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Orientação solar das edificações Apresentação A correta orientação solar de uma edificação é um dos principais fatores para otimizar a utilização dos recursos naturais disponíveis no ambiente, como a luz solar e o vento, gerando conforto e bem- estar aos usuários. Nesta Unidade de Aprendizagem, você verá a importância da orientação solar no projeto de edificações e como a insolação pode interferir no conforto dos ambientes, por meio de exemplos e conteúdo teórico. Bons estudos. Ao final desta Unidade de Aprendizagem, você deve apresentar os seguintes aprendizados: Definir a importância da orientação solar para o projeto de edificações.• Identificar as interferências da insolação nos ambientes.• Exemplificar projetos arquitetônicos em que a interação entre edificação e orientação solar é considerada. • Infográfico O entorno da edificação, a implantação, o zoneamento da edificação e o tratamento que as fachadas recebem são alguns desses elementos que são essenciais que o arquiteto considere em seu projeto. Acompanhe, no infográfico, um detalhamento de cada um desses elementos a considerar em um projeto e suas interferências da insolação nos ambientes. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://statics-marketplace.plataforma.grupoa.education/sagah/031b658b-c3e2-4c50-811f-d0d18cddabe9/548b6692-1ac8-419b-8c46-05465e12de6a.jpg Conteúdo do livro A orientação solar em projetos de arquitetura é um dos elementos principais na etapa de levantamentos e estudos preliminares, podendo, muitas vezes, ser uma condicionanante projetual. A correta disposição de uma edificação quanto à sua insolação auxilia no bem-estar dos habitantes, tornando os ambientes mais salubres e confortáveis, além de contribuir com a eficiência energética. No capítulo Orientação solar das edificações, da obra Conforto ambiental, base teórica para esta Unidade de Aprendizagem, você estudará mais sobre o conforto ambiental e a importância da orientação solar para o projeto de edificações. Boa leitura. CONFORTO AMBIENTAL Orientação solar das edificações Objetivos de aprendizagem Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados: Definir a importância da orientação solar para o projeto de edificações. Identificar as interferências da insolação nos ambientes. Exemplificar projetos arquitetônicos em que a interação entre edifi- cação e orientação solar é considerada. Introdução A correta orientação solar de uma edificação é um dos principais fatores para otimizar a utilização dos recursos naturais disponíveis no ambiente, como a luz solar e o vento, gerando conforto e bem-estar para os usuários. Para tanto, o projeto arquitetônico deve ser desenvolvido de acordo com as características bioclimáticas de cada local, aproveitando o que o clima traz de bom e resolvendo os problemas que poderiam interferir no desempenho da edificação. Condições de conforto ambiental são imprescindíveis para a saúde e o bem-estar das pessoas. Nos projetos de edificações, devemos considerar os fatores que influenciam direta ou indiretamente o conforto ambiental. O clima, as condições de vento, a temperatura, a insolação, a umidade e a luz natural serão determinantes para o conforto térmico da edificação. De acordo com Mascaró (1991), são quatro os principais fatores que afetam a perda de calor no ser humano, também chamados de fatores dinâmicos do clima: temperatura, umidade, movimento do ar e radiação. Uma edificação projetada sem considerar esses fatores pode se tornar inapropriada para os usuários dela, além de representar gastos maiores com consumo energético para compensar o desconforto térmico natural da edificação. Um exemplo são os edifícios envidraçados em climas quen- tes e com orientações com muita incidência solar. A menos que sejam utilizados materiais especiais e, muitas vezes, extremamente caros, esses edifícios requerem soluções de climatização artificial para compensar o calor intenso no verão e o frio no inverno. Há que se observar que todas as decisões que afetam o consumo energético de uma edificação ocorrem na elaboração dos desenhos preliminares de um projeto. O esforço necessário para implementar tais decisões na fase preliminar do projeto é pequeno quando comparado àquele que seria necessário para a sua posterior implementação, con- forme lecionam Brown e Dekay (2004). Neste capítulo, você vai verificar a importância da orientação solar no projeto de edificações e como a insolação pode interferir no conforto dos ambientes, analisando, por fim, exemplos de projetos arquitetônicos em que a interação entre edificação e orientação solar foi considerada. Importância da orientação solar para o projeto de edificações Na elaboração de projetos de arquitetura adequados aos diferentes climas, destacam-se alguns fatores que infl uenciam as decisões de projeto em função das características climáticas. De acordo com Frota (2003), são eles: forma (geometria) mais apropriada; orientação e dimensionamento das aberturas; localização dos diversos blocos no espaço físico; determinação da sombra projetada das edificações; determinação das máscaras produzidas por obstruções externas às aberturas; indicação de elementos externos de projeção da radiação solar (cons- truções, vegetação, etc.). O controle da radiação solar é um dos fatores com maior impacto no conforto térmico da edificação. Em locais onde o clima é muito quente, por exemplo, deve-se evitar que a radiação solar penetre em excesso nos ambientes, prevenindo ganhos de calor. No inverno, as pessoas perdem calor e, com isso, sentem frio; no verão, sentem calor e buscam se refrescar. Há muitas formas de isolar o calor e o frio nas construções, visando minimizar o desconforto térmico. As soluções Orientação solar das edificações2 estão, basicamente, na adequação do projeto do edifício, especialmente no que tange à sua orientação e ao seu envoltório (paredes, aberturas e cobertura). Determinar a posição do sol para o local da edificação e proteger o seu envoltório requer um estudo da geometria da insolação, que vai determinar graficamente a incidência do sol de acordo com a latitude, a hora e a época do ano, conforme leciona Frota (2003). No exemplo demonstrado nas Figuras 1 e 2, você observar que, de acordo com o horário do dia e a época do ano, há uma variação significativa na sombra projetada pela edificação no terreno devido à mudança da incidência solar. Nesse exemplo hipotético, a edificação está em um terreno situado no Hemisfério Norte, em Saint Louis, Missouri. Figura 1. Sítio hipotético para demonstrar a incidência solar sobre a edificação no terreno em diferentes horários e épocas do ano. Fonte: Brown e Dekay (2004, p. 29). 3Orientação solar das edificações Figura 2. Incidência solar sobre a edificação no terreno (sítio hipotético) em diferentes horários e épocas do ano. Fonte: Brown e Dekay (2004, p. 30). Na prática Veja, por meio de realidade aumentada, o quanto a incidência de luz solar em terreno no Hemisfério Sul influencia os aspectos construtivos de uma edificação, bem como as decisões arquitetônicas. Aponte para o QR code ou acesse o link https://goo.gl/RtwuxK para ver o recurso.. Orientação solar das edificações4 Para determinar os horários do dia e do ano nos quais o sol estará pre- sente em determinado sítio, utilizamos a carta solar, com a representação dos elementos existentes no sítio. A Figura 3 mostra um solaroscópio, um instrumento que simula o movimento do Sol e permite identificar a incidência solar sobre uma edificação e a sombra projetada no terreno. Figura 3. Representação de um solaroscópio. Fonte: Adaptada de Lamberts, Dutra e Pereira (2014). Para melhor compreender a carta solar e a utilização do solaroscópio para simulações em projeto, veja a Figura 4, que demonstra o movimento do planeta Terra em torno do Sol e os diferentes ângulosde incidência da radiação solar de acordo com o período do ano e o horário do dia. Já a Figura 5 demonstra a trajetória solar em um dia qualquer na carta solar. 5Orientação solar das edificações Figura 4. Trajetória da Terra ao redor do Sol (translação), com o ângulo de inclinação do eixo norte-sul, os solstícios e os equinócios para o Hemisfério Sul. Fonte: Adaptada de Lamberts, Dutra e Pereira (2014). Figura 5. Trajetória solar em um dia qualquer na carta solar. Fonte: Adaptada de Lamberts, Dutra e Pereira (2014). Orientação solar das edificações6 A carta solar representa a trajetória do Sol na abóbada celeste como se ele estivesse projetado sobre uma superfície horizontal, conforme apontam Libbey-Owens-Ford (1974), Olgyay (1963) e Hoke (1996, apud BROWN; DEKAY, 2004). Na Figura 6 é demonstrado um exemplo de carta solar para a latitude 40º. Figura 6. Carta solar para a latitude 40°. Fonte: Brown e Dekay (2004, p. 31). Interferências da insolação nos ambientes As edifi cações são nossa terceira pele. No tempo em que nossos ancestrais se deslocavam em busca de áreas para se fi xar, há centenas de milhares de anos, eles não somente necessitavam adequar suas vestimentas, mas também as edifi cações para os abrigar e proteger. Assim, surgiu a necessidade de se construir edifi cações mais resistentes tanto ao frio quanto ao calor. 7Orientação solar das edificações O que não mudou com essas migrações foi o metabolismo humano pree- xistente. Em todas as sociedades, as pessoas têm a fi siologia e a temperatura corporal de aproximadamente 37,5 ºC, além dos mecanismos de adaptação para que possam manter seus corpos a essa temperatura mesmo nos climas mais rigorosos, conforme lecionam Roaf, Crichton e Nicol (2009). Assim, para tornar possível a sobrevivência em temperaturas que podem variar de mais de 50 ºC, nas latitudes menores, até −50°C, no Círculo Ártico, outros fatores entraram em jogo: o uso de vestimentas mais pesadas ou mais leves (a segunda pele) e o projeto das edificações (a terceira pele). A Figura 7 resume as interações entre clima, pessoas e edificações. Figura 7. Interação entre clima, pessoas e edificações: as edificações amenizam o clima de assentamentos ocupados de forma tradicional para ficarem adequados aos ocupantes e para trazer conforto dentro das normas culturais. Fonte: Roaf, Crichton e Nicol (2009, p. 52). A insolação nos ambientes afeta diretamente as pessoas e o conforto dos espaços. Dependendo da orientação solar, da distribuição das aberturas, dos materiais utilizados e da forma da edificação, haverá maior ou menor penetração dos raios solares. Com isso, há um impacto sobre a iluminação natural dos ambientes e a quantidade de calor dentro deles. A orientação do edifício influencia a quantidade de calor que ele recebe e pode representar o aumento do consumo de energia. Mascaró (1991) destaca que o uso adequado da orientação solar da edificação pode reduzir em cerca de 50% o consumo energético. O autor também exemplifica que um edifício Orientação solar das edificações8 na latitude 30ºS (correspondente a Porto Alegre), com suas fachadas maiores orientadas favoravelmente, recebe 1,7 milhão de quilocalorias/dia, ao passo que, quando orientado desfavoravelmente, a carga térmica recebida é da ordem de 4,2 milhões de quilocalorias/dia (quase 150% maior). Além da orientação, a forma da edificação também vai influenciar na carga térmica recebida por ele. Para que um edifício se torne confortável, ele deve ser projetado para o clima em que está inserido e deve considerar a orientação solar desde a fase preliminar do projeto. Esse cuidado deve ter como base o controle da radiação solar direta nos ambientes internos e a minimização da radiação solar direta e difusa nas fachadas e coberturas do edifício. No Hemisfério Sul (abaixo da Linha do Equador), a melhor orientação solar para a iluminação natural nas edificações é a orientação solar norte. Nessa orientação há maior incidência de luz solar direta e é relativamente fácil de sombrear as aberturas para o controle da entrada de radiação solar. A orientação solar sul também é benéfica para a iluminação natural, considerando que a incidência de luz é constante e que se trata da orientação que menos recebe luz solar direta, evitando assim o ofuscamento nos ambientes. Já as orientações solares leste e oeste são as que recebem a luz solar direta com mais intensidade no verão e menos no inverno, dificultando o projeto de proteções solares. A Figura 8 ilustra uma planta ideal considerando a orientação solar e a luz natural. Figura 8. Planta com orientação ideal em relação à iluminação natural. Fonte: Adaptada de Lamberts, Dutra e Pereira (2014). 9Orientação solar das edificações Projetos arquitetônicos em que a interação entre edificação e orientação solar é considerada As estratégias de projeto são utilizadas para melhorar a interação entre a edifi cação, o clima e a orientação solar. A maioria delas trata da orientação e da localização dos recintos com relação à insolação e à ventilação do lo- cal. A seguir serão apresentados alguns exemplos em que essa interação foi considerada no projeto arquitetônico. Nesses exemplos foram considerados principalmente a forma e o fechamento dos recintos, de modo a reduzir as cargas de aquecimento ou esfriamento, ou para responder às necessidades de uma edifi cação quanto ao aquecimento, ao esfriamento e à iluminação, por meio do uso dos recursos disponíveis no sítio. As estratégias apresentam recomendações de como os recintos podem ser projetados de forma a coletar, armazenar e distribuir o calor solar e/ou melhor utilizar o recurso de ventilação natural, conforme apontam Brown e Dekay (2004). Plantas baixas compactas As plantas baixas compactas reduzem a área de pele e, portanto, as perdas e os ganhos térmicos (aquecimento e esfriamento), conforme mostra a Figura 9. A quantidade de pele exposta em relação ao volume envolvido aumenta à medida que formas compactas, como cubos, são alongadas e se transformam em prismas retangulares ou fechamentos mais articula- dos. Consequentemente, as perdas e os ganhos térmicos por condução e convecção através da pele são maiores nas formas alongadas do que na formas compactas com o mesmo volume, conforme lecionam Brown e Dekay (2004). Orientação solar das edificações10 Figura 9. Exemplo de edificação no estilo New England Salt Box, com planta baixa compacta, e seu desempenho térmico. Fonte: Brown e Dekay (2004, p. 168). Estratégias de ventilação Na Figura 10 estão demonstradas de forma esquemática diferentes soluções em planta baixa e corte que permitem melhor utilização da ventilação natural nos ambientes da edifi cação. A ventilação cruzada é uma estratégia particu- larmente valiosa pois, além de remover o calor dos recintos, também promove uma melhor sensação térmica em climas quentes, uma vez que auxilia na evaporação das pessoas, conforme apontam Brown e Dekay (2004). 11Orientação solar das edificações Figura 10. Estratégias de organização dos espaços que favorecem tanto a ventilação cruzada quanto a ventilação por efeito chaminé. Fonte: Brown e Dekay (2004, p. 170). Conjunto habitacional em blocos com jardins Nem sempre os terrenos apresentam uma condição que permita a melhor orientação solar da edifi cação. A Figura 11 traz o exemplo do conjunto habi- tacional Brunnerstrasse-Empergasse, dos arquitetos Reinberg-Trebersperg- -Raith, em Viena, na Áustria, que foi concebido em doze barras de blocos com três pavimentos voltados para o sul (a maior incidência solar no Hemisfério Norte, ao contrário do Hemisfério Sul). As unidades voltadas para o sul garantem o aquecimento térmico necessário por meio da insolação direta nas fachadas e da criação de jardins de inverno, conforme apontam Brown e Dekay (2004). Orientação solar das edificações12 Figura 11. Conjunto habitacional Brunnerstrasse-Empergasse, corte norte-sul típico. Fonte: Browne Dekay (2004, p. 177). No link a seguir, leia um estudo de caso de um edifí cio de escritó rios em Brasí lia cujo projeto levou em consideração a análise bioclimática da cidade. https://goo.gl/kMHchn 13Orientação solar das edificações BROWN, G. Z.; DEKAY, M. Sol, vento & luz: estratégias para o projeto de arquitetura. 2. ed. Porto Alegre: Bookman, 2004. FROTA, A. B. Manual de conforto térmico. 8. ed. São Paulo: Studio Nobel, 2003. LAMBERTS, R.; DUTRA, L.; PEREIRA, F. O. R. Eficiência energética na arquitetura. 3. ed. Brasília: PROCEL Edífica, 2014. Disponível em: <http://www.mme.gov.br/docu- ments/10584/1985241/Livro%20-%20Efici%C3%AAncia%20Energ%C3%A9tica%20 na%20Arquitetura.pdf>. Acesso em: 6 nov. 2018. MASCARÓ, L. R. Energia na edificação. 2. ed. São Paulo: Projeto, 1991. ROAF, S.; CRICHTON, D.; NICOL, F. A adaptação de edificações e cidades às mudanças climá- ticas: um guia de sobrevivência para o século XXI. 1. ed. Porto Alegre: Bookman, 2009. Orientação solar das edificações14 Dica do professor A proteção solar nas edificações, assim como a orientação solar bem-disposta, possibilita que os espaços sejam dimensionados com conforto térmico e lumínico de forma natural. Os Brises são elementos compositivos de fachadas, utilizados como barreiras de proteção contra a radiação que poderia incidir diretamente nas janelas, varandas ou paredes. Assista ao vídeo desta Dica do Professor e conheça mais sobre os Brises. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://fast.player.liquidplatform.com/pApiv2/embed/cee29914fad5b594d8f5918df1e801fd/035fb09ad570eda697e23c41f90cb5dd Na prática João da Gama Filgueiras Lima, também conhecido como Lelé, foi um arquiteto brasileiro conhecido pelos projetos desenvolvidos junto à Rede Sarah de hospitais. O hospital da Rede Sarah do Rio de Janeiro, projetado pelo arquiteto, é um exemplo de arquitetura adequada ao clima, à orientação solar e às condições de conforto necessárias do local. Conheça um pouco mais sobre esse projeto. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://statics-marketplace.plataforma.grupoa.education/sagah/8e0147ab-74f0-44d6-b63d-fca32e1544dd/d4f010de-1eea-44ad-a2fb-ee1fdacd5662.jpg Saiba + Para ampliar o seu conhecimento a respeito desse assunto, veja abaixo as sugestões do professor: Galeria da arquitetura O vídeo apresenta uma entrevista com Siegbert Zanettini, falando sobre a ampliação do Centro de Pesquisa da Petrobras que se destacou como símbolo da arquitetura ecossistêmica e sustentável no Brasil. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. A evolução das estratégias de conforto térmico e ventilação natural na obra de João Filgueiras Lima, Lelé: Hospitais Sarah de Salvador e do Rio de Janeiro O artigo apresenta as principais estratégias de conforto térmico e ventilação natural, utilizadas nos projetos arquitetônicos do arquiteto João Figueiras Lima. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. Projeteee - Projetando edificações energeticamente eficientes O Projeteee é a primeira plataforma nacional que agrupa soluções para um projeto de edifício eficiente, com intuito de dar continuidade ao trabalho desenvolvido pelo PROCEL/Eletrobrás e a Universidade Federal de Santa Catarina – UFSC. O Projeteee é uma ferramenta pública com uma interface de fácil uso e serve como suporte didático a alunos e profissionais da construção civil visando a auxiliar seus projetos a fim de garantir o conforto dos usuários no interior das edificações. https://www.youtube.com/embed/2hI6DuzsUNU http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18141/tde-25042011-100330/es.php Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. Sol, vento e luz - Estratégias para o projeto de arquitetura Neste livro são demonstrados diversos exemplos e soluções que comprovam o quanto as decisões de projeto afetam o desempenho térmico e o conforto das edificações. Conteúdo interativo disponível na plataforma de ensino! http://www.mme.gov.br/projeteee Trocas térmicas entre o meio e as edificações Apresentação A saúde do ser humano depende de muitas variáveis e condições que interferem direta ou indiretamente no seu cotidiano. O conforto térmico do ambiente em que se vive ou trabalha interfere profundamente na saúde física, mental e social, afetando o bem-estar do indivíduo. As trocas térmicas condicionam os ambientes de maneira favorável ou desfavorável, sendo necessário conhecer os mecanismos relacionados ao calor, por meio de escolhas de materiais corretos, uso de boas técnicas construtivas e boas práticas nas especificações. É necessário entender a conservação, a troca e a dispersão do calor para adequação das edificações de forma a garantir a vida humana mais confortável nos ambientes. Nesta Unidade de Aprendizagem, você verá as principais formas de troca térmica e ventilação e quais recursos podem ser usados para a melhoria do conforto térmico nas edificações. Bons estudos. Ao final desta Unidade de Aprendizagem, você deve apresentar os seguintes aprendizados: Diferenciar os conceitos de irradiação solar direta, difusa e total.• Reconhecer a importância dos movimentos do ar ou da ventilação.• Sugerir estratégias de proteção solar.• Infográfico Saber usar a orientação solar em favor de um bom projeto faz a diferença na vida e no cotidiano dos usuários da edificação. Barreiras solares de proteção são importantes para sanar problemas com a falta de conforto térmico, mas, para se construir uma edificação eficiente, há soluções baratas e corretas na fase do projeto. A irradiação solar pode ser aproveitada ou evitada com o uso correto da localização dos cômodos da edificação. Neste Infografico, você verá como usar a orientação solar para escolher a localização dos cômodos de maneira a amenizar o desconforto. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://statics-marketplace.plataforma.grupoa.education/sagah/f27b9781-8286-4b5d-b8ea-d7def9a102d7/f8dd1e23-b748-4691-a442-c1d563b70149.png Conteúdo do livro Para projetar edificações mais eficientes, o apoio dos conhecimentos, das normas técnicas e das experiências já vivenciadas são de grande importância. As proteções solares, as ventilações naturais e outros elementos que possibilitam as trocas térmicas poderão ser usados se houver conhecimento de como aproveitar cada recurso de maneira correta. No capítulo Trocas térmicas entre o meio e as edificações, da obra Conforto ambiental: iluminação natural, você terá informações importantes para auxiliar no processo de escolha da melhor solução arquitetônica, considerando as proposições descritas. Boa leitura. CONFORTO AMBIENTAL: ILUMINAÇÃO NATURAL Laura Jane Lopes Barbosa Trocas térmicas entre o meio e as edificações Objetivos de aprendizagem Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados: � Diferenciar os conceitos de irradiação solar direta, difusa e total. � Reconhecer a importância dos movimentos do ar/ventilação. � Sugerir estratégias de proteção solar. Introdução Neste capítulo, você vai estudar de que modo o ambiente interfere na arquitetura e a arquitetura pode interferir nesse ambiente, considerando a situação térmica e as trocas entre eles. Entender o conceito de troca térmica é primordial para o bom exercício projetual e, consequentemente, para que a edificação seja eficiente termicamente. As consequências de uma edificação planejada desconsiderando os estudos das trocas térmicas com o meio onde será edificada são graves e, muitas vezes, exigem recursos altos para a devida correção. Entender como essas trocas térmicas funcionam, diferenciando as formas de irradiação, reconhecendo a importância das ventilações e usando estrategicamente osrecursos de proteção solar, fará a diferença em um projeto e sua construção. De acordo com Mascaró e Mascaró (1992), os elementos deter- minantes do desempenho térmico são as paredes e a cobertura, o que faz um bom projeto de arquitetura depender, em grande parte, das boas escolhas dos materiais desses envolventes, combinadas com a zona climática local. 1 Irradiação solar direta, difusa e total A irradiação solar ou radiação solar é o fluxo de energia emitida pelo Sol e transmitida como radiação eletromagnética, que afeta diretamente o clima da Terra (RODRÍGUEZ GÓMEZ et al., 2018). É emitida em diferentes camadas da atmosfera e se propaga a uma velocidade de 300.000 km/s, influenciando nos processos físicos e biológicos do planeta e interferindo em toda a vida humana. Com aspectos ondulatórios e corpusculares, sua relevância é de tal porte que o planeta, verdadeiramente, não existiria sem a interferência da irradiação solar — e é essa irradiação que o diferencia de outros planetas conhecidos atualmente. O Sol é, seguramente, a fonte de energia mais importante da Terra. Sendo fonte de calor ou de luz, sua relevância no conforto térmico das edificações é irrefutável. Da luz do Sol se pode tirar partido para qualquer projeto arqui- tetônico, principalmente, no que tange ao conforto térmico e à economia de energia, gerando uma edificação de excelente desempenho. A radiação solar é o elemento climático que tem o comportamento mais conhecido, sendo simples a detecção dos índices que a determinam. Mar- cando a altura e o azimute em uma carta solar, você saberá onde estará o Sol em determinada data no ano. A carta solar de São Paulo, por exemplo, mostra como se pode usar as cartas solares para controlar a incidência do Sol nas edificações. O movimento de rotação da Terra é de 23° em relação ao de translação. Conforme a época do ano e a latitude do local, o Sol faz um percurso específico. Azimute, em árabe, significa caminho, e refere-se ao ângulo encontrado em um plano horizontal entre o plano vertical do ponto observado e o meridiano do observador. O desempenho térmico de uma edificação pode ser mais bem compreendido se baseado nas trocas térmicas (FROTA; SCHIFFER, 2007), e a irradiação solar é fundamentalmente um fenômeno de interferência. Trocas térmicas entre o meio e as edificações2 Essa produção de energia contínua, quando irradiada sem interferência de espelhamento pela atmosfera, incidindo em linha reta sobre a Terra, é chamada de irradiação direta ou radiação direta (Rd). A intensidade dessa radiação depende da altura solar (H) e do ângulo de incidência dos raios solares no plano receptor (Q). Esse tipo de radiação influencia fortemente no conforto térmico das edificações, sendo a principal fonte de calor desse processo, e é também a de maior incidência de luz. Já a radiação solar difusa (RDif) é a fração da radiação que atravessa a atmosfera e tem a direção dos raios solares difundidos por componentes at- mosféricos como névoa, nuvens ou mesmo partículas em suspensão e fumaça. A radiação solar global ou total é igual à soma da radiação direta com a difusa, englobando todos os aspectos e formas de radiação possíveis. A radiação solar tem aumentado a cada dia, causando sérios danos à saúde das pessoas. O aquecimento solar e as superfícies das cidades aumentam, significativamente, os riscos à saúde dos usuários. As construções e mesmo o urbanismo têm se estabelecido de maneira a proteger as pessoas desse problema. 2 A importância dos movimentos do ar e da ventilação Os estudos de conforto térmico são de extrema importância para a compreensão das condições de satisfação pessoal, produtividade e saúde, e também para análise do desempenho energético, auxiliando na conservação dos recursos de energia (NICOL; HUMPHREYS; ROAF, 2012). É evidente que possibilitar a ventilação natural é a forma mais saudável de se projetar uma edificação eficiente em seu desempenho. Os modelos praticados a cada processo de melhoria das soluções arquitetônicas são implantados com muita eficiência nas edificações, possibilitando um conforto térmico incontestável 3Trocas térmicas entre o meio e as edificações Desde a renovação do ar, passando pelo resfriamento psicofisiológico até o resfriamento convectivo, a ventilação natural exerce seu papel principal, o de gerar qualidade de vida aos usuários. A diferença de pressão, que pode ser causada pelo vento ou pela temperatura, é a base para mover o ar e aproveitá-lo da melhor forma possível em sistemas passivos de ventilação, aqueles que não dependem de energia ou outro recurso específico de ventilação mecânica. Segundo Cândido et al. (2010), no Brasil, desfrutamos de um clima variado, porém grande parte do território brasileiro tem um clima quente e úmido. Nesse caso, a ventilação natural é uma forma eficiente de promover conforto térmico e redução do consumo de energia. Os dois tipos de ventilação passiva existentes são a ventilação cruzada e a ventilação de efeito chaminé, que utilizam a pressão do ar negativa ou positiva para ventilar confortavelmente. Para que haja uma boa ventilação natural, é necessário posicionar as aberturas em zonas de pressão opostas, que removem o calor por acelerarem as trocas por convecção e aumentarem os níveis de evaporação. As barreiras arquitetônicas devem ser consideradas no momento de se projetar uma edificação com o aproveitamento da ventilação natural, assim como as condições do vento e do clima local. A ventilação natural também diminui custos, muitas vezes na construção da edificação, mas, principalmente, na manutenção desta, gerando economia e sustentabilidade, bem como saúde e bem-estar dos usuários. Na Figura 1, você verá a ventilação com exaustores eólicos, um exemplo de ventilação que pode ser considerada natural por não utilizar energia para seu funcionamento. Ela utiliza a pressão do ar para girar os exaustores e retirar o ar quente do local. A taxa na qual o ar flui através de um ambiente, retirando o calor, é a função da área de entrada e saída de ar, da velocidade do vento e da direção do vento em relação às aberturas. Entretanto, as ventilações naturais não são eficientes para amenizar o calor em climas muito úmidos, pois não retiram a umidade do ar. Trocas térmicas entre o meio e as edificações4 Figura 1. Ventilação com exaustores eólicos. Fonte: Dpongvit/Shutterstock.com. Muitos arquitetos brasileiros e estrangeiros exercem suas funções de projetar de maneira eficiente energeticamente com excelência. Um bom exemplo é o arquiteto britânico Norman Foster. Em uma de suas obras, o domo do edifício do Reichstag (Figura 2), que abriga o parlamento alemão em Berlim, Foster utilizou uma cobertura para promover ventilação e iluminação naturais através de uma espécie de cone invertido, localizado no centro da edificação. O ar entra pela fachada principal e é distribuído pelo interior do edifício, fazendo uso do efeito chaminé para eliminar o ar quente da construção. 5Trocas térmicas entre o meio e as edificações Figura 2. Edifício do Reichstag, Berlim, Alemanha. Fonte: Lepores (2016, documento on-line). Segundo Ching (2013), as janelas e vãos de iluminação podem e devem ser projetados para criar um ambiente agradável, porém, se nesses vãos a incidência de iluminação for muito alta, o calor irá afetar a construção. Para contornar isso é necessário projetar criteriosa e cuidadosamente elementos de proteção solar. 3 Estratégias de proteção solar nas edificações Existem muitos recursos de proteção solar física que criam barreiras arqui- tetônicas, interrompendo ou desviando a irradiação do Sol na edificação. A cada dia crescem as opções, com materiais mais atuais surgindo no mercado, e ideias novas vão sendo implementadas, gerando novos recursos. Basicamente, os elementos de proteção solar das edificações são externos e podem estar instalados verticalmente ou horizontalmente, ou das duas formas ao mesmo tempo.Os projetos arquitetônicos para a criação de barreiras solares ou proteção solar devem ser pensados com muito critério, principalmente se Trocas térmicas entre o meio e as edificações6 a escolha do tipo de proteção for fixa e não móvel, que pode ser mexida com mais facilidade em algum erro de projeto e cálculo. Quando mal dimensionados, esses elementos de proteção solar podem escurecer a edificação internamente e neutralizar outro conceito básico de conforto e economia de recursos energéticos, a iluminação natural. Frota (2004) defende que a proteção bem dimensionada permite a entrada de luz natural no ambiente e, em paralelo, o aproveitamento da luz refletida por seus elementos de sombreamento. Os materiais utilizados nas proteções solares devem ter por característica a baixa capacidade térmica, para que haja um rápido resfriamento após a diminuição da incidência do Sol. Algumas barreiras arquitetônicas de proteção solar podem classificadas conforme descritas a seguir. O sombreamento por meio de vegetação é, além de agradável aos olhos, o tipo de proteção que pode evitar erros estéticos nas edificações. Deve ser planejado com cuidado, pois, além de ser uma barreira física, é uma barreira viva e, se não for bem escolhida e bem localizada, pode interferir negati- vamente em uma construção com o seu crescimento. A sombra gerada por uma árvore ou arbusto, ou mesmo em jardins verticais, é muito agradável e de muita eficiência, só necessita de manutenção e cuidados mais frequentes. Soluções paisagísticas fazem grande diferença no conforto térmico das edificações. O paisagismo é uma forma viva e eficaz de tornar as edificações confortáveis e huma- nizadas. Além de gerar conforto térmico, se bem utilizado, gera um conforto visual agradável a quem utiliza a edificação. As aplicações do cobogó, ou elemento vazado, para as trocas térmicas das edificações com o meio são eficientes e ainda têm a vantagem de trazerem iluminação ao ambiente interno. O cobogó foi criado e é largamente utilizado na região Norte e Nordeste do Brasil. Conforme afirma Bittencourt (1995), ele é um bom exemplo de sistema de misto em escala reduzida. Também funciona como barreira fixa, devendo ser utilizado com um bom estudo de projeto. 7Trocas térmicas entre o meio e as edificações Os cobogós são elementos vazados inspirados nos muxarabis árabes — veja um exemplo na Figura 3. Foram criados no Recife e difundidos por arquitetos como Lucio Costa, que se aproveitavam do recurso da iluminação e ventilação naturais em um país tropical como o Brasil. Figura 3. Muxarabis em Abu-Dhabi, Emirados Árabes. Fonte: Anna Ostanina/Shutterstock.com. As pérgulas ou brises horizontais, ou mesmo pergolados, são excelentes barreiras de proteção se usadas corretamente — por exemplo, em fachadas Norte e Sul, nas quais a incidência do Sol é menor, principalmente em horários em que o Sol está mais alto. Esses elementos podem ser fixos ou móveis e não impedem a ventilação local. Além das pérgulas, outros elementos horizontais de proteção solar são os toldos e os beirais das edificações. Conforme relata Leite (2003), o pergolado se torna mais eficiente em algumas estações do ano e em algumas horas do dia, não todo o tempo. Trocas térmicas entre o meio e as edificações8 Já os brises verticais são eficientes barreiras para fachadas Leste ou Oeste, quando o Sol está mais baixo. Precisam ser localizadas corretamente após estudo da geometria solar, como as outras barreiras. Podem também ser fixos ou móveis, inclusive articulados, funcionando como persianas ou venezianas. Veja um exemplo de brises verticais na Figura 4. Figura 4. Brises verticais em edifício na cidade de Abu-Dhabi, Emirados Árabes. Fonte: Aecom (2020, documento on-line). As prateleiras de luz são elementos de grande eficiência, pois permitem o sombreamento, evitando a radiação direta nas janelas, porém refletem parte da iluminação para dentro do ambiente. É um elemento arquitetônico colocado na parte superior da janela, com parte de sua superfície para fora e outra para dentro, como ilustra a Figura 5. Também pode ser feito em duas partes, sendo uma superior à janela e outra inferior, fazendo o mesmo efeito de iluminação por irradiação da luz indireta. Devem ser estudadas e calculadas conforme a orientação do Sol no local. Brown e Dekay (2007) mencionam que uma janela inteira, se comparada com uma de mesmo tamanho e altura dividida em porções superior e inferior por uma prateleira de luz horizontal, tem pior desempenho — ou seja, a janela com prateleira de luz apresenta desempenho muito melhor. 9Trocas térmicas entre o meio e as edificações Figura 5. Prateleiras de luz. Irland Revenue Offices, Nottingham, Inglaterra. Projeto de Michael Hopking & Partners. Fonte: Brown e Dekay (2007, p. 279). A tecnologia na fabricação de vidros está possibilitando o uso dos brises de vidro em diversas atuações, inclusive para barreiras de proteção solar. Com sua estrutura de composição, os novos vidros têm trabalhado na filtragem dos raios infravermelhos. É uma tecnologia ainda pouco acessível e que exige muitos cuidados para a utilização. Trocas térmicas entre o meio e as edificações10 Além de elementos externos que influenciam no sombreamento diretamente, os elementos internos também podem ser considerados barreiras de proteção solares. As cortinas e persianas são protetores um pouco menos eficientes, porque permitem que a radiação ultrapasse o fechamento externo e só pro- tegem depois que o calor penetrou na área interna do ambiente, porém ainda são válidas para este fim, se usadas corretamente. Segundo Koenigsberger et al. (1980), em janelas de vidro com venezianas internas, a redução do fator de ganho solar é de 17%. Seja em elementos fixos ou não, naturais ou construídos, as trocas térmicas entre o ambiente externo e interno das edificações devem ser aproveitadas ou corrigidas, usando-se o conhecimento técnico para gerar conforto ao usuário. A busca pelo conforto térmico dentro das edificações estabelece o termômetro para a busca por experiências que proporcionem melhores resultados a cada dia nas construções e reformas, de modo a adaptar as demandas do ser humano. De acordo com Roriz (2008), são estreitos os limites de condições ambientais em que o homem se sente confortável; sem esses limites, mesmo que sobre- viva, estará em extrema condição de desconforto. Por essa e outras razões, os estudos sobre o comportamento térmico das edificações têm se tornado cada vez mais importantes e aprofundados, e os projetos arquitetônicos têm necessidades cada vez mais latentes de dedicação e conhecimento técnico. AECOM. Siemens. [S. l.], 2020. Disponível em: https://aecom.com/ae/projects/siemens/. Acesso em: 26 mar. 2020. BITTENCOURT, L. Efeito da forma dos elementos vazados na resistência oferecida à pas- sagem da ventilação natural. In: ENCONTRO NACIONAL DE CONFORTO NO AMBIENTE CONSTRUÍDO, 3., 1995, Gramado. Anais eletrônicos... 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Porto Alegre: Sagah, 2018. OLIVEIRA, A. S. de. Fundamentos de meteorologia e climatologia. Bahia: UFRB, [201-?]. Trocas térmicas entre o meio e as edificações12 Os links para sites da web fornecidos neste capítulo foram todos testados, e seu fun- cionamento foi comprovado no momento da publicação do material. No entanto, a rede é extremamente dinâmica; suas páginas estão constantemente mudando de local e conteúdo. Assim, os editores declaram não ter qualquer responsabilidade sobre qualidade, precisão ou integralidade das informações referidas em tais links. PROJETEEE. Ventilação natural. Florianópolis, 2020. Disponível em: http://projeteee. mma.gov.br/estrategia/ventilacao-natural/. Acesso em: 26 mar. 2020. SHAYEB, G. Tipos de irradiação. [S. l.], 2020. Disponível em: https://www.gshengenharia. com.br/post/tipos-de-irradia%C3%A7%C3%A3o. Acesso em: 26 mar. 2020. 13Trocas térmicas entre o meio e as edificações Dica do professor As intervenções arquitetônicas são, muitas vezes, recursos imprescindíveis para o melhor desempenho da edificação. O aproveitamento do sol, dos ventos e do clima é fundamental para que as trocas térmicas sejam benéficas aos usuários. Nesta Dica do Professor, você verá a importância de conhecer os recursos existentes e exercitar o processo criativo com conhecimeno para obter melhores resultados em projetos. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://fast.player.liquidplatform.com/pApiv2/embed/cee29914fad5b594d8f5918df1e801fd/a53e89db0f82f235b9f2d84ffc1be589 Na prática Para gerar conforto térmico, nem sempre as soluções mais complexas são as mais eficientes. O uso correto das correntes de ar, da pressão atmosférica e dos ventos dominantes representa uma condição que favorece uma solução eficiente. Acompanhe, em Na Prática, a história de uma família que se beneficiou do conhecimento básico do filho e do apoio de um profissional para solucionar de maneira eficiente o desconforto de sua moradia. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://statics-marketplace.plataforma.grupoa.education/sagah/ff607dbb-2630-4eb3-99e1-faceb35da525/9df8a56d-6fbe-431c-91f0-ffcdd4e621d0.png Saiba + Para ampliar o seu conhecimento a respeito desse assunto, veja abaixo as sugestões do professor: Subcobertura diminui as trocas térmicas entre ambiente interno e externo Neste link, você verá a subcobertura, um produto criado para facilitar e melhorar o desempenho das edificações nas trocas térmicas com o meio, gerando mais conforto térmico nas construções. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. Ventilação natural, proteção solar e as melhores práticas projetuais para combater o calor Neste link, você acessará uma entrevista com um dos maiores especialistas em conforto térmico, Richard Dear, que fala sobre as soluções para um bom desempenho térmico e dá dicas construtivas. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. Como a temperatura afeta as construções? O aumento da temperatura terrestre tem afetado o planeta em todas as suas áreas. Conheça, por meio deste site, o comportamento de materiais e soluções arquitetônicas para entender como o calor afeta as construções de maneira incessante e como pode ser solucionado com as boas práticas projetuais. https://correiobraziliense.lugarcerto.com.br/app/noticia/show-room/2013/07/18/interna_showroom,47094/subcobertura-diminui-as-trocas-termicas-entre-ambiente-interno-e-externo.shtml?v=757647216 https://www.caurj.gov.br/ventilacao-natural-protecao-solar-e-as-melhores-praticas-projetuais-para-combater-o-calor/?v=1242912666 Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. http://blog.montage.com.br/index.php/2018/10/05/como-a-temperatura-afeta-as-construcoes/?v=1452598557 Uso de ventilação natural e climatização artificial em edifícios Apresentação A sensação de conforto nos ambientes internos de uma edificação depende de diversos fatores. Ainda que cada usuário perceba e sinta o espaço de uma forma diferente, alguns parâmetros de conforto são de senso comum. Questões como ventilação adequada e condicionamento do ar, com temperaturas nem muito elevadas, nem muito baixas, devem ser consideradas com muito cuidado nos projetos de arquitetura. A discussão acerca do conforto térmico e da climatização não se limita ao conforto dos usuários. Há fatores mais complexos envolvidos, como o impacto que as estratégias utilizadas na construção civil têm nos recursos naturais não renováveis. Por esse motivo, deve haver um balanço entre o uso de estratégias de climatização natural e de climatização complementar. Nesta Unidade de Aprendizagem, você identificará estratégias passivas de condicionamento, que podem ser facilmente propostas nos projetos de arquitetura. Serão apresentadas opções de complementação aos sistemas passivos e, por último, comparados os usos isolados e combinados das estratégias apresentadas. Bons estudos. Ao final desta Unidade de Aprendizagem, você deve apresentar os seguintes aprendizados: Determinar estratégias passivas de condicionamento.• Definir estratégias de complementação aos sistemas passivos.• Comparar o uso isolado e combinado das estratégias de condicionamento ambiental.• Infográfico É sabido que os sistemas de ventilação passiva são a maneira mais sustentável de promover a climatização de ambientes internos. Entretanto, nem sempre são suficientes, sendo necessário recorrer aos sistemas de climatização artificial. Atualmente, o mais comum é o ar condicionado, que apresenta grandes vantagens de conforto, mas ainda está longe de oferecer eficiência energética e sustentabilidade. Conheça neste Infográfico os principais tipos de aparelhos de ar condicionado e seus métodos de instalação. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://statics-marketplace.plataforma.grupoa.education/sagah/73b876a5-f21f-43ba-bfa8-e1854c81e7c0/10abd5ed-9eed-439d-a3b6-8574db5f1160.jpgConteúdo do livro É impossível não relacionar a eficiência energética das edificações à interpretação das condições climáticas do local e a implantação de estratégias que promovam habitabilidade aos espaços de forma natural. Para poder projetar tais estratégias, é necessário que também se compreenda os parâmetros de conforto ambiental, que frequentemente são ligados à temperatura e ventilação dos ambientes. O capítulo Uso de ventilação natural e climatização artificial em edifícios, da obra Conforto ambiental: ventilação e acústica, base teórica desta Unidade de Aprendizagem, tem por objetivo estudar as estratégias de condicionamento ambiental passivas em comparação aos sistemas mecanizados. Ao final do conteúdo, você compreenderá também como algumas estratégias podem ser usadas em conjunto, sem prejudicar a eficiência do edifício. Boa leitura. CONFORTO AMBIENTAL: VENTILAÇÃO E ACÚSTICA Gabriel Lima Giambastiani Uso de ventilação natural e climatização artificial em edifícios Objetivos de aprendizagem Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados: Determinar estratégias passivas de condicionamento. Definir estratégias de complementação aos sistemas passivos. Comparar o uso isolado e combinado das estratégias de condicio- namento ambiental. Introdução Na elaboração de um projeto de climatização de um edifício, deve-se levar em consideração as trocas de calor que ocorrem no interior da edificação e entre ela e seu entorno, além do próprio clima da região. O objetivo de um projeto de conforto térmico é proporcionar um ambiente agradável para os usuários. Pode-se dizer que o projetista é bem-sucedido quando as pessoas sequer percebem a climatização do ambiente, uma vez que em um ambiente agradável não sentimos sensações desconfortáveis como calor ou frio excessivos. Além do conforto, essa discussão envolve uma preocupação legí- tima relativa ao uso de recursos energéticos na construção civil. Nesse contexto, estratégias de climatização que proporcionem conforto com menor uso de recursos não renováveis devem ser priorizadas. Neste capítulo, você vai conhecer algumas estratégias de ventilação passiva e como, em alguns casos, elas devem ser complementadas com outras soluções. Além disso, vai descobrir a vantagem do uso de sistemas integrados para a climatização de edifícios. 1 Estratégias de ventilação passiva A percepção do conforto térmico é o resultado da combinação de caracterís- ticas do ambiente físico (movimento e umidade relativa do ar, temperatura), da atividade e do tipo de vestimenta do usuário (BUXTON, 2017). Imagine a seguinte situação: em um dia frio, uma pessoa usando roupas de inverno (casaco, bota, touca, etc.) passa por um ciclista de camiseta e bermuda curta. É certo que as condições ambientais são as mesmas para os dois, mas suas atividades são diferentes; logo, ambos ajustaram seus trajes para aumentarem o conforto. A primeira informação que devemos assimilar é que conforto é uma percepção subjetiva e, portanto, varia de pessoa para pessoa. Se é assim, faz sentido falarmos de estratégias gerais de climatização? Acontece que nem sempre as pessoas podem ajustar seus trajes ou escolher suas atividades. Imagine um edifício de escritórios; nele as pessoas estarão vestidas e desempenhando atividades relativamente parecidas. Além disso, um edifício é um ambiente artificial por definição; logo, o ambiente dentro dele também o será. Portanto, é preciso garantir que essas condições garantam o conforto da maioria dos usuários. A ventilação é o processo de fornecimento e renovação do ar por meios naturais ou mecânicos (BUXTON, 2017). A ventilação natural, também co- nhecida como ventilação passiva, ocorre quando esse processo acontece me- diante aberturas intencionalmente criadas, sem a ajuda de métodos mecânicos, como o ar-condicionado, por exemplo. A principal vantagem da ventilação natural em relação à mecânica é que tira proveito de recursos renováveis e das características naturais do sítio no qual a edificação está inserida. A seguir, vamos examinar algumas estratégias de projetos que podem ser utilizadas para ventilar naturalmente as edificações. Ventilação cruzada O ar se move através de um gradiente de pressão. A barlavento, o lado que recebe o vento, ocorre uma pressão positiva; a sotavento, o lado contrário ao qual recebe o vento, há uma zona de pressão negativa (ROAF, 2014). O ar se desloca nesse sentido, a partir do ponto de pressão positiva, sendo succionado do ponto de pressão negativa. O projetista pode tirar proveito desse fato criando aberturas para provocar tais movimentações. A ventilação cruzada acontece quando se constroem aberturas nos lados de pressão positiva e de pressão negativa, conforme você pode observar na Figura 1. Uso de ventilação natural e climatização artificial em edifícios2 Figura 1. Ventilação cruzada: aberturas no lado de pressão e de sucção do vento. Fonte: Roaf (2014, p. 131). Perceba que há uma abertura à esquerda. O vento, representado pelas setas, penetra o edifício por essa abertura, circula pelo interior do ambiente e deixa o edifício por uma outra abertura do lado oposto ao da primeira. Chamamos de ventilação cruzada em função do movimento que o ar faz ao cruzar o recinto. Imagine que você está sentado no banco de uma praça e sente uma brisa passar pelo seu rosto: é esse o tipo de sensação que buscamos quando planejamos uma ventilação cruzada, a sensação agradável de sentir o ar passando pelo ambiente. Perceba que esse efeito nem sempre é desejado, sendo preferível em locais bastante quentes, onde, além dos efeitos benéficos da circulação e renovação do ar, seu uso pode potencializar uma sensação térmica mais agradável. A ventilação cruzada mais eficaz ocorre quando as entradas de ar são localizadas na área de alta pressão e as saídas nas zonas de sucção (BROWN, 2007); logo, é necessário conhecer a orientação dos ventos predominantes para localizar as aberturas de maneira adequada. Ventilação por efeito chaminé Ocorre o efeito chaminé quando há uma diferença entre a temperatura do ar no interior da edifi cação e a do exterior (BUXTON, 2017). Se a temperatura do ar no interior for mais elevada, ele será menos denso e mais leve que o ar 3Uso de ventilação natural e climatização artificial em edifícios externo; portanto, vai subir e deixar a edifi cação por aberturas localizadas em pontos mais altos. Ao mesmo tempo, esse ar será substituído pelo ar externo que entrará por pontos mais baixos. Observe a Figura 2. Figura 2. Ventilação por efeito chaminé. Fonte: Brown (2007, p. 208). Observe, nos cortes, que o ar penetra a edificação por pontos mais baixos e, à medida que é aquecido no interior da edificação, sobe e a deixa através de aberturas localizadas em pontos mais altos. Esse movimento de circu- lação vertical do ar lembra a dinâmica de uma chaminé, que dá nome ao efeito. Segundo Brown (2007), essa estratégia é útil para locais onde o vento é fraco demais ou em períodos em que é menos intenso, como à noite, uma vez que não necessita de ventos para que o ar se mova, pois a movimentação se dá pela diferença de temperatura entre o ar externo e o ar interno. Além da independência em relação à presença de ventos, esse efeito independe da orientação do edifício. Segundo Buxton (2017, p. 151), “[...] o efeito chaminé aumenta com a di- ferença de temperatura entre o interior e o exterior da edificação, bem como com a elevação da altura entre as aberturas mais altas e as mais baixas”. Se traçarmos um corte no edifício, existirá um ponto chamado de plano neutro; nele, a pressão interna será a mesma que a pressão externa (na ausência de vento). Na zona acima do plano neutro, haverá pressão positiva, expulsando o Uso de ventilação natural e climatização artificial em edifícios4 ar para fora; abaixo, haverá uma zona de pressão negativa, succionando o ar externo para o interior do edifício. Observe, na Figura3, uma representação esquemática dessas diferentes zonas de pressão. Figura 3. Corte esquemático representando o gradiente de pressão que ocorre na ventilação por efeito chaminé. Fonte: Buxton (2017, p. 151). Pátios internos A organização dos espaços internos de uma edifi cação ao redor de pátios é uma estratégia antiga e remonta, pelo menos, até os romanos. A princípio, essa organiza- ção resolvia um problema compositivo, a distribuição periférica do programa com um espaço aberto centralizador, com consequências positivas no que diz respeito à habitabilidade das construções. Segundo Brown (2007, p. 230), os principais fatores a infl uenciar a ventilação em um pátio interno são a proporção entre a altura da edifi cação e a largura do pátio em uma seção normal ao vento e a proporção na direção em que cruza o vento. Observe, na Figura 4, diferentes proporções de pátios internos e os consequentes efeitos no que diz respeito à ventilação. 5Uso de ventilação natural e climatização artificial em edifícios Figura 4. Dimensionamento de pátios internos considerando a orientação do edifício normal ao vento predominante. Fonte: Brown (2007, p. 232). Brown (2017, p. 231) oferece orientações gerais quanto ao dimensionamento de pátios internos e climas. Segundo o autor, para climas quentes, em que a ventilação é desejável, é preferível orientar o pátio à 45° em relação aos ventos predominantes, de maneira a otimizar tanto os ventos no pátio quanto a ven- tilação cruzada nas edificações. Já nos climas mais frescos, pátios menores oferecerão maior proteção contra os ventos, mas devem ser suficientemente largos no sentido Norte–Sul para possibilitar a insolação durante os meses de inverno. Dependendo das dimensões do pátio, sua área ficará bastante exposta aos efeitos da iluminação solar direta, exigindo estudos de iluminação e eventuais elementos de sombreamento, como vegetação, galerias, coberturas móveis, etc. Uso de ventilação natural e climatização artificial em edifícios6 Observe como se deve manipular preocupações nem sempre convergen- tes. Programa de necessidades, ventilação, insolação: todos concorrem e influenciam a configuração final de um edifício. Não raro, o projetista deverá sopesar as necessidades e favorecer algum critério em detrimento de outro. Portanto, em alguns casos, será necessário complementar a ventilação passiva com outros métodos de ventilação, ponto que passamos a examinar a seguir. 2 Complementação de sistemas passivos Se a ventilação natural (ou passiva) consiste na movimentação do ar pelo uso de fenômenos físicos, isto é, pela ação natural do ar, sua complementação é feita por meio de sistemas mecânicos, ou seja, aqueles que contam com algum meio artifi cial tanto para o insufl amento quanto para a exaustão do ar. À medida que aumenta o tamanho das edifi cações, é difícil que a totalidade da necessidade de iluminação e de ventilação seja suprida com estratégias passivas (BROWN, 2007). Imagine uma pequena residência: caso um dos moradores sinta calor, pode abrir uma das janelas, talvez até a janela e uma porta para estimular uma ventilação cruzada. Agora imagine um edifício residencial com centenas de unidades, muitas com orientações diferentes, ou um edifício de escritório onde centenas de pessoas trabalham em salas com janelas, não raro, fixas. Isso não significa, é claro, que sistemas mecânicos se destinem somente a edificações complexas; até mesmo construções mais simples, como uma residência, podem contar com sistemas complementares para quando as estratégias de ventilação passiva não são suficientes para garantir o conforto dos usuários. Algumas situações que demandam sistemas mecânicos de ventilação são as seguintes (BUXTON, 2017): espaços com planta baixa profunda e que não podem ser ventilados por meios naturais; espaços com altos índices de ocupação ou elevados ganhos térmicos; espaços com níveis elevados de poluição ou de umidade, como cozinhas e banheiros; em ambientes onde a qualidade do ar é ruim, de forma que este necessita ser filtrado ou insuflado em grande quantidade. 7Uso de ventilação natural e climatização artificial em edifícios Cuide para não confundir climatização com ventilação. Ambos os conceitos estão inseridos dentro de um grupo de preocupações relacionadas ao conforto térmico (Figura 5). A ventilação diz respeito à circulação e à renovação do ar, enquanto a climatização diz respeito à calefação e ao resfriamento do ar. Ainda que um ambiente tenha uma temperatura adequada, a qualidade do ar pode ser ruim; e o contrário também pode ser verdadeiro: o ar pode ter boa qualidade, pois o ambiente é ventilado, mas a temperatura não ser adequada, causando desconforto. Figura 5. Componentes do projeto de conforto térmico. Fonte: Buxton (2017, p. 125). A estratégia mais comum de climatização mecânica das edificações é o ar-condicionado. Segundo Roaf (2009), os primeiros edifícios que faziam uso de sistemas de ar condicionado foram propostos nos Estados Unidos e no Reino Unido na década de 1890, tornando-se comuns nos edifícios americanos a partir da década de 1930. O desenvolvimento dessa tecnologia estimulou o desenho de edifícios que utilizavam grandes extensões de vidro como material de fechamento das fachadas, como é o caso de muitas obras-primas da arquite- tura moderna, como a Lever House (Figura 6), do escritório norte-americano Skidmore, Owings and Merrill (SOM). Uso de ventilação natural e climatização artificial em edifícios8 Figura 6. Lever House, por Natalie de Blois e Gordon Bunshaft (SOM). Fonte: Ezra Stoller/ArchDaily.com. O projeto dos arquitetos Natalie de Blois e Gordon Bunshaft sintetiza os ideais da época: a tecnologia possibilitava um clima interno independente do ambiente externo. Hoje, estima-se que as edificações consumam 50% da energia gerada no mundo e que produzam mais da metade das emissões responsáveis por mudanças climáticas (ROAF, 2009). Nesse cenário, o ar-condicionado deixa de ser visto como uma panaceia para todos os problemas relativos à climatização e seu uso começa a ser repensado. Roaf (2009) recomenda algumas possíveis soluções para a questão do uso do ar-condicionado. Desde não o usar, dando preferência a outros mé- todos de climatização, até propostas menos extremas, como limitar seu uso a períodos críticos do dia ou, até mesmo, do ano. Além disso, a autora recomenda a melhoria da eficiência dos aparelhos e que, se possível, façam uso de fontes de energias limpas e renováveis. Também é possível projetar edificações melhores do ponto de vista da eficiência energética, que tenham baixos ganhos térmicos. 9Uso de ventilação natural e climatização artificial em edifícios Perceba que o mais importante nessa discussão é conscientizar projetistas e o público em geral de que há outras maneiras de climatizar um edifício e de que nem sempre é necessário recorrer a uma tecnologia que, embora seja muito cômoda, traz uma série de consequências negativas. O ar-condicionado tenta tratar os sintomas das mudanças climáticas, das quais ele é um dos principais causadores. Não é irônico? No que diz respeito à ventilação, é possível que os sistemas de ventilação natural tenham que ser complementados com sistemas mecânicos. Dentro dessa categoria, teremos a exaustão e o insuflamento mecânicos. A exaustão pode ser empregada para a retirada de ar indesejado. Você já deve ter se deparado com um mecanismo de exaustão mecânica em banheiros (Figura 7), principalmente naqueles que não têm janelas. Figura 7. Ventilação mecânica em banheiros. Fonte: Only_NewPhoto/Shutterstock.com. Por sua vez, os sistemas de insuflamento mecânico de ar são usados quando é preciso criar um fluxo positivo de ar. São utilizados, por exemplo, em residências, para manter um nível de ventilação mínimo e, desse modo, reduzir a condensação de umidade. Um aparelho de uso comum na ventilação dos espaços internos são os ventiladores, que transformama energia mecânica aplicada a seu eixo de rotação em aumento da pressão do ar; dependendo do sentido de rotação, podem remover ou injetar ar no ambiente. Uso de ventilação natural e climatização artificial em edifícios10 Em edifícios de grande porte, os sistemas de ventilação mecânica geral- mente contam com um equilíbrio entre técnicas de insulamento e exaustão do ar, permitindo controle das taxas de ventilação elevadas, aquecimento e esfriamento do ar que entra na edificação, filtragem do ar que ingressa no edifício, controle da umidade do ar e recuperação do calor da exaustão, que é enviado ao insuflamento (BUXTON, 2017). Você já deve ter percebido que muitos dos métodos apresentados como complementares são de uso corrente e, além disso, não dão sinais de entrar em desuso tão cedo. Mesmo assim, é possível criar um balanço entre estratégias de climatização e ventilação passiva com métodos complementares, assunto que passamos a abordar agora. 3 Estratégias híbridas de climatização e ventilação Para Roaf (2009), dizer que uma edifi cação é sustentável implica, entre outras coisas, associá-la a conceitos como efi ciência, desempenho e integração. Seguindo uma ten- dência geral de reavaliar o impacto das ações das pessoas no meio ambiente, há uma grande preocupação em otimizar os recursos utilizados na construção de edifícios. Como você viu na seção anterior, estima-se que as edificações sejam responsá- veis pelo consumo de 50% da energia gerada no mundo. Mesmo assim, você deve saber, com base na sua experiência, que grande parte dos ambientes internos das construções depende de algum tipo de sistema artificial para garantir o conforto térmico dos usuários. Nesse cenário, qual é a postura mais adequada? A negação da tecnologia e um retorno convicto às técnicas e construções primitivas; ou passar a conta para as próximas gerações e ver até quando o planeta aguenta? Talvez uma postura melhor seja otimizar a tecnologia existente e tirar proveito dos recursos naturais de maneira mais inteligente, diminuindo ou, até mesmo, eliminando a necessidade de componentes mecânicos. Segundo Lamberts, Dutra e Pereira (2014), o ar-condicionado é o sistema mais utilizado na climatização, principalmente por resolver vários problemas ao mesmo tempo: temperatura, umidade, pureza e distribuição do ar. Dessa forma, realmente é um aparelho indispensável em alguns ambientes, como hospitais, salas de compu- tadores, etc. Seu uso no interior de edifícios de escritório, por exemplo, é bastante difundido em função da relação entre conforto térmico e produtividade; profissionais que se sentem confortáveis produzem mais e melhor. Segundo o mesmo autor, o projeto de ar-condicionado deve ser pensando em conjunto ao projeto arquitetônico para evitar mudanças indesejadas posteriormente. Além disso, a preocupação com 11Uso de ventilação natural e climatização artificial em edifícios estratégias de climatização no momento da concepção do projeto pode, senão eliminar, minimizar bastante a necessidade do uso de ar-condicionado. Veja o exemplo do edifício da Upcycle, projetado por Gensler Architects (Figura 8). O projeto transformou um antigo centro de reciclagem em um edifício de escritórios. Utilizando elementos do prédio antigo, o escritório de arquitetura Gensler, foi projetada uma edificação que faz uso da ventilação natural e reduz o uso de ar-condicionado. Figura 8. Edifício da Upcycle, do escritório Gensler Architects. Fonte: Dror Baldinger/ArchDaily.com. Uso de ventilação natural e climatização artificial em edifícios12 Observe que, na cobertura do edifício, foram criadas aberturas para favo- recer a iluminação natural. Além disso, no centro da planta, há aberturas em formato de shed, que proporcionam ventilação e iluminação naturais. Para atingir bons resultados com essas estratégias, é necessário estudar as condições naturais do sítio. Hoje isso fica bastante facilitado pelo uso de ferramentas computacionais que permitem testar diferentes orientações e a posição do sol em diferentes momentos do ano, e até mesmo carregar dados de repositórios especializados, permitindo análises precisas e, consequentemente, decisões de projeto mais bem informadas. Nas coberturas do tipo shed, as aberturas são dispostas de maneira seriada, lembrando os dentes de um serrote, motivo que a leva ser conhecida também como “dente de serra”. Bastante usada em ambientes fabris para garantir iluminação homogênea em toda a área da planta, pode ser combinada com esquadrias móveis para favorecer o conforto térmico e a iluminação. O uso de sheds como estratégia de ventilação pode ser observado também no projeto do Hospital Sarah Kubitschek, em Salvador, realizado por João da Gama Filgueira Lima, conhecido como Lelé, arquiteto modernista que dominava as questões de conforto térmico. Grandes e curvos sheds metálicos auxiliam na ventilação dos ambientes, uma vez que o ar quente e impuro sobe e é expelido pelas aberturas superiores, que funcionam, ainda, como fonte natural de iluminação. 13Uso de ventilação natural e climatização artificial em edifícios Figura 9. Corredor do Hospital Sarah Kubitschek, projeto de Lelé, em Salvador. Fonte: Nelso Kon/ArchDaily.com. Cabe ressaltar que as soluções de ventilação não devem ser generalizadas; a escolha da melhor estratégia deve estar de acordo não só com o clima local, mas com o uso da edificação. Em projetos de edificações para serviços de saúde, a exemplo do hospital Sara Kubitschek, a ventilação cruzada não é recomendada, já que bactérias podem ser transmitidas pela propagação do ar. Veja como a preocupação com soluções inteligentes e mais respeitosas com o meio ambiente são possíveis, ainda mais quando a preocupação existe desde o início do projeto. As estratégias naturais devem ser exploradas ao máximo, garantindo sua eficiência e seu diálogo com a arquitetura proposta, pouco condicionada a sistemas artificiais. As soluções mecânicas devem ser incorporadas às edificações de forma complementar e seu uso deve ser racionalizado. A preocupação com os recursos naturais e com o futuro do planeta não significa renunciar à tecnologia existente. O equilíbrio das estratégias é capaz de garantir condições de uso agradáveis ao usuário, além de reduzir o impacto ambiental e os custos de obra e manutenção. E agora, que tal aplicar esses conceitos em seus projetos? Uso de ventilação natural e climatização artificial em edifícios14 BROWN, G. Z. Sol, vento e luz: estratégias para o projeto de arquitetura. 2. ed. Porto Alegre: Bookman, 2007. (E-book). BUXTON, P. Manual do arquiteto: planejamento, dimensionamento e projeto. 5. ed. Porto Alegre: Bookman, 2017. (E-book). LAMBERTS, R.; DUTRA, L.; PEREIRA, F. O. R. Eficiência energética na arquitetura. Rio de Janeiro: Eletrobras/PROCEL, 2014. (E-book). ROAF, S. A adaptação de edificações e cidades às mudanças climáticas. Porto Alegre: Bookman, 2009. ROAF, S.; FUENTES, M.; THOMAS-REES, S. Ecohouse: a casa ambientalmente sustentável. 4. ed. Porto Alegre: Bookman, 2014. Leituras recomendadas CHING, F. D. K. Técnicas de construção ilustradas. 5. ed. Porto Alegre: Bookman, 2016. GURGEL, M. Design passivo: baixo consumo energético: guia para conhecer, entender e aplicar os princípios do design passivo em residências. São Paulo: Senac, 2012. KEELER, M.; BURKE, B. Fundamentos de projeto de edificações sustentáveis. Porto Alegre: Bookman, 2010. 15Uso de ventilação natural e climatização artificial em edifícios Dica do professor Atualmente, muito se fala em arquitetura bioclimática. Esse termo sempre é relacionado à sustentabilidade das edificações, ao consumo de energias renováveis e à eficiência das edificações. Nesta Dica do Professor, você conhecerá os princípios básicos da arquitetura bioclimática e a sua relação com a ventilação natural nos projetos de edificações. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://fast.player.liquidplatform.com/pApiv2/embed/cee29914fad5b594d8f5918df1e801fd/e3f97ca996f5e483aaefedd9bb421c9dNa prática A tecnologia construtiva pode colaborar muito para a habitabilidade das edificações. Com o uso de princípios simples aliados a tecnologias modernas, é possível inserir mais conforto aos ambientes projetados. Neste Na Prática, você conhecerá um edifício que usufrui de alta tecnologia, com a finalidade de obter o melhor da ventilação natural, mitigando o uso de ar condicionado e fomentando a eficiência energética. Conteúdo interativo disponível na plataforma de ensino! Saiba + Para ampliar o seu conhecimento a respeito desse assunto, veja abaixo as sugestões do professor: Estratégias de ventilação natural Conheça as principais estratégias de ventilação natural e as compreenda com ótimos exemplos. Além de reconhecer técnicas aplicáveis a seus projetos de arquitetura, observe como escritórios renomados utilizam as mesmas técnicas para otimizar a ventilação de seus projetos. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. Arquitetura bioclimática Veja aqui uma breve conceituação da arquitetura bioclimática e algumas de suas aplicações. Vídeo de fácil compreensão e ricamente ilustrado, ajuda a entender e visualizar questões importantes no desenvolvimento de um projeto eficiente. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. Concepção de edifícios eficientes Conheça esta ferramenta, que fornece informações bioclimáticas de 413 cidades, a fim de incentivar a construção de edificações energeticamente eficientes. Repositório com dados bioclimáticos que podem ser baixados e utilizados em seus projetos. https://www.archdaily.com.br/br/886541/ventilacao-cruzada-efeito-chamine-entenda-alguns-conceitos-de-ventilacao-natural https://www.youtube.com/embed/coJdr4TBH18 Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. http://projeteee.mma.gov.br/?utm_medium=website&utm_source=archdaily.com.br Variáveis do comportamento térmico em ambientes residenciais e de serviços Apresentação As sociedades ao redor do mundo, ao longo da história, desenvolveram construções adaptadas ao lugar, às suas características geográficas e ao clima. Esse tipo de arquitetura, denominada vernacular, responde às demandas ambientais da melhor maneira possível, tornando as edificações adequadas ao uso e confortáveis para a execução das mais variadas atividades que fazem parte do cotidiano dos seres humanos. Quando essa adequação ao ambiente falha, o uso da edificação fica comprometido, uma vez que o frio ou o calor em excesso desestimula o uso dos espaços. Nesta Unidade de Aprendizagem, você vai identificar a importância das técnicas e dos materiais construtivos no desempenho térmico das edificações. Você vai analisar a influência dos elementos de cobertura e dos elementos de vedação vertical, as paredes, no isolamento do frio e do calor extremos. Ainda, você vai reconhecer a influência que a localização dos projetos tem no desempenho das edificações. Bons estudos. Ao final desta Unidade de Aprendizagem, você deve apresentar os seguintes aprendizados: Relacionar os efeitos do modelo de construção e da sua localização ao comportamento térmico. • Reconhecer a influência da capacidade térmica das paredes exteriores no verão e no inverno.• Descrever a influência da capacidade térmica da cobertura no verão e no inverno.• Infográfico O uso de isolamento térmico na composição dos elementos de uma edificação é comum na construção civil, uma vez que potencializa o desempenho das superfícies em relação à incidência do frio e do calor. Existe, no mercado, uma oferta variada de materiais para isolamento. Escolher o material mais adequado, no entanto, vai além da análise de seu comportamento térmico. No Infográfico a seguir, você vai identificar os principais materiais de isolamento térmico utilizados nas edificações. Aponte a câmera para o código e acesse o link do conteúdo ou clique no código para acessar. https://statics-marketplace.plataforma.grupoa.education/sagah/e596fc79-b34d-451d-b3db-401a4009237f/6c523dcb-bf5c-4ebc-bc72-cf815b427841.jpg Conteúdo do livro As construções são responsáveis por grande parte do consumo energético global. Esse fenômeno também é causado pela indiferença, por parte dos construtores, quanto ao clima e à necessidade da escolha correta e consciente dos materiais empregados, demandando o uso constante de equipamentos de condicionamento de ar, tanto para aquecimento quanto para resfriamento. No capítulo Variáveis do comportamento térmico em ambientes residenciais e de serviços, da obra Conforto ambiental: iluminação natural, você vai ver de que maneira a escolha de diferentes materiais pode impactar positiva ou negativamente o conforto térmico das edificações, entendendo as diferenças históricas nas construções em regiões com climas distintos. Você também vai entender de que maneira as paredes e coberturas se diferenciam no que tange à escolha dos materiais para garantir conforto térmico. Boa leitura. CONFORTO AMBIENTAL: ILUMINAÇÃO NATURAL Gabriel Lima Giambastiani Variáveis do comportamento térmico em ambientes residenciais e de serviços Objetivos de aprendizagem Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados: � Relacionar os efeitos do modelo de construção e da sua localização ao comportamento térmico. � Reconhecer a influência da capacidade térmica das paredes exteriores no verão e no inverno. � Categorizar a influência da capacidade térmica da cobertura no verão e no inverno. Introdução O desconforto ocasionado por situações de frio ou calor extremo in- fluenciam no dia a dia dos usuários de uma edificação, tornando as atividades básicas do cotidiano incômodas e os ambientes na quais elas são executadas pouco confortáveis ao uso. Historicamente, as edificações se adaptam à sua localização, e as técnicas construtivas e materiais de construção são previstos de forma a responder ao clima local, atendendo às necessidades de isolamento e proteção específicos para cada região. Neste capítulo, você vai estudar a influência das coberturas e paredes no conforto térmico das edificações e ler sobre a importância da espe- cificação dos materiais e métodos construtivos mais adequados. Além disso, verá os efeitos que o modelo construtivo e a localização do projeto geram no comportamento térmico da edificação. 1 Efeitos do modelo de construção e da localização ao comportamento térmico Ao vermos uma imagem de um conjunto de construções brancas com telhados azuis e vista para o mar, rapidamente associamos a imagem à paisagem grega, como a mostrada na Figura 1. Em uma conclusão precipitada, poderíamos supor que a escolha de cores e materiais é fruto de um nacionalismo exacerbado, fazendo alusão à bandeira grega, que é azul e branca. A motivação, no entanto, é mais prática do que ufanista. O material mais abundante na região é a pedra, que absorve o calor e mantém o interior das edificações quente. A cor branca, por sua vez, reflete os raios solares, colaborando para manter o interior das edificações mais fresco. O azul dos telhados tem uma motivação econômica. Um produto de limpeza chamado loulaki, usado para lavar roupas, reage com o calcário formando um solução azulada; portanto, era a solução mais fácil e que logo se tornou a padrão. Perceba nesse exemplo as relações entre materiais de construção, localização geográfica e habitabilidade das edificações. Figura 1. Santorini, Grécia. Fonte: PHOTOCREO Michal Bednarek/Shutterstock.com. Variáveis do comportamento térmico em ambientes residenciais e de serviços2 A arquitetura se insere dentro de um contexto mais amplo, no qual inter- ferem condições políticas, sociais, econômicas etc. No entanto, nasce e se concretiza dentro de uma lógica disciplinar própria, de modo que podemos compreender as obras de arquitetura como o resultado de uma somatória de diversas forças internas e externas que
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