei de rendimentos decrescente se aplica a especificação da espessura do isolamento, por exemplo, as poupanças conseguidas com um aumento da espessura de 4 para 6cm, são comparáveis as que se conseguem aumentando a espessura de 6cm para 12 cm. Isolamento pelo exterior - as flutuações da temperatura do ar são reduzidas mas o espaço levara mais tempo a aquecer e a arrefecer, deste modo a aplicação é mais adequada nos edifícios com aquecimento ou arrefecimento contínuo. Isolamento pelo exterior (Figura 3.35) tem a desvantagem de sujeitar as camadas de acabamento que o recobrem pelo lado de fora há grandes flutuações de temperatura que Figura 3.35 Isolamento pelo exterior (Sampaio, Dennys, 2011) originam movimentos e esforços térmicos. 64/108

65 Isolamento pelo interior - separa o espaço interior da massa térmica da parede e reduz tanto o tempo de resposta, como a energia necessária para atingir o nível de conforto desejado. A desvantagem do isolamento pelo interior (Figura 3.36) consiste em estar sujeito a problemas de detalhe, como as pontes térmica e condensações. (Green Vitruvius, 2001). Figura 3.36 Isolamento pelo interior (Sampaio, Dennys, 2011) Isolamento na caixa-de-ar - em parte da europa o Isolamento na caixa-de-ar de uma parede dupla é regra na construção. A caixa-de-ar pode estar parcial ou totalmente preenchida (Figura 3.27), dependendo dos detalhes construtivos e do clima. O Isolamento na caixa-de-ar reduz substancialmente o risco de condensação e os problemas das pontes térmicas. (Green Vitruvius, 2001). Figura 3.37 Isolamento na caixa-de-ar (Sampaio, Dennys, 2011) Vegetação Grandes áreas arborizadas podem apresentar temperaturas de 6º a 8º inferior às áreas construídas, devido a combinação da evapotranspiração, reflecção, sombreamento e armazenamento do frio, reduzindo a temperatura do ar ao mesmo tempo que aumenta a humidade. O nível de sombreamento da vegetação vária segundo a espécie e a estação do ano, bem como da sua adaptação ao clima inserido. (G.Z. Brown e Mark Dekay, 2004). 65/108

66 À disposição da vegetação junto ao edifício para proporcionar sombra é de extrema importância em Cabo Verde. Porém deve-se ter cuidado, pois, uma árvore baixa junto a janela pode funcionar como Árvores baixas obstáculo a entrada do ar, devendo optar por uma alta. Caso não seja possível, tentar manter uma certa distancia da mesma, visto que a distância entre o edifício (Figura 3.38) e as planta ou árvores influência Árvores altas a entrada de maior ou menor quantidade de brisa dentro de habitação. (Lopes, Leão 2011). Arbustos Figura 3.38 Disposição das árvores em relação ao edifício (Leão Lopes, 2001). O uso da vegetação nas fachadas dos edifícios reduz o ganho térmico da edificação de três formas: reduzindo a radiação transmitida através da vidraça, reduzindo a carga solar nas superfícies opacas e por evapotranspiração, baixando a temperatura do ar externo perto das superfícies da edificação. As folhas geralmente absorvem de 60% a 90% da luz solar incidente, a maior parte é convertida em calor local e então perdida pela planta por convecção ou é perdida por evapotranspiração. Portanto a vegetação pode apresentar um desempenho superior ao desempenho dos elementos fixos de proteção. (G.Z. Brown e Mark Dekay, 2004). Ao contrário de sombreadores fixos, nas regiões quentes como Cabo Verde é preferível a utilização de árvores de folha perene ou trepadeiras (Figura 3.39), de modo a proporcionar sombra ao longo de todo o ano, ao mesmo tempo que permitem uma boa ventilação devido ao espaço entre as folhas. (Lopes, Leão et al. 2012). 66/108

67 Figura 3.39 Fachadas protegidas por trepadeiras. Fonte: Hideo Kumaki Architect Office Os jardins e outros espaços verdes proporcionam descontração visual e física em relação ao confinamento dentro do edifício (Figura 3.40). Na criação destes espaços é preferível o uso da vegetação natural indígena, pois pode reduzir muitíssimo as necessidades de manutenção. Com a introdução de novas espécies, a vegetação existente deve ser protegida, com o objetivo de criar um microclima desejável. (Green Vitruvius, 2001). Figura 3.40 Fachadas Verde. Fonte: Green House 67/108

68 Capitulo 4: Aplicação da Arquitetura Solar Ativa 68/108

69 3.1 Arquitetura Solar Ativa A Arquitetura solar Ativa é a designação dada a todo tipo de captação de energia térmica e luminosa proveniente do sol, para posterior transformação em energia elétrica ou utilizada diretamente para aquecimento de água para uso domestico. Uma desvantagem deste sistema é a variação na quantidade de energia produzida devido a situação atmosférica (exposição solar e nebulosidade), e o facto de não existir produção alguma durante a noite, exigindo meios de armazenamento da energia produzida durante o dia. A energia solar apresenta a vantagem de não ser poluente durante a transformação da energia solar em energia elétrica, embora não aconteça o mesmo durante a sua fabricação dos Painéis Fotovoltaicos e Térmicos, mas é totalmente controlável com a tecnologia atual, sendo reduzido ao mínimo. Uma outra vantagem é a autonomia deste sistema, permitindo a sua instalação em lugares remotos ou de difícil acesso, pois sua instalação em pequena escala não obriga a enormes investimentos em linhas de transmissão ou manutenções regulares. Fonte: Os métodos de captura da energia solar podem ser divididos em duas vertentes: Energia Solar Fototérmica - quando a radiação solar é captado por aquecedores solares térmicos para aquecimento da água; Energia Solar Fotovoltaica - quando a radiação solar é captado por célula fotovoltaica e transformado diretamente em energia elétrica; 69/108

70 3.1.1 Energia Solar Fototérmica A Energia Solar Fototérmica é a transformação da radiação solar absorvida pelo coletor sob a forma de calor em calor útil para aquecimento, principalmente para águas quentes domésticas. Os equipamentos mais difundidos no uso da energia solar fototérmica são conhecidos como painéis solares térmicos (Figura 4.1), e são constituídos por uma placa coletora em sanduiche, com um revestimento isolante nas costas e um envidraçado pela frente. Dentro Figura 4.1 Coletores solares térmicos (CRESESB, 2006). do painel existem tubos através das quais a água é bombeada. (CRESESB, 2006). Existem três tipos principais de coletores térmicos: Os coletores não envidraçados compostos por tubos de plástico ou de metal negro nos quais circula a água. São muito simples e tem um baixo custo de fabrico, mas só conseguem atingir temperaturas até 20º C acima da temperatura do ar ambiente. Os coletores planos, do tipo mais utilizado. São constituídos por uma caixa chata isolada onde circula a água. Podem produzir temperaturas até 70º C acima da temperatura ambiente. Os coletores de tubos de vácuo são constituídos por um conjunto de tubos de vidro, contendo cada qual um absorvedor que capta a energia solar e a transfere para a água. Podem produzir temperaturas até 100º C acima da temperatura ambiente. (Green Vitruvius, 2001). Um típico sistema solar térmico para aquecimento de água numa habitação terá uma área de 2-6m² de coletores e um depósito de litros, virtualmente sem custos correntes é capaz de fornecer pelo menos 50% da energia para aquecimento de água numa habitação e deverá durar anos com manutenções mínimas. 70/108

71 Os coletores precisam ser montados voltados a sul e com uma inclinação em relação a horizontal que seja aproximadamente equivalente a latitude local. Seja na cobertura ou na parede um coletor com uma orientação desviada até 30º em relação ao sul comporta-se tão bem como um virado a sul. Para além da eficiência e correta instalação dos coletores, ao montar o coletor sobre a cobertura ou na fachada deve-se ter em atenção o impacto deste no aspeto arquitetónico do edifício e a sua relação com os edifícios e árvores circundantes, para que estes não obstruam a incidência solar sobre os coletores. (Green Vitruvius, 2001) Energia Solar Fotovoltaica A Energia Solar Fotovoltaica é a energia obtida através da conversão direta da luz solar em eletricidade e para isso são utilizadas células fotovoltaicas (PV). São limpas, silenciosas e dispensam manutenções regulares. Este sistema foi inicialmente desenvolvido como fonte de energia para instalações em localidades remotas ou para o uso espacial em satélites, mas foi a crise energética que ampliou o interesse do uso de sistemas solar para produção de energia doméstica. (CRESESB, 2006). O principal obstáculo para um uso mais alargado dos PV s é o seu custo inicial, que no entanto tem vindo a descer rapidamente nos últimos anos através da investigação e incentivos fiscais dos governos, que permitiram baixar o custo de produção de energia para metade e duplicar a eficiência dos painéis. (Green Vitruvius, 2001). Tradicionalmente as células fotovoltaicas foram instaladas em coberturas inclinadas, seguindo o modo de aplicação dos painéis solares térmicos. Mas com o desenvolvimento tecnológico dos PV s possibilitou a integração das células na estrutura do edifício, em coberturas planas, paredes, dispositivos de sombreamento e até em janelas (Tabela 4.1). 71/108

72 Tabela4.1 Diferentes formas de instalação dos módulos fotovoltaicos. (CRESESB, 2006). Forma de instalação Estrutura de sustentação no solo Poste Fachada Sobre a edificação Vantagens - Fácil instalação e manutenção; - Estrutura robusta, indicada para sistemas de qualquer porte. - Fácil instalação; - Menos propícia a sombreamento e contato com pessoas, objetos e animais. - Menos propícia a sombreamento e contato de pessoas, objetos e animais; - Diminui a carga térmica interna da edificação. - Menos propícia a sombreamento e contato de pessoas, objetos e animais; - Instalação próxima aos demais equipamentos do subsistema. Desvantagens - Mais propícia a situações de sombreamento e contato de pessoas, objetos e animais. - Estrutura menos robusta, indicada apenas para sistemas de pequeno porte. - Maior dificuldade de manutenção; - Instalação mais trabalhosa; - Maior dificuldade de manutenção; - O porte do sistema deve ser adequado à área da edificação. - Instalação mais trabalhosa; - Maior dificuldade de manutenção; - O porte do sistema deve ser adequado à área da cobertura. Os principais fatores que influenciam as características elétricas de um painel são a Intensidade Luminosa e a Temperatura das Células. A corrente gerada nos módulos aumenta linearmente com o aumento da Intensidade luminosa. Por outro lado, o aumento da temperatura na célula faz com que a eficiência do módulo caia baixando assim os pontos de operação para potência máxima gerada. (CRESESB, 2006). Tipos de painéis solares fotovoltaicos Uma célula individual, unidade de base dum sistema fotovoltaico, produz apenas uma reduzida potência elétrica, o que tipicamente varia entre 1 e 3 W, com uma tensão menor que 1 Volt. Para disponibilizar potências mais elevadas, as células são integradas, formando um módulo (ou painel). A maioria dos módulos comercializados é composta por 36 células de silício cristalino, conectadas em série, para aplicações de 12V. Os painéis solares fotovoltaicos geralmente se dividem em três tipos: 72/108

73 Painéis de baixa voltagem / potência feito de 3-12 pequenos segmentos de silício amorfo, com uma tensão de 1.5 à 6 V e uma potência de alguns mili-watts, sendo utilizados principalmente em relógios e calculadoras. Pequenos painéis de 1-10 W e 3-12 V, utilizados frequentemente em rádios, jogos e pequenas bombas de água. Grandes painéis de 10 até 60 W, com uma tensão de 6 ou 12 V, utilizados principalmente em grandes bombas de água, caravanas ou edifícios. Fonte: Tipos de Células As células fotovoltaicas são fabricadas, na sua grande maioria usando o silício (Si), que é o segundo elemento mais abundante no globo terrestre e tem sido explorado sob diversas formas: monocristalino, policristalino e amorfo. No entanto, a busca de materiais alternativos é intensa e concentra-se na área de filmes finos, onde o silício amorfo se enquadra, que além de utilizarem menor material requerem uma menor quantidade de energia no seu processo de fabricação. Ou seja, são mais eficientes e mais pequenos, o que significa que cada célula torna-se mais barato de produzir. (CRESESB, 2006). Silício Monocristalino - As células de silício monocristalino (Figura 4.2) são muito diferentes das policristalinas e amorfo, por utilizar semicondutores que dependem da junção p-n para separar partículas carregadas por fotogestão e células fotoelectroquímicas e células de nano cristais, atingindo uma eficiência de até 15% podendo chegar aos 24% em laboratórios. Fonte: Figura 4.2 Célula de silício (CRESESB, 2006). 73/108

74 Silício Policristalino - As células de silício policristalino (Figura 4.3) são mais baratas que as de monocristalino por exigirem um processo de preparação menos rigoroso, mas a eficiência é menor, alcançado a máxima de 11% à 14%, chegando até aos 19% em laboratório. A reduzida massa permite o uso de um menor suporte na colocação dos painéis nos telhados ou em materiais flexíveis, como os têxteis. Figura 4.3 Célula de silício (CRESESB, 2006). Fonte: Silício Amorfo - As células de silício amorfo (Figura 4.4) representam mais de 86% do mercado e apresentando um custo mais reduzido na produção que as demais células, por poderem ser fabricados mediante deposição de diversos tipos de substratos, com um processo de fabricação relativamente simples e barato, permitindo a fabricação de células com grandes áreas. Mas o silício amorfo apresenta a desvantagem de terem uma eficiência na ordem Figura 4.4 Célula de filmes finos de silício Amorfo (CRESESB, 2006). dos 8-10%, ou 13% em laboratório. (CRESESB, 2006). Tabela 3.2 Rendimento elétrico dos vários tipos de células fotovoltaicas (CRESESB, 2006). Rendimento típico Máximo registado em aplicações Rendimento máximo registado em laboratório Monocristalino 12-15% 22.7% 24.0% Policristalino 11-14% 15.3% 18.6% Silício amorfo 8-10% 10.2% 12.7% 74/108

75 Componentes de um sistema fotovoltaico Inversor de corrente alternada - A corrente produzida por um módulo PV varia diretamente com o nível de radiação solar, a função de um inversor (Figura 4.5) é então converter uma tensão dos sistemas PV que é inferior a 100W, para aplicações em sistemas de corrente alternada com uma determinada amplitude e frequência. (Almeida, Luís et al, 2013). Figura 4.5 Inversor de corrente alternada (Almeida, Luís et al, 2013). Acumuladores (baterias) - A energia solar possui uma variação temporal inconstante, o que torna necessário um armazenamento para uso posterior. Um dos métodos frequentemente utilizado para o armazenamento de energia elétrica são as baterias (Figura 4.6). (Almeida, Luís et al, 2013). Figura 4.6 Baterias (Almeida, Luís et al, 2013). Regulador de carga - A vida útil das baterias depende essencialmente da forma como é controlada a carga e a descarga. O regulador de carga (Figura 4.7) controla a tensão dos acumuladores durante o processo de carga. Quando completa a carga o regulador interrompe a corrente evitando a danificação das baterias. (Almeida, Luís et al, 2013). Figura 4.7 Reguladores de carga (Almeida, Luís et al, 2013). Sistemas Fotovoltaicos Um sistema fotovoltaico pode ser classificado em três categorias distintas: sistemas isolados, híbridos ou conectados a rede elétrica convencional e são constituídos basicamente por um sistema de captação (PV s), uma unidade de conversão da tensão e uma unidade de controlo da potência. 75/108

76 Sistema Isolado neste sistema a energia é utilizada a medida em que é produzida ou é armazenada em baterias para uso posterior (Figura 4.8). Alguns sistemas isolados não necessitam de armazenamento, como é o caso da irrigação onde toda a água bombeada é diretamente consumida ou em poços, onde a água é armazenada em reservatórios. Em geral o custo de armazenamento é muito elevado neste tipo de Figura 4.8 Sistemas Isolados (CRESESB, 2006). instalação, sendo utilizados maioritariamente em zonas rurais isoladas. Sistema Ligado à Rede elétrica convencional este sistema dispensa o custo de armazenamento de energia, pois a energia excedida é fornecida à rede à medida que é produzida e trazida de volta sempre que necessário (Figura 4.9). A economia dos PV s ligadas à rede dependem do seu estatuto legal no país em questão. Os governos têm vários programas para fomentar o uso de PV s, incluindo Figura 4.9 Sistemas ligado a rede (CRESESB, 2006). incentivos nos impostos, empréstimos e subsídios e estipulação do preço de venda superior a energia fóssil. (Green Vitruvius, 2001). Sistema Híbrido é um sistema desconectado da rede e com diferentes fontes de energia como por exemplo: painéis fotovoltaicos, turbinas eólicas, gerador diesel entre outras. A utilização de várias formas de geração de energia elétrica é complexa, sendo necessário um sistema de controlo para que haja uma máxima eficiência, compensando as lacunas de cada uma das fontes (Figura 4.10). Por exemplo a priorização dos PV s nos Figura 4.10 Sistemas híbridos (CRESESB, 2006). momentos de pico solar e as turbinas à noite. (CRESESB, 2006). 76/108

77 Capitulo 5: Estudo de Caso: Biblioteca Nacional na Cidade da Praia - Cabo Verde 77/108

78 Estudo de caso - Biblioteca Nacional Ilha de Santiago O estudo de caso tem como objetivo realizar uma análise solar do edifício da Biblioteca Nacional e apresentar soluções para a melhoria do conforto de seus utentes, através da aplicação de técnicas solares passivas e ativas. O sol é o elemento dominante na ilha de Santiago, fazendo-se sentir durante todo o ano com longos períodos de exposição solar. Inaugurado em 1999, trata-se de um edifício público e cultural situado na zona de Chá-de-Areia, na cidade da Praia, ilha de Santiago. A zona em questão apresenta uma morfologia bastante regular, relativamente plana em terra batida (Figura 5.3), e pode ser acedida através da via principal que liga a zona de Terra Branca a zona da Fazenda (linha azul), pela via liga ao planalto do Platô (linha vermelha), ou ainda pela via que leva a Sucupira (linha laranja). Figura 5.1 Radiação Global Anual (Martifer, 2011). O céu apresenta-se limpo em quase todo o território, a cobertura das nuvens é pontual e pouco frequente. Figura 5.3 Ortofoto da Biblioteca Nacional. Fonte: Figura 5.2 Nebulosidade (Martifer, 2011). 78/108

79 A Biblioteca Nacional não possui uma envolvente que lhe oferece vantagens de sombreamento, devido a inexistência de árvores ou edifícios vizinhos que lhe possam proporcionar uma proteção solar. A sua forma retangular simples e compacta que sofre posteriores cortes para a introdução de pátios internos faz com que o edifício tenha uma superfície de exposição relativamente pequena, o que oferece vantagens no controlo de trocas de calor com a envolvente. O edifício encontra-se orientado a 25º a NE, com as maiores fachadas direcionadas a NE-SO o que faz com que o edifício tenha uma grande exposição a radiação solar, e levando em conta que área envidraçada representa quase a totalidade da fachada externa, a orientação pode representar o maior problema de conforto do edifico. Figura 5.4 Alçado Sul (entrada principal). Fonte: autor Figura Alçado Este. Fonte: autor Em Cabo Verde é recomendado o uso de janelas pequenas, porem o sistema de proteção de fachada dupla perfurada (Figura: 5.4, 5.5, 5.7 e 5.8) adotada pelo edifício permite tirar o maior proveito dos seus amplos vãos envidraçados sem prejudicar o conforto térmico ou visual interno. Figura Alçado Norte. Fonte: autor Figura Alçado Oeste. Fonte: autor O uso de janelas altas em todo o comprimento da fachada exterior e pelo pátio interno, proporciona uma melhor iluminação e uma distribuição uniforme da luz natural pelos espaços internos, (Figura 5.9). Pela profundidade do Hall de entrada o projetista optou pelo uso da iluminação zenital permitindo alcançar os níveis desejados de iluminação e pela sua dimensão permite a entrada de luz sem implicar problemas térmicos, (Figura 5.6). Figura 5.6 Hall Entrada. Fonte: autor Figura 5.9 Pátio interno. Fonte: autor 79/108

80 Por outro lado a disposição dos espaços internos contribui para a minimização do problema de orientação. A orientação dos espaços de maior permanência (salas de leitura) orientadas a nascente (Figura 5.11), permite que elas sejam iluminadas logo pela manha e que sejam protegidas da radiação solar nas horas de maior incidência, permitindo um uso confortável do espaço. Orientadas a Sul, por receber mais sol nas horas mais quentes do dia, ficam os espaços de menor permanecia (copa e armazém de livros). Figura 5.11 Planta esquemática da Biblioteca Nacional. Figura 5.10 Exposição Solar diária da Biblioteca Nacional, Fonte: Figura Carta Solar da Cidade da Praia, Fonte: Analysis SOL-AR 80/108

81 O corte A (Figura 5.13), exemplifica um esquema de iluminação dos espaços internos através dos pátios internos. Pala de Sombreamento Devido a relação entre a altura e a largura do pátio e levando em conta que quase a totalidade da paredes voltadas para o pátio são constituídos por vãos envidraçados, foi necessário a introdução de palas horizontais fixas para diminuir a radiação direta e também a introdução de plantas de pequeno Vegetação de pequeno porte porte para diminuir o reflexo do pavimento sobre os vãos. O corte B (Figura 5.14), representa o Hall de entrada, que Figura Corte A - esquema de iluminação através dos pátios internos. Fonte: autor devido a sua profundidade a iluminação pela fachada exterior tornou-se insuficiente, sendo necessário o uso da iluminação zenital Iluminação Zenital Figura Carta Solar da Cidade da Praia. Fonte: autor Figura Corte B - Hall de entrada. Fonte: autor 81/108

82 Apesar do clima tropical quente e seco do país e mais concretamente da ilha de Santiago, a área de intervenção apresenta um ambiente fresco e agradável com brisas constantes. Ventilação Mecânica Trata-se de uma zona pouco sombreada mas protegida de ventos fortes de NE pelo planalto do Platô. A Biblioteca ainda é ventilada pelas brisas fresca do mar da Gamboa. O corte A (Figura 5.16) representa a ventilação natural dos espaços internos proporcionado pelo pátio. Por ser uma biblioteca tem a necessidade de prevenir a entrada de poeira ao máximo, e a ventilação através dos pátios em vez da fachada externa, ameniza a entrada de poeira. Ainda é utilizado um sistema de mecânico de baixo consumo que permite ventilar o espaço interno ao mesmo tempo que filtra a poeira. Figura Corte A - esquema de Ventilação através dos pátios internos. Fonte: autor O corte B (Figura 5.17), a entrada (mais baixo) permite a recolha do ar fresco para o Hall entrada, enquanto o ar quente sai pelas aberturas superiores. Figura Direção do Vento na Cidade da Praia. Fonte: Figura Corte B - Hall entrada. Fonte: autor 82/108

83 Como já vimos a área em estudo recebe sol durante todo o dia, e embora o calor seja amenizado pela brisa do mar o edifício da Biblioteca Nacional ainda necessita de proteção contra a radiação direta pois os edifícios adjacentes não projetam sombra sobre ele e a maioria das árvores de grande porte que poderiam sombrear o edifício encontram-se demasiado afastadas. Uma das principais características deste edifício é a sua fachada externa quase toda envidraçada (Figura 5.19), o que permite a plena iluminação dos compartimentos internos, mas como já vimos uma grande área envidraçada pode representar um problema num clima quente como o nosso. Mas o edifício possui um eficiente sistema de sombreamento de fachada dupla (Figura 5.19 e 5.20), em que o pano da fachada externa formada por um sistema de grelha de tubos sobrepostos, funciona como um elemento fixo de sombreamento que permite proteger os grandes vãos da radiação direta ao mesmo tempo que permite a passagem da ventilação e da iluminação natural (Figura 5.21 e 5.22), sem comprometer o conforto interno. Figura 5.19 Fachada Dupla (vista interna). Fonte: autor Figura Fachada dupla - iluminação. Fonte: autor A este sistema ainda é adicionado o uso de persianas internas que auxiliam no controlo da entrada da luz, e um jogo de diferentes tipos de vidro nas fachadas, sendo utilizados vidros simples na parte superior protegida pela fachada dupla e vidros fumados na parte inferior que recebe a maior parte da radiação indireta pelo pavimento. Figura Fachada Dupla (vista externa). Fonte: autor Figura 5.22 Fachada dupla - ventilação. Fonte: autor 83/108

84 No caso aqui apresentado foi aplicado diferentes técnicas solares de modo a alcançar o conforto interno pretendido. O edifício da Biblioteca Nacional aposta maioritariamente em elementos fixos e pátios verdes internos para sombreamento, mas ainda é possível trabalhar o paisagismo da envolvente de modo a melhorar o conforto interno do edifico. Outro aspeto negativo, que carece de melhorias é o revestimento da cobertura, pois esta foi feita em chapas metálicas (que aquecem em demasia quando expostas ao sol). Apesar de que pela existência de uma caixa-de-ar proporcionado pelo teto falso, faz com que o aquecimento da laje seja impercetível pelo interior, ainda assim é possível a melhoria deste sistema pela introdução de elementos vegetais ou isolantes e gravilha. Como em quase totalidade dos edifícios Cabo-Verdianos não se constata a utilização de sistemas ativos para a produção de energia, isto por se tratar de uma tecnologia recente e ainda em fase inicial de implantação no país. Mas estudos realizados pela GESTO ENERGIA S.A., especialista em consultoria energética e estudos de avaliação do potencial de energias renováveis, a pedido da Direção geral de Energia de Cabo Verde (ver anexo 4) comprovam a eficiência da aplicação dos sistemas solares para a produção de energia em Cabo Verde. Por isso acredita-se que este pode ser uma solução viável para a produção de energia neste edifício, com a possibilidade ainda de ser utilizada como revestimento da cobertura. 84/108

85 Conclusão 85/108

86 Conclusão Ao escolher o tema, intenção inicial era projetar uma habitação modelo para Cabo verde, porém com o decorrer das pesquisas podemos constatar que apesar da vertente ativa ser relativamente recente em Cabo Verde, a vertente passiva já possui longos anos de aplicação. E que de modo geral é impossível projetar uma habitação Solar modelo, visto que cada caso deve ser analisado como único, podendo apenas apontar as melhores estratégias a serem seguidas pelo projetista. As estratégias de projeto podem ser divididas em estratégias de grupos de edificações e estratégias da edificação. A maior parte dos princípios não se alteram muito nestas variações de escala, mas as ideias do projetista com respeito a ele podem ser bastante diferentes. Na escala dos grupos de edificações, a preocupação pode ser o arranjo das construções, a orientação e o traçado das ruas e dos espaços externos, otimizando o acesso ao sol e ao vento. Enquanto na escala da edificação, como dispor as principais áreas de uso comum bem como as aberturas, pátios e varandas para ventilação e iluminação. Nesta memória deu-se maior destaque as estratégias na escala da edificação, visto que o projetista raramente tem a possibilidade de escolher a localização do terreno na malha urbana, uma vez que a escolha do terreno é maioritariamente feita antes de consultar o arquiteto. O objetivo desta memória consiste em apresentar as técnicas solares passivas e ativas que visam a redução do consumo energético de um edifício, mantendo o nível ideal de conforto em Cabo Verde. As diferentes combinações das estratégias apresentadas podem ser aplicadas no clima cabo-verdiano com elevada eficiência e praticidade. Localidades onde o valor médio da temperatura externa é superior ao limite do conforto humano, ou seja, 28ºC, por vezes não é possível garantir internamente às condições de conforto apenas utilizando recursos naturais, 86/108

87 devendo-se, ainda nesses casos, garantir à edificação um ganho solar mínimo ou utilizar as técnicas solares ativas. E como já visto, o Sol fornece anualmente quinze mil vezes mais energia do que a consumida por toda a população mundial, constituindo-se numa inesgotável fonte energética. O arquipélago de Cabo Verde apresenta um clima quente e ensolarado durante todo o ano, com uma variação anual da temperatura entre 17 C e 33 C, beneficiando-se de mais de 3000 horas de sol por ano, representando um potencial bastante elevado no uso da energia solar Ativa. A utilização de painéis solares poderá resolver ou amenizar os problemas energéticos em zonas remotas, espaços públicos e habitações. Embora ele ainda não seja muito utilizado devido ao alto custo inicial necessário para a sua instalação, a energia solar vem timidamente sendo explorada nalgumas ilhas nos últimos anos. Segundo a ECREEE (Centro Regional para Energias renováveis e Eficiência Energética) foi criado recentemente as centrais fotovoltaicas da ilha do Sal e da Cidade da Praia com uma capacidade total instalada de 7,5 MW, e apesar timidez esta tecnologia vem sendo também explorada a nível residencial. Conclui-se então que a aplicação da Arquitetura Solar em Cabo Verde é altamente viável e deve-se continuar com os esforços para a ampliação dos recursos ativos do Arquipélago, principalmente devido a sua característica insular e o alto custo da importação dos combustíveis fósseis. Mas tudo isso deve ser feito em simultâneo com a consciencialização da necessidade da continuação da aplicação das técnicas passivas nas construções por parte da população e pelos profissionais da área. 87/108

88 Para isso o Arquiteto se apresenta como o maior impulsionador da aplicação destas técnicas e consequente melhoramento das condições de conforto dos edifícios do país, sempre levando em conta que isto não precisa condicionar a aparência do edifício, que é completamente variável e em perfeita sintonia com as tendências e design de boa arquitetura, que é uma grande preocupação da população. Por fim espero que este estudo sirva de base para outros estudos relacionados com este tema muito debatido nos nossos dias, pois trata-se de uma área com grande potencial em nosso país, mas ainda muito pouco explorada e com poucas bibliografias e estudos direcionados para Cabo Verde. 88/108

89 Bibliografia 89/108

90 Livros AA. VV. "A Green Vitruvius Princípios e Práticas de Projecto para uma Arquitectura Sustentável", Ordem dos Arquitectos, Lisboa, 2001 CRESESB (Centro de Referência para Energia Solar e Eólica Sérgio de Salvo Brito), Energia Solar Princípios e Aplicações, Brasil, 2006 Frota, Anésia Barroa e Schiffer, Sueli Ramos, Manual de conforto térmico: arquitetura, urbanismo, São Paulo: Studio Nobel, GESTO ENERGIA S.A., Martifer, 2011, Estudos de avaliação de Potencial de energias renováveis, para a Direcção Geral de Energia de Cabo Verde. G.Z. Brown e Mark Dekay Trad. Alexandre Perreira da Silva Salvaterra Sol, Luz e Vento: Estratégias para o projecto de Arquitectura 2ª edição, Porto Alegre: Bookman 2004; Inocêncio, Débora A. Soares, Construção e Arquitectura Sustentáveis em Cabo Verde: Estudo de Estratégias de Projecto Sustentável, Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil), Instituto Superior Tecnico, Universidade Tecnica de Lisboa, Junho de 2012 Lanham, Ana, Gama, Pedro, Braz, Renato, Arquitectura Bioclimática perspectiva de inovação e futuro, Lisboa, 2004 Lemgen, Johan, Manual do Arquiteto Descalço, Livraria do Arquitecto, 2004 Lopes, Leão, Manual Básico de construção Guia ilustrado para a construção de habitação, Ministério das Infraestruturas e Habitação, Praia - Cabo Verde, 1ªedição, Maio de /108

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95 Anexos 95/108

96 Anexo Anexo 1 - ISSO 7730 Parâmetros do conforto O calor produzido no corpo é determinado pelo nível de atividade da pessoa, sendo também variável com a idade e o sexo. Este calor é trocado com o ambiente exterior por condução, convecção, radiação e evaporação. A condução não assume geralmente grande relevância. A convecção depende da temperatura e velocidade do ar exterior. A radiação depende da temperatura média radiante e a evaporação depende da humidade do ar e da sua velocidade. Os parâmetros mais importantes do conforto térmico subdividem-se em duas classes: Parâmetros individuais Atividade Vestuário Parâmetros ambientais Temperatura do ar Humidade do ar Velocidade do ar Temperatura média radiante A norma ISO 7730 considera que um espaço apresenta condições de conforto térmico quando não mais do que 10% dos seus ocupantes se sintam desconfortáveis. A quantificação da percentagem de desconforto foi feita através de estudos que envolveram 1300 pessoas. Estes estudos permitiram estabelecer uma relação entre o resultado do balanço energético do corpo4 e a tendência de insatisfação, designada por PPD (Predicted Percentage of Dissatisfied). A metodologia de cálculo consiste nos seguintes pontos: 96/108

97 a) Parâmetros: quantificam-se os parâmetros individuais e ambientais das pessoas e do ambiente. b) Equação de Conforto: substituem-se estes valores na equação de conforto térmico para determinação do termo associado à acumulação energética no corpo, S. c) PMV: com base no valor da acumulação energética no corpo e no metabolismo determinase o valor de PMV (Predicted Mean Vote) através de uma correlação. O PMV não é mais do que uma escala quantitativa da sensação de calor e de frio. d) Insatisfação: a percentagem de pessoas insatisfeitas termicamente, PPD, é determinada com base no valor de PMV através de uma correlação. Parâmetros Individuais Metabolismo - corresponde à taxa de utilização de energia pelo corpo. O metabolismo subdivide-se no metabolismo basal e de atividade. O metabolismo basal corresponde à taxa verificada durante o repouso absoluto, mas em vigília. O metabolismo de atividade está relacionado com o esforço físico, podendo ser 20 vezes superior ao metabolismo basal em atletas bem treinados. Para a mesma atividade, verificou-se que o metabolismo varia principalmente com a área corporal, pelo que é geralmente definido nas unidades W/m2, tomando-se o valor de 1.8 m2 como área corporal de um adulto. Tipo de atividade Metabolismo Metabolismo Metabolismo (W/pessoa) (met) (W/m2) Deitado Sentado a descansar Atividade sedentária De pé, atividade leve De pé, atividade média Grande atividade Valores de metabolismo para várias atividades 97/108

98 Trabalho - Tipicamente a avaliação de conforto verifica-se em casos em que o trabalho realizado é nulo ou corresponde apenas a dissipações por atrito, tais como, pessoas sentadas ou em andamento continuo. A quantificação do trabalho realizado para o exterior, corresponde à variação da energia cinética e potencial (por exemplo, na subida de escadas). Vestuário - é caracterizado através da sua resistência térmica, Icl, nas unidades m2k/w. À semelhança do metabolismo, o vestuário apresenta uma unidade própria, o clo, que corresponde à resistência térmica de m2k/w. A Tab.2-2 apresenta os valores de resistência térmica, Ivest, de diferentes tipos de vestuário. VESTUÁRIO Resistência térmica (Ivest) (clo) Resistência térmica (Ivest) (m 2 K/W) Nu 0 0 Calções Vestuário tropical Vestuário leve de verão Vestuário de trabalho Vestuário de inverno para ambiente interior Fato completo Resistência térmica do vestuário Parâmetros Ambientais Temperatura do ar - Corresponde à temperatura seca do ar Humidades do ar - As equações de balanço energético são deduzidas com base na pressão parcial do vapor de água no ar. Definido o estado higrocópico do ar é em termos da temperatura seca, Temperatura média radiante - Corresponde à temperatura média das superfícies opacas visíveis que participam no balanço radiativo com a superfície exterior do vestuário. Este termo é particularmente difícil de definir com exatidão quer pela dificuldade em corretamente avaliar os factores de forma quer pela influência da componente refletiva, conforme discutido em Águas e Domingos (1996). 98/108

99 Anexo 2 - Características térmicas dos materiais (CRESESB, 2006). Concreto comum Material Concreto comum cavernoso idem c/ 50% de calcária Concreto c/ agregado muito leve c/ vermiculite ou pedras-pomes placa de concreto c/ vermiculite fabricado na usina Concreto c/ argila expandida Concreto c/ escória expandida granulada 750 kg/m 3, c/ areia Idem, sem areia ou finos Concreto celular autoclavado Concreto celular (bloco) Concreto de cascalho Concreto sem finos Concreto c/ agregado pesado de escória de alto forno Idem cavernoso Cortiça (em placas, de granulado) Cortiça comprimida Feltro Feltro asfáltico Feltro de crina Feltro de lã Fibra de vidro Gesso celular Gesso (placa) Gesso paramentado c/ cartão antichama Gesso c/ fibras minerais Gesso projetado Gesso c/ vermiculite 1:1 Gesso c/ vermiculite 1:2 λ (W/m C) 1,28 1,50 1,74 1,40 1,15 0,17 0,26 0,33 0,43 0,50 0,19 0,85 1,05 0,52 0,44 0,10 0,12 0,16 0,21 0,27 0,05 0,50 1,98 0,74 0,93 1,40 0,70 0,04 0,05 0,10 0,05 0,14 0,03 0,04 0,03 0,50 0,35 0,35 0,35 0,35 0,50 0,30 0,25 d (kg/m 3 ) c (J/kg C) /108

100 Lã de escória 0, Lã de ovelha Lã de rocha Lã de vidro Madeiras abeto, cedro balsa bétula, pinho silvestre, pinho marítimo carvalho, frutíferas pinho perpendicular a fibra pinho paralelo a fibra Fibras de madeira Lascas de madeira Painéis de madeira aglomerado mole isolante painel de fibra de madeira isolante painel de fibra de madeira duro e extraduro painel de fibra de madeira aglomerada painel de fibra de madeira aglomerada e compensada 0,04 0,03 0,04 0,04 0,05 0,04 0,04 0,03 0,12 0,05 0,15 0,23 0,14 0,30 0,06 0,06 0,05 0,06 0,20 0,10 0,12 0,14 0,17 0,20 0, Metais aço aço inoxidável alumínio chumbo cobre duralumínio ferro fundido ferro puro latão zinco Palha comprimida Papelão 52,00 46,00 230,00 35,00 380,00 160,00 56,00 72,00 110,00 112,00 0,12 0, Papelão corrugado, quatro camadas por polegada 0, Pedras ardósia arenito basalto calcáreo gnaise granito gres mármore pederneira pedregulho 2,10 1,28 3,50 1,40 3,50 3,50 1,98 3,26 3,50 2,35 2, /108

101 pórfiro 837 Plásticos alveolares poliestireno expandido moldado 0,04 0,04 0,04 0,04 0, poliestireno expandido moldado, por via úmida poliestireno expandido termocomprimido, por via seca 0,42 0,04 0,04 0, poliestireno expandido termocomprimido, por via seca poliestireno estruturado. placas s/ pele na superfície. placas c/ pele na superfície 0,04 0,03 0,03 0, espuma rígida de poliuretano. placas ou blocos extensos contínuos. placas ou blocos descontínuos espumas formofenólicas 0,03 0,03 0,04 0,04 0,04 0,04 0, outros materiais plásticos alveolares Telha de barro moldada (ou cerâmica) Telha de fibrocimento Terra argilosa seca Terra comprimida (bloco) Terra húmida Tijolo de concreto furado (8 furos) (paredes 6 mm) Tijolo maciço prensado Vidro 0,93 0,65 0,95 0,52 1,15 0,60 0,91 0,72 0, /108

102 Anexo 3 - Fontes renováveis e não renováveis Fontes renováveis: São fontes de energia inesgotáveis ou que podem ser repostas a curto/medio prazo espontaneamente ou por intervenção humana. São também chamadas de fontes de energia ecológica pois desempenham um papel fundamental no desenvolvimento sustentável. Estas fontes de energia não contribuem para o efeito de estufa e tem um menor impacto ambiental em comparação as fontes fósseis e nucleares. Energia Hidráulica - E obtida a partir do curso de água e pode ser aproveitada por meio de um desnível ou queda de água. A conversão em energia elétrica acontece quando a ação da água causa uma rotação da turbina hidráulica, gerando eletricidade. A disponibilidade anual deste recurso depende da quantidade de água disponível, sendo fatores determinantes a pluviosidade, o regime de funcionamento e de elaboração (com ou sem armazenamento) e a bacia hidrográfica. Energia Eólica - Esta energia provem do vento. Utilizada desde a antiguidade para navegar ou para fazer funcionar os moinhos, esta e uma das grandes apostas para a expansão da produção de energia elétrica. O aerogerador obtém energia convertendo a energia cinética do vento em energia elétrica. A quantidade de energia transferida depende da densidade do ar, da área de varrimento do rotor e da velocidade do vento. Energia Solar - Provem da luz do sol que, depois de captada, pode ser utilizada de forma ativa ou passiva. Uma utilização ativa passa pela transformação dos raios solares em energia térmica ou elétrica. A utilização passiva pressupõe o aproveitamento da energia para aquecimento de edifícios ou prédios, a partir de conceções e estratégias que passam pela construção. A maior vantagem da energia solar térmica e a significativa poupança energética e económica (que, em alguns casos ultrapassa os 80%) e a grande disponibilidade de tecnologia no mercado. Quanto a energia solar elétrica (ou energia fotovoltaica), e uma das mais promissoras fontes de energia renováveis. A vantagem mais clara e a quase total ausência de poluição. Para além desta 102/108

103 vantagem, há a ausência de partes móveis suscetíveis de partir, não produz cheiros ou ruídos, tem baixa ou nenhuma manutenção, e os módulos tem um elevado tempo de vida. A energia solar passiva assenta no princípio do aproveitamento da incidência dos raios solares no aquecimento de edifícios ou prédios. Este aproveitamento passa pela orientação das janelas, escolha de materiais construtivos de acordo com o nível de incidência solar adequando assim os edifícios as condições climatéricas, otimizando assim a gestão energética. A maior vantagem e o baixo custo de algumas soluções. Um bom planeamento e orientação de um edifício pode resultar numa poupança energética de 40%. Energia Geotérmica - Tendo origem no interior da Terra, a energia Geotérmica aproveita o calor que emana das camadas interiores do planeta para gerar eletricidade e calor. Nas centrais de energia geotérmica, o calor e aproveitado para gerar vapor, que aciona as turbina, que vão produzir energia. As manifestações conhecidas desta forma de energia são as fontes termais e as fumarolas. Atualmente, nas estações termais, esta forma de energia e utilizada para fins medicinais e de lazer mas pode também ser usada no aquecimento ambiente, de águas sanitárias, estufas e instalações industriais. Energia das Mares - obtida através do movimento de subida e descida do nível da água do mar e pelas ondas, o potencial deste tipo de energia aguarda por avanços técnicos e tecnológicos que permitam uma maior aplicação. As centrais de aproveitamento deste tipo de energia funcionam de forma semelhante as barragens hidrelétricas. Assim, a construção de uma central de aproveitamento da energia das ondas e mares, implica estruturas muito grandes, que atravessem um rio ou um estuário tornando bastante complicado o processo de implementação deste tipo de centrais. Biomassa - esta e uma designação genérica que engloba o aproveitamento energético da matéria orgânica. Esta matéria orgânica pode ter origem na limpeza das florestas, bem como nos resíduos da agropecuária, na indústria alimentar ou nos resíduos resultantes do tratamento de efluentes domésticos e industriais. A energia pode ser obtida através da combustão direta ou da transformação química ou biológica podendo ser aproveitada de varias formas, das quais se destacam: a combustão direta, o biogás e os biocombustíveis. 103/108

104 A combustão direta, como o próprio nome indicam, é uma combustão direta dos resíduos. Neste processo são utilizados resíduos florestais e agrícolas cuja queima produz vapor de água. Este vapor é canalizado para uma turbina, cujo objetivo final e a produção de eletricidade. Em Portugal temos como exemplo de central que utiliza este processo, a Central Térmica de Mortágua. Os biocombustíveis gasosos têm origem nos efluentes agropecuários, agro- industriais, urbanos e nos aterros de Resíduos Sólidos Urbanos. O biogás resulta assim da degradação biológica e anaeróbia da matéria orgânica e constituído, em média, por 60% de metano e 40% de C02 (resultante do processo de degradação dos resíduos). O etanol e o mais comum dos biocombustíveis álcoois. Caracteriza-se por ser um composto orgânico, incolor, volátil, inflamável, solúvel em água e com cheiro e sabor característicos. Produzido a partir da fermentação de hidratos de carbono com origem em culturas como a canade-açúcar ou por processos sintéticos, como a síntese a partir do gás natural ou ainda, a partir da madeira, através de um processo de gaseificação. Fontes não renováveis: As fontes de energia não renováveis são aquelas cujas reservas se encontram na Natureza em quantidades limitadas e cuja utilização leva ao esgotamento das reservas. Isto porque o processo de formação de tais fontes de energia e muito lento quando comparado com o ritmo de consumo que o ser humano faz delas. Consideram-se fontes de energia não renováveis, os combustíveis de origem fóssil (carvão, petróleo bruto e gás natural. São também consideradas energias "sujas" uma vez que da sua utilização e exploração decorrem graves danos para o meio ambiente e para a sociedade. A verdade e que o rápido aumento observado no consumo de energia, a par dos problemas do atual modelo energético, fazem com que seja imprescindível propor um novo modelo, tendo em conta o bin6mio eficiência/poupança energética. Carvão - é um combustível fóssil extraído de explorações minerais. Foi o primeiro a ser utilizado em larga escala, em processos industriais e ao nível domestico. Foi inclusive, o primeiro combustível fóssil a ser usado na produção de energia elétrica. De todos os 104/108

105 combustíveis fosseis é o que se estima ter maiores reservas (200 anos) e o que acarreta mais impactos ambientais, em termos de poluição e alterações climáticas. O principal problema da utilização deste combustível prende-se com os poluentes resultantes da sua combustão, uma vez que a produção de energia e feita através da queima. Petróleo - é um óleo mineral, de cor escura e cheiro forte, constituído por uma mistura de compostos orgânicos, em especial por hidrocarbonetos, sendo sobretudo utilizado nos transportes e constitui uma das maiores fontes de poluição atmosférica e motivo de disputas económicas e de conflitos armados. Estima-se que, com o atual ritmo de consumo, as reservas planetárias se esgotem nos próximos 40 anos. Trata-se de um combustível muito nocivo para o ambiente em todas as fases do seu consumo. Desde o momento de extração, em que há a possibilidade de derrame, até ao momento de combustão, onde acontece a emissão de gases nocivos para a atmosfera. Gás Natural - o gás natural tem uma origem muito semelhante a do petróleo, ou seja, formouse durante milhões de anos a partir de sedimentos de animais e plantas, encontrando-se em jazidas subterrâneas. A única diferença entre os dois e que este pode ser diretamente utilizado, sem necessidade de refinação, sendo utilizado como combustível, tanto na indústria, como em nossas casas e prevê-se que as suas reservas se esgotem nos pr6ximos 60 anos. Urânio - é o elemento químico constituindo a base do combustível nuclear, através da fusão nuclear. Tem um poder calorífico muito superior a qualquer outra fonte fóssil. Atualmente esta fonte de energia encontra-se ainda em fase experimental uma vez que a tecnologia ainda não conseguiu criar reatores de fusão completamente seguros assim como formas seguras de tratamento dos resíduos resultantes desta atividade. 105/108

106 Anexo 4 Conclusão do estudo elaborado pela GESTO ENERGIA S.A. em CV O presente documento foi elaborado pela GESTO ENERGIA S.A. (Gesto), empresa do grupo Martifer especialista em consultoria energética e estudos de avaliação de Potencial de energias renováveis, para a Direcção Geral de Energia de Cabo Verde. A publicação, reprodução ou distribuição (total ou parcial) da informação contida neste documento carece de prévia autorização, por escrito, da Gesto. O conteúdo publicado neste documento baseia-se na avaliação de um conjunto de informações e dados recolhidos e analisados até à data. Com a recolha de novos dados, a Gesto reserva-se o direito de ajustar ou alterar a respectiva análise. Acresce que este documento contém informação recolhida através de diversas fontes, devidamente identificadas, que deverá ser interpretada no contexto das mesmas, não podendo ser imputada qualquer responsabilidade à Gesto pelo conteúdo dessa informação. A Gesto não poderá ser responsabilizada pela utilização, por parte da Direcção Geral de Energia de Cabo Verde ou por terceiros, da informação contida neste documento. 106/108

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