I CONFERÊNCIA LATINO-AMERICANA DE CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL X ENCONTRO NACIONAL DE TECNOLOGIA DO AMBIENTE CONSTRUÍDO 18-21 julho 24, São Paulo. ISBN 85-89478-8-4. ANÁLISE COMPARATIVA DE CARACTERÍSTICAS DE MATERIAIS TRANSPARENTES DE MESMA COLORAÇÃO RESUMO Joaquim C. P. dos Santos(1), André Lübeck(2), Fernando A. Hedlund(3) (1) Universidade Federal de Santa Maria UFSM- Joaquim@smail.ufsm.br (2) Universidade Federal de Santa Maria UFSM- ray@infoway.com.br (3) Universidade Federal de Santa Maria UFSM- fernandolata@mail.ufsm.br Para a especificação dos materiais constituintes das vedações transparentes de uma edificação, o projetista deve buscar dentro da grande diversidade de produtos presente no mercado um que atenda suas necessidades construtivas, cumpra a função estética e proporcione o maior conforto ambiental possível. Este artigo baseia-se em resultados de uma pesquisa onde foram determinadas, através de ensaios espectrofotométricos, características óticas de materiais transparentes como a Transmitância (T) e a Refletância (R), para diferentes regiões do espectro solar. A partir dos resultados obtidos foi realizada uma análise comparativa entre materiais de mesma coloração, considerando-se o comportamento espectrofotométrico, e a variação do Fator de Calor Solar (FCS) e da Transmitância no Visível (Tv) dos mesmos. Essa análise atende a necessidade dos projetistas de especificarem determinadas colorações de materiais transparentes, buscando, dentro do conjunto de materiais de mesma cor, aquele que melhor se adapte às necessidades do projeto, levando em consideração as condições de conforto térmico e visual da edificação. Dentre os materiais ensaiados estão diferentes tipos de vidro, películas de proteção solar e policarbonato, todos em diferentes tonalidades, mais o acrílico incolor. Palavras-chave: Vedações Transparentes, Fator de Calor Solar, Transmitância. 1. INTRODUÇÃO No processo de especificação das vedações transparentes de um edifício o projetista analisa diversos fatores arquitetônicos, econômicos e de necessidades humanas. Nesse sentido, a consideração de itens como o conforto térmico, o conforto visual e a economia de energia é essencial. Nas últimas décadas, a fabricação dos produtos transparentes para utilização em aberturas teve um grande avanço tecnológico, procurando colocar no mercado produtos que atendessem as novas exigências do mercado consumidor. Esse fato aumentou muito a quantidade de alternativas disponíveis e a responsabilidade do profissional encarregado de especificar esses materiais. Este trabalho reuniu para análise dados de materiais transparentes de mesma cor, por esta ser uma característica importante a ser considerada no processo de especificação, já que está associada ao padrão estético do edifício. Foi analisado o comportamento dos materiais à transmissão da radiação dentro das diferentes faixas do espectro solar, ultravioleta (UV), visível (VIS) e infravermelho (IV), e ainda, os valores dos principais parâmetros que devem ser levados em consideração, relacionados ao conforto térmico e visual, que são o Fator de Calor Solar (FCS) e a Transmitância no visível (Tv). Esse estudo possibilita a escolha, dentro da variedade de materiais existente com a cor especificada, aquele que melhor se adapte às necessidades exigidas pelo projeto, para que se alcancem melhores condições de conforto térmico e visual na edificação.
2. METODOLOGIA O estudo foi realizado a partir de resultados de ensaios de Reflexão e Transmissão, de diferentes tipos de materiais transparentes, para ângulos variados de incidência, efetuados em espectrofotômetros, segundo Santos [1]. O intervalo espectral utilizado nas medições foi de 3 a 2 nm, considerando-se 3 a 38 o espectro UV, 38 a 78 nm a faixa visível e 78 a 2 nm o IV. A partir da ponderação da curva espectrofotométrica resultante do ensaio, em relação ao espectro solar padrão utilizado, conforme ASTM-E892-87, e da integração da curva ponderada, foram calculadas a Transmitância (T) e a Refletância (R) dentro das faixas espectrais desejadas. A Absortância (A) foi calculada pela Eq. (1) e o FCS foi calculado pela Eq. (2), sendo Ni a parcela de energia absorvida que vai para o interior da edificação, considerado conforme SANTOS [1]. A = 1 (T + R) (1) FCS = T + Ni. A (2) Na análise do comportamento espectrofotométrico para os materiais de mesma coloração, foi adotado apenas o ângulo de incidência de 6º, em relação a normal a superfície transparente, para caracterizar o material, devido ao comportamento observado para outros ângulos ser semelhante. Os materiais comparados foram: vidros comuns, vidros laminados, vidros refletivos pirolíticos, vidros refletivos a vácuo, películas comuns, películas refletivas, policarbonatos e acrílico incolor. Todos os materiais têm a espessura de 5 mm, com exceção dos laminados, com 6 mm. Existe uma diferenciação na confecção dos laminados, sendo que os números 2, 3, 4, 5 e 6 são compostos de duas lâminas de vidro incolor de 3 mm, com a película interna de butiral colorida, sendo esta a responsável pela coloração do material. Já os laminados 8, 9, 1 e 11 são compostos de duas lâminas de 3 mm de vidro colorido e a película interna incolor. Foram analisadas as cinco cores mais comuns no mercado: incolor, verde, bronze, cinza-fumê e azul. O estudo comparativo foi realizado através de análise do comportamento espectrofotométrico dos ensaios de Transmissão, e dos valores para incidência normal do Fator de Calor Solar (FCS) e da Transmitância do Visível (Tv). 3. RESULTADOS Os gráficos das figuras 1 a 5 apresentam o comportamento espectrofotométrico dos materiais agrupados por diferentes cores, enquanto a tabela 1 apresenta os valores de FCS e Tv para incidência normal. 1 ELEMENTO TRANSPARENTE INCOLOR 8 6 4 2 VIDRO VIDRO LAMINADO PELÍCULA MUSEUM ACRÍLICO 4 6 8 1 12 14 16 18 2 Figura 1. Transmissão ao longo do Espectro Padrão para materiais incolores
1 ELEMENTO TRANSPARENTE VERDE 8 LAMINADO2 LAMINADO9 PIROLÍTICO VÁCUO GUARDIAN PELÍCULA PELÍC.REFLET. 6 4 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 Figura 2. Transmissão ao longo do Espectro Padrão para os materiais verdes 1 ELEMENTO TRANSPARENTE CINZA-FUMÊ 8 6 4 2 LAMINADO5 LAMINADO11 PIROLÍTICO VÁCUO PRATA ESC. PELÍCULA PELÍC.REFLET. 4 6 8 1 12 14 16 18 2 Figura 3. Transmissão ao longo do Espectro Padrão para os materiais cinza-fumê 1 ELEMENTO TRANSPARENTE BRONZE LAMINADO3 LAMINADO4 PIROLÍTICO 8 6 4 2 VÁCUO PELÍCULA PELÍC.REFLET. LAMINADO1 4 6 8 1 12 14 16 18 2 Figura 4. Transmissão ao longo do Espectro Padrão para os materiais bronze
1 8 ELEMENTO TRANSPARENTE AZUL LAMINADO6 LAMINADO11 VÁCUO AZUL MÉD. VÁCUO GUARDIAN PELÍCUL.REFLET. 6 4 2 4 6 8 1 12 14 16 18 2 Figura 5. Transmissão ao longo do Espectro Padrão para os materiais azuis Tabela 1. FCS e Tv para materiais de diferentes colorações Cor Material FC Tv S (%) (%) Vidro Comum 87 89 Incolor Laminado 83 84 82 8 Policarbonato 83 84 Acrílico 87 88 Vidro Comum 71 71 Laminado 2 73 66 Laminado 9 64 62 Pirolítico 44 32 Verde Guardian 43 36 54 29 26 1 Policarbonato 77 68 Vidro Comum 71 56 Laminado 3 7 53 Laminado 4 59 29 Laminado 1 66 48 Bronze Pirolítico 47 27 Vácuo 3 14 65 21 28 1 Cinzafumê Policarbonato 68 51 Vidro Comum 68 51 Laminado 5 67 45 Laminado 11 63 44 Pirolítico 47 25 Vácuo 21 7 74 51 28 9 Policarbonato 59 29
Azul Vidro Comum 63 55 Laminado 6 81 77 Laminado 8 71 48 Vácuo 39 28 Guardian 57 53 Policarbonato 79 69 28 13 4. ANÁLISE DOS RESULTADOS Para todas as cores analisadas, observa-se que os vidros laminados, as películas e os policarbonatos praticamente eliminam a passagem do UV, o que é importante considerando-se o alto poder energético dessa faixa do espectro, que causa deterioração da matéria, como desbotamento, e pode acarretar doenças na pele. No entanto, em algumas situações, a entrada dessa radiação pode ser importante, como em áreas de recuperação em hospitais, pois ela é responsável pela síntese de algumas vitaminas, devendo ser evitado o emprego destes materiais. 4.1 Materiais incolores Todos os materiais transparentes incolores têm comportamentos espectrofotométricos semelhantes entre si. Pode-se observar que o vidro comum e a película comum mantêm o mesmo patamar de valores de transmissão da faixa do visível na região inicial do IV, aumentando a transmissão para o IV longo. O policarbonato e o acrílico têm um aumento de transmissão no IV próximo, e uma queda acentuada no IV longo. O vidro comum e o acrílico apresentam os valores mais elevados para o FCS e a Tv enquanto que o vidro laminado e a película apresentam os menores valores. Os valores de FCS e de Tv para um mesmo material incolor são semelhantes, ou seja, um aumento nos ganhos de luz natural gera um aumento de mesma proporção nos ganhos de calor. A variação entre os materiais incolores é bastante reduzida para o FCS e a Tv, não ultrapassando 1% entre os diferentes materiais, ficando todos os valores entre 8% e 9%, não servindo esses dois parâmetros como diferenciais para uma escolha. 4.2 Materiais verdes Para os materiais verdes foi possível constatar que o vidro comum, e todos os outros que o têm como base, e a película refletiva, apresentam um decréscimo de transmissão no IV em relação ao visível. Já o policarbonato e as películas comuns apresentam um comportamento inverso, um aumento de transmissão na faixa espectral do IV próximo e um decréscimo no IV longo, o que implica em um ganho mais elevado de calor em relação à luz. Na Tv constatam-se diferenças significativas, com o vidro comum, laminados e policarbonato apresentando valores próximos aos 7%, enquanto que a película refletiva apresenta um valor de 1%. No FCS esse comportamento se repete, sendo os maiores valores apresentados pelo policarbonato, vidro comum e laminados, entorno de 75%, e o menor valor pela película refletiva, 26%. Nesses materiais, apenas o vidro comum e o laminado 9 apresentam valores semelhantes de FCS e Tv, os restantes têm valores de FCS superiores à Tv, com as películas comum e refletiva tendo essa característica muito marcante. 4.3 Materiais cinza-fumê Dentre os materiais cinza-fumê, apenas o laminado 11 tem a transmissão no visível maior que no IV, os restantes deixam passar mais a radiação na faixa do IV que no visível. O maior valor do FCS é o do vidro comum, 68%, e o menor valor foi apresentado pelo vidro refletivo a vácuo, 21%. Considerando a Tv, o vidro comum e a película comum apresentaram os maiores valores, 51%, e o vidro refletivo a vácuo e a película refletiva apresentaram os menores, abaixo de 1%.
Todos os materiais dessa cor têm valores do FCS bem acima da Tv, demonstrando pouca eficiência energética considerando-se o conforto visual e térmico para o clima quente. Esse fato se repete para os vidros bronze. 4.4 Materiais Bronze Os materiais dessa coloração têm um comportamento espectrofotométrico à transmissão semelhante aos cinza-fumê similares, com transmissão na região do visível inferior ao IV, para todos os materiais analisados. Também os valores de FCS e Tv e a amplitude de variação dos valores desses parâmetros estão muito próximos. A especificação de materiais similares cinza-fumê ou bronze, com exceção da película comum, implica em resultados semelhantes quanto aos ganhos de calor e luz. 4.5 Materiais Azuis Esses materiais têm o comportamento muito variado quanto à transmissão nas diferentes faixas espectrais, formando basicamente dois grupos, um que têm alta transmissão no visível e no IV, composto pelos vidros laminados e policarbonato, e outro com boa transmissão no visível baixando no IV, composto pelo vidro comum, os refletivos e a película refletiva. A variação do FCS é bastante ampla nesses vidros, entre 81%, para o vidro laminado 6, e 28%, para a película refletiva. A Tv tem variação ainda maior, entre 77%, do laminado 6, e 13%, da película refletiva. Todos os materiais dessa cor apresentam valores de FCS superiores à Tv, com diferença menos expressiva nos vidros comum, laminado 6 e a vácuo guardian. 5. CONCLUSÃO O comportamento espectrofotométrico e os valores de FCS e Tv são fatores importantes a serem considerados na especificação de materiais transparentes, pois, quando bem observados, permitem melhorias sensíveis nas condições de conforto térmico e visual de uma edificação. Observa-se que os materiais transparentes ideais para o clima quente seriam os que apresentassem um baixo FCS e alta Tv, ou seja, baixos ganhos de calor e alta transmissão de luz visível. No entanto, para todos os materiais transparentes estudados, a um alto valor de Tv, está sempre associado um alto valor de FCS, sendo o inverso também verdadeiro. A característica de alguns materiais analisados de apresentarem alta transmissão na região do IV permite a conclusão de que os mesmos foram desenvolvidos para países de clima predominante frio, o que é fácil de observar na maioria dos materiais estudados. Os materiais incolores apresentam os maiores valores de FCS e Tv que qualquer outra coloração de materiais transparentes. Ao mesmo tempo eles têm, entre os diferentes tipos, a menor amplitude de variação dos valores de FCS e de Tv. Deve-se, para essa cor, raciocinar-se mais em relação à área e orientação da superfície, e outras características de projeto, do que no tipo a ser empregado. Todos os materiais estudados apresentam o FCS superior à Tv, no entanto essa diferença é mais elevada nos materiais cinza-fumê e bronze, demonstrando mais baixa eficiência energética no conforto visual e térmico para o clima quente. O número de materiais analisados nesse trabalho é reduzido frente a grande variedade existente no mercado, podendo-se concluir que, dentro dos grupos de materiais de uma mesma coloração, existem variadas opções para uma escolha criteriosa, que traga uma solução coerente ao projeto arquitetônico estabelecido. 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] J. C. P. dos SANTOS. Avaliação do Desempenho Térmico e Visual de Elementos Transparentes Frente à Radiação Solar. Tese (Doutorado). Ciência e Engenharia de Materiais. Universidade de São Paulo. São Carlos 22.