Arquitetura e Clima

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IFPB – Campus Picuí
1º Ano Edificações
Arquitetura e Clima
Professor (a): Joab Nascimento
Disciplina: Construção e Meio Ambiente
Alunos: 
Sumario
1. Introdução................................................................4
2. Variáveis Climáticas.................................................4
2.1. Radiação Solar..................................................................4
2.1.1. Radiação Solar no Brasil................................................4
2.2. Luz Natural........................................................................5
2.3. Temperatura......................................................................5
2.4. Vento.................................................................................5
2.5. Umidade............................................................................6
3. Climas no Mundo.....................................................6
4. Os Climas no Brasil.................................................7
5. Microclima...............................................................7
6. A Bioclimátologia e a Arquitetura............................7
6.1. Zona de conforto..............................................................8
6.2. Zona de Ventilação..........................................................8
6.3. Zona de Inercia Térmica para Resfriamento....................8
6.4. Zona de Resfriamento Evaporativo e Umidificação.........9
6.5. Zona de Aquecimento Solar ...........................................9
6.6. Zonas de Condicionamento Artificial com Isolamento Térmico...........................................................................................9
6.7. Zonas de Sombreamento...............................................9
6.8. União de estratégias......................................................10
7. Métodos de Avaliação Bioclimática.......................10
7.1. Avaliação Bioclimática com Dados Climáticos Horários10
7.2. Avaliação Bioclimática pelas Normas Climatológicas....10
8. Zoneamento Climático Brasileiro...........................10
8.1. Zona 1............................................................................11
8.2. Zona 2............................................................................11
8.3. Zona 3............................................................................11
8.4. Zona 4............................................................................11
8.5. Zona 5............................................................................11
8.6. Zona 6............................................................................12
8.7. Zona 7............................................................................12
8.8. Zona 8............................................................................12
9. O programa Analysis-Bio......................................12
10. Painel Bioclimático..............................................12
1. Introdução
Antes de traçar o primeiro rabisco do projeto, deve-se ter como principal um estudo do clima e do local. Um bom projeto de arquitetura deve responder simultaneamente à eficiência energética e às necessidades de conforto do usuário em função das informações obtidas da análise climática e formuladas no programa de necessidades.
Um projeto arquitetônico deve considerar o clima local e suas variáveis, que se alteram ao longo do ano, devido a elementos de controle, tais como: proximidades à água, altitude, barreiras montanhosas e correntes oceânicas. A ação simultânea das variáveis climáticas terá influência no conforto do espaço arquitetônico construído.
2. Variáveis Climáticas
As variáveis climáticas são quantificadas em estações meteorológicas e descrevem as características gerais de uma região em termos de sol, nuvens, temperatura, ventos, umidade e precipitações. É fundamental o conhecimento destas variaveis para o projeto de edificações mais adequado ao conforto do seu ocupante e mais eficientes em termos de consumo de energia.
	
2.1. Radiação Solar
O sol é um elemento de extrema importância no estudo da eficiência energética na arquitetura. É impossível tirar partido ou evitar a luz e o calor solar em uma edificação, e o critério mais sábio para definir o que fazer é ter como premissas básicas o conforto térmico e visual dos ocupantes e a economia de energia. Porém, o que normalmente se faz é adotar um dos enfoques (luz ou calor) como prioridade, deixando o segundo para que seja resolvido posteriormente com sistemas artificiais. Para romper esta tradição, o arquiteto deve compreender de forma integrada os fenômenos térmicos e visuais em uma edificação, e em consequência, as variáveis climáticas das quais estes decorrem.
A radiação solar pode ser dividida em direta e difusa, a direta é quando a parcela de radiação atinge diretamente a terra, e a difusa é quando a radiação começa a sofrer interferências no seu trajeto em direção a superfície terrestre.  Além de ser o principal influente nos ganhos térmicos em uma edificação, a radiação solar direta é a fonte de luz mais intensa.
2.1.1. Radiação Solar no Brasil
A iniciativa para o emprego da geração fotovoltaica tem ocorrido em algumas edificações comerciais, residenciais e em pesquisas em instituições em diversas regiões do pais. Mas esse cenário ainda não faz parte do cotidiano da arquitetura, representando uma tímida realidade, dificultada pelo alto custo de aquisição inicial dos equipamentos e pela falta de subsídios econômicos.
	
2.2. Luz Natural
Além dos fenômenos térmicos, a radiação solar é a principal fonte de luz natural. Uma parte da luz que penetra em um edifício, principalmente sua parcela direta, é absorvida e convertida em calor. Devido a sua importância como aqueci mento solar passivo, a radiação solar direta é muitas vezes considerada indesejável para iluminação pela sua componente térmica. Esta concepção é errada, porque a eficacia luminosa da luz natural direta é maior que muitas das alternativas de luz artificiais conhecidas. Isso mostra que a luz natural pode ser uma estrategia atrativa para diminuir a carga de resfriamento necessária em edifícios por causa de iluminação artificial, assumindo-se que pode ser destribuída e longamente utilizada para este fim.
2.3. Temperatura
É a variável climática mais conhecida e de mais fácil medição. A temperatura da terra resulta em massas de ar e varia da radiação do sol de local para local.											A temperatura que age em relação a radiação do sol na terra varia de acordo com a vegetação, o tipo de solo, da topografia e da altitude do local. Quando a velocidade do ar é alta, a influência dos fatores locais é bem menor. Através das Normais Climatológicas ou em anos Climáticos (TRY ou TMY), pode-se conhecer o comportamento da temperatura no ar ao longo do ano, isso proporciona ao arquiteto os dados necessários para identificar os períodos de desconforto.											O arquiteto pode tirar vantagem das propriedades da terra para amenizar as temperaturas no interior da edificação.							O calor armazenado no solo pode ser útil em locais onde as noites são frias e os dias são quentes, ou seja, onde há grande amplitude diária de temperatura. Se a edificação for integrada a terra poderá absorver esse calor para maior conforto.
2.4. Vento
Em uma região climática pode haver variações da direção e velocidade do ar. Isto acontece pelas diferenças de temperatura entre massas de ar, o que provoca o deslocamento da área de maior pressão (ar mais frio e pesado) para a área de menor pressão (ar quente e leve).
Através de diagramas do tipo “rosa-dos-ventos”, o arquiteto pode conhecer a velocidade do ar e sua orientação. Este instrumento pode auxiliar o projetista na colocação de aberturas para a entrada de ar fresco no ambiente.
As condições do vento local (tanto velocidade quanto direção) podem ser alterados com a presença de vegetação, edificações e etc.
O movimento do ar sofre grande
influência da rugosidade da superfície. Em geral a velocidade do vento aumenta com a altitude. Devido aos obstáculos encontrados nas cidades (como edifícios por exemplo), a velocidade média do vento é mais baixa quem em locais abertos (campo).
É importante lembrar que o desenho urbano pode canalizar o fluxo de ar de maneira a evitar o vento indesejável e aproveitar o desejável.
2.5. Umidade
A pressão do vapor é a variável climática mais estável ao longo do dia. A umidade do ar resulta em evaporação da água contida em mares, rios, lagos e na terra.
O ar a certa temperatura pode conter uma determinada quantidade de água. Quanto maior a temperatura do ar, menor sua densidade e em consequência, maior quantidade de água poderá conter.
Quando o conteúdo de vapor de água no ar é menor que o máximo possível para aquela temperatura, diz-se que está em proporção (em percentual) é a umidade relativa do ar.
Nos locais com alta umidade, a transmissão de radiação solar é reduzida porque o vapor de água de nuvens a absorvem e redistribuem na atmosfera, refletido uma parte de volta ao espaço.
Deve-se compreender quem em altas umidades relativas temos dificuldades em evaporar o suor, aumentando a sensação de desconforto térmico. É importante ao arquiteto observar este par de informações (temperatura e umidade) e seu comportamento conjugado ao longo do ano.
A umidade pode ser modificada nas escalas mais próximas a edificação na presença de água ou de vegetação. Locais próximos a lagos e rios, o ar se umidifica e pode ser usado para refrescar as edificações mais próximas
Dito de forma mais sintética, o arquiteto deve ter uma ideia sobre o comportamento das variáveis climáticas no local do projeto ao longo do ano.
3. Climas no Mundo
	
Nas últimas décadas temos presenciado os efeitos da mudança climática no planeta, provocados pela emissão de dióxido de carbono, o efeito estufa, o deslocamento, o esgotamento de certos recursos e o aumento da população e da pobreza nas grades centros urbanos dos países em via de desenvolvimento. Esses fatos contribuem para o aquecimento global, tido como uma das maiores ameaças ao nosso ecossistema. A temperatura da terra teve um acréscimo de 0,7°C no século passado.
E já se pode ver o derretimento de geleiras, a violência de secas e enchentes, e a estreia no Brasil de um furacão, o Catarina. As previsões indicam que nos próximos 100 anos a temperatura se eleve 1,4°C e 5,8°C, nos levando a situações catastróficas, alterando os padrões climáticos vigentes, elevando o nível dos oceanos, ocasionando secas e enchentes, e extinções de até 37% das espécies do planeta. 
Diante desse panorama alarmante, a arquitetura pode desenvolver um importante papel, através da adoção de técnicas batentes conhecidas, todas propostas e aceitas pela comunidade científica, porém ainda pouco praticas. Essas técnicas, conhecidas como bioclimáticas, elas incluem o uso de iluminação, resfriamento e aquecimento mais eficientes, sempre tirando de recursos naturais (sol, vento, chuva...), o uso de energia eólica e a adoção e disseminação do uso de energia solar.
4. Os Climas no Brasil
Devido ao seu grande território e a sua localização está entre os dois trópicos, o Brasil possui um clima bastante variado.
As características básicas de cada tipo climático são as seguintes:
Clima Tropical: No clima tropical o verão é quente e chuvoso e o inverno, quente e seco.
Clima Equatorial: O clima equatorial compreende toda a Amazônia e possui temperaturas médias entre 24°C e 26°C, com amplitude térmica anual de até 3°C. Nesta região a chuva é abundante e bem distribuída (normalmente maior que 2.500 mm/ano).
Clima Semiárido: É a região climática mais seca do país, caracterizada por temperaturas médias muito altas (em torno dos 27°C). As chuvas são muito escassas (menos que 800 mm/ano) e a amplitude térmica anual é baixíssima (por volta de 5ºC).
Clima Subtropical: Neste Tipo climático, as temperaturas médias se situam, normalmente, abaixo dos 20ºC e a amplitude anual varia de 9ºC a 13ºC.
Clima Tropical Atlântico: Este tipo de clima é caracterizado das regiões litorâneas do Brasil, onde as temperaturas médias variam entre 18ºC e 26ºC.
Clima Tropical de Altitude: Neste clima as temperaturas médias se situam na faixa de 18ºC a 22ºC. No verão as chuvas são mais intensas (entre 1.000 mm/ano e 1.800 mm/ano) e no inverno pode gerar devido às massas frias que se originam da massa polar atlântica.
5. Microclima
Aproximando-se mais do nível da edificação, tem-se a escala microclimática. Aqui estão elementos que irão influenciar no clima local, como a presença de obstáculos naturais ou artificiais, a topografia, o tipo de solo e a vegetação. O arquiteto pode e deve alterar o microclima para gerar um maior conforto na edificação e aumentar a eficiência energética.
6. A Bioclimátologia e a Arquitetura
Mesmo após o entendimento do clima, dois conceitos de conforto térmico e das estratégias de projeto que visam uma melhor integração entre o usuário e o clima, deve-se achar um meio de entender os efeitos desses fatores na arquitetura e em sua eficiência energética. Pode-se tirar partido ou evitar os efeitos destas variáveis, por intermédio da edificação, de forma a obter um ambiente interior com determinadas condições de conforto para os usuários. A primeira, com o emprego dos já citados sistemas de climatização e iluminação artificial. A segunda, de forma natural, incorporando estratégias de aquecimento, resfriamento e iluminação naturais. Se as estratégias naturais forem mais adequadas, deve-se conhecer primeiramente, a bioclimatologia, que aplica os estudos do clima (climatologia) ás relações com os seres vivos.
Na década de sessenta os irmãos Olgyay aplicaram a bioclimatologia na arquitetura considerando o conforto térmico humano e criaram a expressão a bioclimatologia projeto Bioclimático.
 A arquitetura assim concebida busca utilizar, por meio de seus próprios elementos, as condições favoráveis do clima com o objetivo de satisfazer as exigências do conforto térmico do homem. Foi em 1969 que Giovoni concebeu uma carta Bioclimática para edifícios que corrigia algumas limitações do diagrama idealizado por Olgyay. Propondo estratégias construtivas para a adequação da arquitetura ao clima, enquanto Olgyay aplicava seu diagrama estritamente para condições externas. Em trabalho mais recente, Giovoni (1992) explica que o conforto térmico interno em edifícios não condicionados dependem muito da variação do clima externo e da experiência de uso dos habitantes.
	
6.1. Zona de conforto
Percebe-se que o organismo humano pode estar em conforto mesmo em diversos limites da umidade relativa entre (20 a 80%) e de temperatura (entre 18 e 29 graus), em países em desenvolvimento segundo Giovoni. 
Pelo método de Fanger (1972) se conclui que o conforto térmico só é possível se próximo aos 29 graus se as pessoas estiverem na sombra, vestindo roupas leves e submetidas a pouca ventilação. Isto vem reforçar a ideia de Giovoni de que em países em desenvolvimento estes costumes permitem a aclimatação das pessoas até limites mais amplos de temperatura e umidade relativa em relação aos países desenvolvidos.
6.2. Zona de Ventilação
Se a temperatura do interior ultrapassar os 29 graus ou a umidade relativa for superior a 80%, a ventilação pode melhorar a sensação térmica.
No clima quente e úmido a ventilação cruzada é a estratégia mais simples a ser adotada, porém fazendo com que a temperatura anterior acompanhe a variação da temperatura exterior.
Em regiões onde a temperatura diurna é maior que29 graus e a umidade relativa é inferior 60%, o resfriamento convectivo noturno é mais adequado.
Esta estratégia é aplicável principalmente em regiões áridas, onde a temperatura diurna é de 30 a 36 graus e a temperatura noturna se situa por volta de 20 graus. O princípio bioclimático se resume a controlar a ventilação durante o dia para reduzir o ingresso do ar quente e incrementar a ventilação noturna, aproveitando o
ar mais fresco para resfriar o interior.
	6.3. Zona de Inercia Térmica para Resfriamento 
	O uso de inercia térmica diminui a variação de temperatura interior em relação da temperatura exterior, evitando picos. O usa da inercia térmica consiste em, por exemplo, armazenar o calor na estrutura térmica da edificação durante o dia e libera-lo á noite e vice-versa.
6.4. Zona de Resfriamento Evaporativo e Umidificação
A evaporação da água pode reduzir a temperatura e simultaneamente aumentar a umidade relativa de um ambiente.
Exemplos de resfriamento são o uso da vegetação, fontes d’ água ou outo recurso que se fundamente na evaporação da água diretamente no ambiente que se quer resfriar.
Também existe a forma indireta, como acontece ao se empregar tanques de água sombreados no telhado. Neste caso, a temperatura da água inicialmente é igual a do ambiente interior. Quando a umidade relativa do ar for muito baixa e a temperatura for inferior a 27 graus, haverá desconforto térmico devido a secura do ar. Nestes casos, a umidificação do ar melhora a sensação de conforto ainda que possa produzir um efeito de resfriamento evaporativo indesejável. As baixas taxas de renovação de ar permitem manter o vapor da água a níveis confortáveis com mínima evaporação e resfriamento.
6.5. Zona de Aquecimento Solar 
Nessa região da carta, situada entre dez e vinte graus, o aquecimento solar é a estratégia mais recomendada para conforto térmico.
Entre 10,5 e 14 graus o uso do aquecimento solar passivo com isolamento térmico é o mais indicado. Nesta região é recomendado o isolamento térmico do edifício de forma mais rigorosa, pois as perdas de calor tenderão ser muito grandes. O aquecimento solar passivo pode ser feito utilizando-se diversas técnicas no projeto arquitetônico. A adequada orientação e cor dos fechamentos, o uso de aberturas zenitais controláveis, o emprego de painéis refletores externos, a parede, trombe, os coletores de calor solar no telhado para o aquecimento de ar, a estufa e os coletores de calor solar de água ou óleo são alguns exemplos encontrados nas diversas bibliografias sobre o assunto.
6.6. Zonas de Condicionamento Artificial com Isolamento Térmico
Em algumas regiões o clima pode ser muito severo, ultrapassando o limite de temperatura e de umidade necessário para um sistema de resfriamento passivo. Quando a temperatura do bulbo seco for maior que 44ºc e de bulbo úmido maior que 24ºc deve ser utilizado aparelhos de ar condicionado para a climatização. Nota-se também que o ar pode ser utilizado de forma auxiliar em sistemas passivos.
Já em locais frios (com temperaturas abaixo de 10.5ºc) temos um problema parecido, o aquecimento passivo do sol pode não ser satisfatório. Nestes casos o aquecimento artificial é adequado, mas deve ser utilizado em conjunto com um sistema passivo para diminuir a dependência energética
6.7. Zonas de Sombreamento
No Brasil a estratégia de utilização do sombreamento de grande importância, pois o pais tem clima quente na maior parte do território na maior parte do ano. Essa estratégia deve ser utilizada sempre que a temperatura do ar for maior que 20ºc, mesmo quando a carta bioclimatica indicar conforto. As principais técnicas de sombreamento são o uso de proteções solares ou brises, beirais de telhados generoso, marquises, sacadas, persianas, venezianas ou outro protetor.
	6.8 União de estratégias
As estratégias que foram apresentadas anteriormente podem ser utilizadas de formas separadas ou em conjunto. O arquiteto deve se utilizar de uma união de todas estratégias para que a sua edificação possa possuir um nível de conforto climático maior.
7. Métodos de Avaliação Bioclimática
Apesar de termos uma visão geral sobre o clima brasileiro, isso não é suficiente para a aplicação de estratégias bioclimáticas em projetos para determinadas localidades. É necessário fazer uma avaliação fazer a análise bioclimática da região a partir de dados climáticos disponíveis. O ideal é a utilização do Ano Climático (TRY), ou as Normas Climatológicas, que possuem um valor médio para várias localidades do Brasil.
7.1 Avaliação Bioclimática com Dados Climáticos Horários
Através do Ano Climático de Referencia, que contém os valores horários de temperatura e umidade, entre outros, se podem marcar os dados de diversas cidades brasileiras diretamente sobre a carta bioclimática; obtendo-se quais as estratégias mais adequadas para cada período do ano. Infelizmente essa carta bioclimática só está disponível para quinze cidades brasileiras.
7.2 Avaliação Bioclimática pelas Normas Climatológicas
Para ser feita uma avaliação bioclimática pelas normas Climatológicas, devem ser considerados os seguintes valores mensais: Temperatura média, média das máximas e média das mínimas; umidade relativa média. A partir desses dados, e utilizando o programa Analysis-Bio, nos obteremos uma carta bioclimática para determinada cidade.
Com a ajuda dessa carta bioclimática, nos analisaremos quais as estratégias deverão ser utilizadas em determinadas cidades
8. Zoneamento Climático Brasileiro
A norma brasileira NBR 15220-3, divide todo o pais em oito zonas bioclimáticas. A mesma NBR estabelece as principais características de cada região e dá diretrizes construtivas em relação ao tamanho das janelas, ao sombreamento necessário, ao tipo ideal de coberta e parede, além de indicar as estratégias bioclimáticas mais recomendadas para a região em especifico.
8.1. Zona 1
Essa zona se refere a algumas regiões pequenas no sul do pais, como nas cidades de Curitiba, Caxias do Sul e Campos do Jordão. Essa zona tem como principais recomendações o uso de cobertura para ventilação de dimensões medias, o sombreamento destas aberturas de forma a permitir o sol do inverno e o uso de paredes e coberturas de inercia térmica leve, sendo as cobertas totalmente isoladas. As principais estratégias bioclimáticas para esta zona são o aquecimento artificial e a grande inercia térmica nas vedações internas
8.2. Zona 2
A zona 2 é basicamente a mesma coisa que a zona 1, porém exige a utilização de ventilação cruzada no verão. Esta região abrange grande parte do sul brasileiro e inclui as cidades de Laguna, Uruguaiana, Pelotas, Ponta Grossa e Piracicaba
8.3. Zona 3
A zona 3 inclui as cidades de Florianópolis, Camboriú, Chapeco, Porto Alegre, Rio Grande, Torres, São Paulo, Campinas, Pindamonhangaba, Sorocaba, Belo Horizonte, Foz do Iguaçu, Jacarezinho, Paranaguá e Petrópolis e recomenda como diretrizes o mesmo que a zona 2, incluindo paredes externas leves e refletoras de radiação
8.4. Zona 4
As principais cidades localizadas nessa zona são Brasília, Franca, Limeira, Ribeirão Preto e São Carlos. Para esta zona recomenda-se o uso de aberturas medias, sombreamento nas aberturas durante todo o ano, paredes pesadas e cobertura leve com isolamento térmico.
Recomenda-se também o uso de estratégias bioclimáticas, como o resfriamento evaporativo, a inercia térmica para resfriamento e ventilação seletiva no verão e a grande inercia térmica das vedações internas para o período de frio.
8.5. Zona 5
Essa zona inclui as cidades de Niterói, São Francisco do Sul e Santos. Nesta zona se recomenda a construção de janelas de tamanho médio com sombreamento, paredes leves e refletoras, coberturas leves e termicamente isoladas, uso de resfriamento evaporativo, uso de ventilação cruzada no inverno e de vedações internas pesadas no inverno
8.6. Zona 6	
A zona 6 inclui as cidades de Goiânia, Campo Grande e Presidente Prudente. Nessa zona recomenda-se a construção de aberturas medias sombreadas, paredes pesadas, coberturas leves com isolamento térmico, uso de resfriamento evaporativo e de ventilação seletiva durante o verão e o uso de vedações internas pesadas no inverno
8.7. Zona 7
A zona 7 tem como recomendações o uso de aberturas pequenas e sombreadas durante o ano todo, o uso de paredes e coberturas pesadas e o uso de resfriamento evaporativo. Essa zona inclui as cidades de Cuiabá e Teresina. 
8.8.
Zona 8
Esta zona inclui as cidades de Belém, Corumbá, Fernando de Noronha, Fortaleza, João Pessoas e várias outras cidades das regiões norte e nordeste. As principais diretrizes construtivas para essa zona são o uso de aberturas grandes e sombreadas, o uso de paredes e coberturas leves e refletoras e o uso de ventilação cruzada permanente durante todo o ano
9. O programa Analysis-Bio
Analysis-Bio é um software para avaliação bioclimática a partir de dados climáticos plotados em cartas bioclimáticas e avaliação das condições de conforto térmico. Ele é bastante útil para a compreensão do comportamento climático das cidades
3.9 Painel Bioclimático
O painel bioclimático é uma forma de organizar todas as informações com relação a bioclimática de uma cidade. Esse painel está disponível para as quatorze cidades que possuem dados climáticos horarios 	
	Picuí - 2016