Comportamento térmico de telhado convencional e ecotelhado no clima equatorial da região amazônica Carlos Mateus Rodrigues Amorim 1, Bruna Ribeiro Furtado 2, Alberto Carlos de Melo Lima 3 1 Universidade do Estado do Pará (cmramorim@gmail.com) 2 Universidade do Estado do Pará (brunafurtado87@hotmail.com) 3 Universidade do Estado do Pará (acmlima@gmail.com) Resumo As atuais transformações climáticas que o mundo está passando causam preocupação pela intensidade e a velocidade com que elas vem acontecendo. No meio urbano, o aumento de temperatura é bem notável, já que nele tem-se uma forte transformação do meio ambiente natural, visto na substituição da vegetação por construções, concreto e asfalto. Considerando essas transformações nos centros urbanos, este trabalho teve por objetivo realizar um estudo, comparativo entre o comportamento térmico do telhado convencional e do ecotelhado, visando obter resultados que representem a peculiaridade da região amazônica. Dentre os benefícios do uso do ecotelhado, ele é reconhecido por ter um comportamento térmico que ameniza os efeitos de climas rígidos, e esta particularidade das ecotelhas permite um maior equilíbrio térmico do ambiente. Desta forma, construiu-se duas unidade de medição para monitoramento da temperatura, localizadas na região metropolitana de Belém. Uma unidade utilizou o telhado convencional e outra o ecotelhado. Em cada unidade foi colocada um termômetro digital do tipo datalogger que mediram a temperatura de 10 em 10 minutos. Os resultados encontrados mostraram que a utilização do ecotelhado reduz a amplitude térmica no ar interno das unidades, e na superfície interna das telhas. Portanto, conclui-se que a utilização do ecotelhado na região amazônica torna mais fácil de obter um ambiente que propicie um conforto térmico aos usuários. Palavras-chave: Ecotelhado. Telhado Verde. Comportamento térmico. Área Temática: Tecnologias Ambientais. Thermal behavior of conventional roof and ecoroof on the equatorial climate in the Amazon region Abstract The current climatic changes that the world is undergoing cause concern by the intensity and speed with which it is happening. In the urban environment, the temperature increase is remarkable, since this environment has a strong transformation of the natural environment, noticed by the replacement of vegetation by buildings, concrete and asphalt. Considering the alterations in the urban environment, this study aimed to perform a comparative study of the thermal behavior of conventional roof and ecoroof, aiming to obtain results that represent the uniqueness of the Amazon region. Among the benefits of the use of the ecoroof, it is acknowledged by having a thermal behavior that mitigates the effects of severe climate, and this peculiarity of ecoroofs allows greater heat balance of the environment. Thus, it was built two units of measurement for temperature monitoring, located in the metropolitan region of Belém, one unit used the conventional roof and the other ecoroof. In each unit, a digital thermometer type datalogger was placed, measuring the temperature in every 10 minutes. The
results showed that the use of ecoroofs reduces temperature range in the internal air units and the internal surface of the roofs. Therefore, it concluded that the use of ecoroof on Amazon region makes it easier to obtain an environment that provides thermal comfort to the users. Key words: Ecoroof. Green roof. Thermal behavior. Theme Area: Environmental Technologies.
1 Introdução O aumento da temperatura da terra é um tema de crescente repercussão nas últimas décadas. Dentre os fatores que levaram a essas alterações climáticas, sobretudo a elevação da temperatura global, pode-se citar a ação antrópica, representada por atividades que causam intensa liberação de gases causadores do efeito estufa, e também pela alteração do meio ambiente natural devido ao processo de urbanização, que também causam alterações em escalas mais locais. Nesse processo de urbanização, a arquitetura e o urbanismo acabaram seguindo uma padronização internacional, que não levava em consideração as especificidades dos locais como o clima, mantendo uma característica construtiva semelhante independentemente do local. Segundo Ortiz (2006), a padronização representaria assim uma adequação das formas arquitetônicas ao industrialismo das sociedades de massa, que, muitas vezes passa por cima das características e especificidades dos diversos países e das diversas regiões dentro deles. Considerando que essa padronização que ocorre no processo de urbanização gera consequências negativas no meio urbano, como ilhas de calor, impermeabilização dos solos e redução de áreas verdes, nota-se um desvio dos valores da arquitetura e urbanismo, já que eles tem como principal objetivo, nos dias de hoje, o conforto ambiental, compreendendo o estudo das condições térmicas, acústicas, luminosas, energéticas e os fenômenos físicos a elas associados como um dos condicionantes da forma e da organização do espaço (FROTA & SCHIFFER, 2001). Nesse contexto, as construções verdes surgem um conjunto de técnicas que visam atender as demandas individuais e ambientais contra as alterações climáticas em uma dimensão local. Sendo que uma das técnicas existentes para obter esse fim é a utilização das coberturas verdes, ou ecotelhas (LIMA et al, 2009). Por definição, a utilização das coberturas verdes é uma técnica arquitetônica caracterizada pela utilização de vegetação (árvores, plantas,...) nas coberturas de residências e edifícios, que são muitas vezes utilizadas para se alcançar maior conforto térmico em escala local. Além da regulação da temperatura, o uso do ecotelhado também se destaca por retenção das águas pluviais e benefícios estéticos e sociais. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi realizar um estudo comparando características térmicas de dois diferentes tipos de cobertura: o ecotelhado e a cobertura convencional. Além da análise do comportamento térmico desses distintos tipos de cobertura, vale ressaltar a importância da obtenção de dados que representem a peculiaridade da região amazônica. Os estudos da presente pesquisa pretendem ampliar o conhecimento desta técnica que não é muito difundida. 2 Metodologia O trabalho foi realizado na cidade de Belém, capital do estado do Pará, no Norte do Brasil. Belém tem uma forte ligação com a floresta e os rios que a circundam, sendo entrecortada por esses rios, igarapés, furos, baias e lagos, sempre acompanhados de áreas verdes, perfil característico das cidades amazônicas (ARAÚJO, 2007). E Lopes et al (2006) afirma que pela classificação de Koppen, Belém se enquadra na categoria climática equatorial úmido do tipo Af. O estudo teve como objetivo comparar as características térmicas do telhado convencional e do ecotelhado no clima equatorial da região amazônica, analisando o comportamento térmico dos dois tipos de telhado e sua influência no ambiente interno. O tipo de telha convencional escolhido para se fazer a comparação foi a telha de fibrocimento, muito utilizada no Brasil. As unidades de medição (figura 1) denominadas de UTC (Unidade de Telhado Convencional) e UET (Unidade de Ecotelhado) foram construídas baseando-se nos estudos de
Beyer (2006) e Vacilikio & Fleischfresser (2011), as quais possuíam volume interno de 1m 3 cada uma. Figura 1 Unidades de medição instaladas na área de estudo. Na construção das unidades, primeiramente foi montada a estrutura das mesmas. Essas estruturas apresentam uma altura de 1,75 metros nas partes frontais das unidades e 1,65 metros nas partes traseiras, essa diferença foi proposta visando se obter uma inclinação do telhado de acordo com a literatura revisada. A inclinação da telha neste estudo foi de 5,7, cerca de 10%. Essa altura também visava a elevação da unidade em relação ao nível do chão, além da fixação da unidade no solo. Após a estrutura estar pronta, foram pregadas as folhas de compensado de 10mm, formando as paredes e o piso da unidade, e então as duas unidades foram pintadas de branco para diminuir a absorção de calor pelas paredes das unidades, e também por motivos estéticos. Por fim as telhas de fibrocimento foram parafusadas na estrutura, e na unidade de ecotelhado, um módulo de ecotelhado foi montado sobre o telhado. O módulo montado sobre a UET teve sua construção baseada em todas as estruturas necessárias para o adequado funcionamento de uma cobertura verde, apresentando assim as seguintes camadas: Camada impermeável: representada por uma caixa de fibra de vidro, com função impermeabilizante e de sustentação das outras camadas; Camada drenante: formada por seixo, pedras de tamanho médio que também são utilizadas em decoração de jardins; Camada filtrante: foi representada por uma manta geotêxtil, geralmente utilizado em jardins com a mesma finalidade de filtrar somente a água e não permitir que o substrato se desloque para camadas inferiores; Substrato: a camada de substrato nesse estudo foi representada por terra preta, sem necessidade de adição de nutrientes ou outros tipos de correção do solo; Vegetação: O tipo de vegetação usado nesse estudo foi a grama esmeralda (Zoysia japônica). Concluída a montagem do módulo de ecotelha foi possível então iniciar a aquisição de dados com a instalação dos termômetros tipo datalogger. O termômetro utilizado foi o TD-
880 da marca Icel. Ele apresentava todas as funcionalidades necessárias, além de uma boa autonomia na duração da bateria, e também um sistema de organização dos dados gravados e permitiam dois pontos de medição, que foram definidos a superfície interna da telha e o ar interno das unidades. O período de aquisição de dados foi de dezembro de 2011 até maio de 2012. Os termômetros foram configurados para gravar dados a cada 10 minutos, o que gerou dados o suficiente para uma boa análise do comportamento térmico das telhas. 3 Resultados Devido à grande quantidade de dados, eles foram trabalhados em forma de gráficos, a fim facilitar a análise. Sendo que para essa análise foi escolhido um período de 3 dias, em que a temperatura alcançou níveis mais significativos, evidenciando de forma mais expressiva as diferenças comportamentais dos distintos tipos de telhas analisados. O período escolhido para fazer a análise detalhada foi o de 27 a 29 de maio de 2012. Esse período foi escolhido por apresentar altos picos de temperatura, tanto do ar quanto da superfície interna das telhas, além de apresentar também uma média de temperatura elevada. Esses picos de temperatura podem ser explicados devido a radiação solar ter alcançado altos valores nesses dias, ultrapassando a faixa de 3000 Watts/metro em dois dos três dias. Com a análise dos dados, percebe-se que o ecotelhado atribui uma característica marcante: a de amortecimento térmico na UET. Ou seja, a unidade de ecotelhado apresenta uma amplitude térmica menor que a unidade de telhado convencional. Analisando o gráfico que indica a temperatura interna do ar nas unidades percebe-se que a faixa de temperatura da UET é menor que a faixa de temperatura da UTC (figura 2). Figura 2 Gráfico da variação da temperatura do ar interno das unidades de medição O gráfico permite perceber facilmente que a temperatura do ar na UTC tem variações maiores se comparadas com as variações na UET. Tanto as temperaturas máximas quanto as temperaturas mínimas são menos intensas na UET. O valor de amplitude térmica na UTC para os dias 27, 28 e 29 de maio de 2012 foi 15,8 C, enquanto na UET foram 11,6 C. Essa característica se mostra mais evidente quando analisado o gráfico da temperatura superficial interna das telhas (figura 3), isso acontece pois as telhas são os componentes que tem maior influência da radiação solar, absorvendo o calor de forma direta. Logo, as características de amortecimento térmico do ecotelhado também são mais expressivos.
Figura 3 Gráfico da variação da temperatura superficial interna das telhas das unidades de medição Considerando a temperatura superficial interna das telhas, nota-se uma diferença no comportamento térmico quando comparado com o comportamento térmico do ar no interior das unidades. No caso da UTC, tanto o pico de máxima temperatura quanto o de mínima são mais acentuados, isso ocorre pois a telha de fibrocimento tem a característica de absorver e perder calor rapidamente, o que ocasiona em uma maior amplitude térmica. No caso da UET, o inverso ocorre, tanto o pico de máxima temperatura quanto o de mínima são menos acentuados, isso ocorre pois o ecotelhado funciona como um isolante térmico, ou seja, a troca de calor não acontece de maneira rápida, ocasionando em uma menor amplitude térmica. Os valores de amplitude térmica da temperatura superficial interna da UTC e da UET são, respectivamente, 32,6 C e 9,3 C. O quadro 1 abaixo permite observar de forma mais clara os valores de temperatura que comprovam essa característica de amortecimento térmico obtida com a utilização do ecotelhado. Quadro 1 Temperaturas máximas, mínimas e amplitudes térmicas nas unidades de medição no período de estudo Temperatura do Ar ( C) Temperatura Superficial Interna ( C) Tipo de telha Máxima Mínima Amplitude térmica Máxima Mínima Amplitude térmica Ecotelha (UET) Telhado convencional (UTC) Fonte: Os autores (2012) 34,5 22,9 11,6 33,3 24 9,3 37,7 21,9 15,8 53,3 20,7 32,6 4 Conclusão Esta pesquisa pode identificar o comportamento térmico uma cobertura verde e de uma cobertura convencional (de fibrocimento) na cidade de Belém, do Pará, e avaliar o comportamento desses dois tipos de cobertura no clima da região amazônica, que possui suas particularidades. Os resultados do estudo mostraram que com a utilização do ecotelhado, ocorre uma
considerável interferência na temperatura da cobertura de uma construção, e consequentemente do interior das mesmas. Uma característica marcante notava com o uso do ecotelhado foi que ele funcionou como um isolamento térmico para a unidade de medição. Enquanto a amplitude térmica da superfície interior da telha do ecotelhado era de 9,3 C, a amplitude do telhado convencional era muito superior, atingindo o valor de 32,6 C. E isso refletia na amplitude térmica do ar interno das unidades, que na UET foi de 11,6 C, e na UTC atingiu 15,8 C. Esses valores são muito significativos, ainda mais se compreendermos os benefícios que eles podem trazer, seja na aquisição de conforto térmico, quanto na redução de gastos com ar condicionados ou outros aparelhos de resfriamento. Portanto, se conclui que com a utilização do ecotelhado, é mais fácil de obter um ambiente que propicie um conforto térmico, devido a ele diminuir a amplitude térmica nas construções, amenizando os picos máximos e mínimos de temperatura. Além disso, é possível associar sua utilização com outros benefícios nos centros urbanos, como a redução do escoamento superficial, redução com gastos de energia (resfriamento, aquecimento...), atenuação das ilhas de calor, entre outros. Referências ARAÚJO, S. R. As funções dos Telhados Verdes no Meio Urbano, na Gestão e no Planejamento de Recursos Hídricos, Monografia Apresentada ao Instituto de Florestas da Universidade Federal Rural do Rio de janeiro, Seropédica, RJ, 2007. BEYER, P. Medição do Desempenho Térmico de Ecotelhas. Data não indicada. Laboratório de Vapor e Refrigeração, UFRGS. Porto Alegre, RS. Disponível em: <http://www.ecotelhado.com.br/informacoesinterna/desempenho%20termico.pdf>. Acesso em 05 de Jun. 2012. FROTA, A. B.; SCHIFFER, S. R. Manual de Conforto térmico: arquitetura, urbanismo. 5ª edição. São Paulo: Studio Nobel, 2001. 243 p. LIMA, I. G; BARROCA, B. B.; D OLIVEIRA, P. S. Influencia do telhado ecológico com plantas verdes no conforto ambiental. In: ENCONTRO INTERNACIONAL DE PRODUÇÃO CIENTÍFICA CESUMAR, 6., 2009. Maringá. Anais... Maringá, 2009. LOPES, E.L.N.; FERNANDES, A.R.; GRIMALDI, C.; RUIVO, M.L.P.; RODRIGUES, T.E.; SARRAZIN, M. Características químicas de um gleissolo sob diferentes sistemas de uso, nas margens do Rio Guamá, Belém, Pará. Boletim do Museu Paraense Emílio Goeldi. Ciências Naturais. v.1, n.1, p. 127-137, 2006. ORTIZ, R. Reflexões sobre a pós-modernidade: o exemplo da arquitetura. Revista Brasileira de Ciências Sociais, n. 20, out. 1992. VACILIKIO, D. V.; FLEISCHFRESSER. L. Comparação entre Telhado Verde e Convencional nas Temperaturas Internas de Ambientes. In: CONGRESSO CIENTÍFICO DA REGIÃO CENTRO-OCIDENTAL DO PARANÁ, 4.M 2011, Campo Mourão. Anais...