Arquitetura1-Bioclimatica

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CONFORTO AMBIENTAL E ARQUITETURA CONFORTO AMBIENTAL E ARQUITETURA CONFORTO AMBIENTAL E ARQUITETURA CONFORTO AMBIENTAL E ARQUITETURA BIOCLIMÁTICABIOCLIMÁTICABIOCLIMÁTICABIOCLIMÁTICA
Maria Cristina Henning Sampaio
Arquiteta MSc
BIOCLIMATISMO – CONCEITOS GBIOCLIMATISMO – CONCEITOS GBIOCLIMATISMO – CONCEITOS GBIOCLIMATISMO – CONCEITOS GEEEERAISRAISRAISRAIS
A arquitetura relaciona-se continuamente com o meio ambiente e os níveis de
conforto ambiental que ele proporciona podem variar de acordo com determinados
cuidados tomados na concepção do ambiente construído. As variáveis envolvidas
nesse relacionamento são o objeto de estudo do Bioclimatismo.
Desde as mais antigas civilizações, encontramos exemplos do relacionamento entre a
arquitetura e o meio ambiente. Os templos, via de regra, são voltados para o sol
nascente; habitações semi-enterradas buscam a inércia térmica da terra para atenuar
o calor; construções em clima frio utilizam a própria neve como elemento isolante,
conservando o aquecimento interno; nos trópicos, o sombreamento e uso de
materiais de baixa inércia térmica adaptam-se ao clima quente e úmido.
Com o passar dos séculos, novas tecnologias foram incorporadas à arquitetura,
sendo mantido, porém, o princípio fundamental da adaptabilidade do espaço
construído ao ambiente onde se insere.
Porém, esse princípio natural de se adaptar aos recursos disponíveis prevaleceu, de
forma geral, até a Revolução Industrial do século XVIII. A partir daí, o enorme
desenvolvimento da tecnologia proporcionou um crescimento e padronização dos
métodos e materiais de construção como jamais se observou.
Com o advento da eletricidade os espaços passaram a não depender mais de luz e
climatização exclusivamente naturais. Juntamente com o concreto e o aço , o elevador
elétrico possibilitou a construção de grandes torres, residenciais e comerciais. A
iluminação e climatização artificiais tornaram possível a desvinculação dos espaços
interno e externo da construção. No entanto, essas soluções acarretam um custo
elevado. Não somente a construção se tornou dispendiosa, como também seu
funcionamento e manutenção.
A partir da primeira Crise do Petróleo, no início da década de 70, a limitação de
recursos acentuou-se, acarretando uma elevação permanente nos custos
energéticos. Ao mesmo tempo a conscientização crescente quanto aos efeitos de
deterioração do meio ambiente, desencadeou movimentos de preservação ambiental,
que levou a um despertar generalizado para o problema.
Assim, surgiu a abordagem bioclimática da arquitetura. A princípio voltado
essencialmente para os aspectos da insolação (arquitetura solar), o estudo da
Arquitetura Bioclimática passou a incorporar a interação das demais variáveis
climáticas (temperatura, chuvas, umidade relativa, ventos) com a arquitetura. Seu
objetivo é proporcionar o conforto ambiental desejado, preconizando a utilização de
sistemas passivos de condicionamento do ambiente, evitando ou reduzindo ao mínimo
a utilização de métodos artificiais de iluminação e climatização.
CONSIDERAÇÕES CLIMÁTCONSIDERAÇÕES CLIMÁTCONSIDERAÇÕES CLIMÁTCONSIDERAÇÕES CLIMÁTIIIICASCASCASCAS
Os fatores determinantes do clima são os ventos, a radiação solar incidente no
local, a umidade, a temperatura do ar e os índices pluviométricos. Esses fatores,
quando associados, podem influenciar na concepção de um projeto.
O conhecimento da zona climática à qual pertence uma determinada região não elimina
a necessidade de um estudo cuidadoso sobre as condições do local. Em uma mesma
zona climática, pode-se encontrar locais com climas característicos, os microclimas.
Dentro de uma mesma estrutura urbana, pode-se encontrar uma grande variedade de
microclimas. Isso ocorre devido à uma série de fatores, entre os quais se destacam
o tipo de ocupação do local, o desenho urbano, a topografia e a proximidade de áre-
as verdes e massas hídricas.
UTILIZAÇÃO DOS ELEMENTOS CLIMÁTICOS PARA INCREMENTO DAS CONDIÇÕESUTILIZAÇÃO DOS ELEMENTOS CLIMÁTICOS PARA INCREMENTO DAS CONDIÇÕESUTILIZAÇÃO DOS ELEMENTOS CLIMÁTICOS PARA INCREMENTO DAS CONDIÇÕESUTILIZAÇÃO DOS ELEMENTOS CLIMÁTICOS PARA INCREMENTO DAS CONDIÇÕES
DE CONFORTO TÉRMDE CONFORTO TÉRMDE CONFORTO TÉRMDE CONFORTO TÉRMIIIICOCOCOCO
Dentre os elementos climáticos, o vento e a radiação solar são os que podem ser
melhor trabalhados para se obter benefícios térmicos para o projeto.
Uma ventilação adequada pode proporcionar condições térmicas favoráveis no
interior de uma construção, sem o uso de métodos mecânicos. A circulação do vento
pode ser gerada por um diferencial térmico ou ser induzida por diferenças de
pressão. Os recursos utilizados, para que esses efeitos sejam obtidos, podem ser
implementados no corpo da edificação ou no seu entorno.
Em regiões de clima quente e elevados níveis de umidade, , , , como a cidade do Rio de
Janeiro, além do melhor aproveitamento dos ventos, a construção precisa estar
protegida da radiação solar para que tenha um desempenho térmico favorável. A
orientação da edificação, os materiais utilizados e o partido arquitetônico são
fundamentais para o projeto bioclimático. As proteções solares utilizadas, sejam elas
construídas ou naturais, completam o quadro.
No clima quente e úmido, é necessário assegurar boa ventilação e evitar a iluminação
excessiva. Ao contrário dos climas temperados, o problema é o excesso de luz e
calor. Não são necessárias grandes superfícies envidraçadas, porém devem existir
grandes aberturas para ventilação.
É importante observar, porém, que o desempenho otimizado da construção somente
será efetivo se essas posturas forem adotadas não apenas nos projetos das
edificações, mas também no âmbito do planejamento urbano.
Ventilação Natural na EdificaçãoVentilação Natural na EdificaçãoVentilação Natural na EdificaçãoVentilação Natural na Edificação
A posição e o tamanho das aberturas, em uma construção, determinam a circulação
do ar no seu interior. O máximo de circulação interna de ar se dá quando as
aberturas de entrada e saída estão em fachadas opostas, são iguais e do maior
tamanho possível. Para que se obtenha a sensação de resfriamento, é necessário que
o fluxo de ar apresente uma velocidade maior que a necessária para apenas renovar o
ar do ambiente. Uma edificação pode estar bem calculada em relação à renovação de
ar no seu interior, mas se o fluxo possui baixa velocidade ou não atinge os
ocupantes, não há sensação de resfriamento dentro deste espaço.
A velocidade do vento no interior do edifício é incrementada quando coloca-se uma
abertura para saída do ar maior que a destinada à entrada. Quando a abertura de
entrada é maior que a de saída, a velocidade do vento no interior é reduzida.
Aberturas descentralizadas produzirão ventilação seletiva e a colocação de elementos
construídos no exterior, pode ocasionar o desvio do vento.
O tipo de esquadria adotado também influencia, uma vez que este elemento pode ser
usado como instrumento para direcionar o vento. Existem seis tipologias básicas de
janelas: as de correr horizontais, as de correr verticais (tipo guilhotina), as de abrir,
as pivotantes verticais, as pivotantes horizontais e as basculantes (tipo maxim-ar). As
janelas de correr normalmente só utilizam 50% do vão de ventilação. Sua eficácia
aumenta quando existe a possibilidade da abertura ser feita por ambos os lados do
vão. As janelas pivotantes horizontais captam o vento que vem de baixo, tirando
proveito da sucção, e possuem a propriedade de determinar a faixa de altura
ventilada no ambiente. As pivotantes verticais, tiram proveito da direção do vento e
selecionam as áreas internas que serão ventiladas. As janelas de guilhotina são uma
solução bem adaptada ao clima quente e úmido – além de oferecerem diversas
possibilidades de abertura, são muito úteis quando não existe ventilação cruzada pois
funcionam, ao mesmo tempo, como entrada (por baixo) e saída (por cima) de ar.Quando uma edificação possui janelas em apenas uma fachada, as condições de
ventilação são ruins. Para atenuá-las é necessário que o posicionamento da
construção permita uma incidência do vento de forma obliqua à fachada. Se tal
A subdivisão interna também afeta o fluxo do ar no interior do prédio.
As melhores condições são obtidas quando os elementos divisores do espaço estão
mais próximos da abertura de saída do que da de entrada.
+ -
-
-
Para que se obtenha ventilação cruzada – condição desejável para
boa ventilação - é preciso que as aberturas sejam posicionadas
em paredes opostas. Porém, essa condição é necessária mas não
suficiente. Se as aberturas estiverem localizadas em fachadas
submetidas a uma pressão igual, a ventilação cruzada não ocorrerá,
conforme indica o esquema ao lado.
posicionamento não for possível, podem-se utilizar elementos
construídos ou vegetação para desviar o vento, fazendo-o incidir de
maneira favorável sobre a edificação , conforme o esquema ao lado.
Ventilação Natural no Meio UVentilação Natural no Meio UVentilação Natural no Meio UVentilação Natural no Meio Urrrrbanobanobanobano
O movimento do ar no meio urbano é diretamente influenciado pelo volume das
edificações e pela distribuição espacial das mesmas. Entre os fatores que afetam
diretamente o padrão do fluxo e a velocidade do ar no meio urbano estão, entre
outros, a disposição o dimensionamento e o volume das edificações, a orientação da
rede viária e a distribuição dos espaços abertos da cidade.
Devido às dificuldades para efetuarem-se simulações e ao grande número de variáveis
envolvidas, a informação disponível sobre o assunto é escassa. Entre os aspectos
mais conhecidos sobre o tema, estão os efeitos aerodinâmicos do vento,
decorrentes da vegetação, do mobiliário urbano, da topografia e da volumetria dos
elementos construídos.
Dependendo do seu posicionamento em relação aos ventos, elementos construídos
podem funcionar como barreiras, prejudicando a ventilação de edificações a
sotavento, ou canalizando o vento e aumentando sua velocidade. As diferenças de
altura do edifícios também influenciam na ventilação, podendo gerar áreas de calmaria
ou provocando turbulência.
Nos prédios com pilotis ocorre a formação de uma corrente de ar na área situada
sob o edifício. A entrada de ar é difusa, porém, a saída é concentrada e com
velocidade superior à da entrada.
Quando um edifício é construído isoladamente, dentro de uma malha urbana já
consolidada, torna-se difícil manipular o entorno para que sejam obtidos os melhores
resultados quanto à ventilação. Porém, no caso da elaboração de planos diretores,
ou em situações em que se fará a implantação de grandes conjuntos residenciais, por
exemplo, trabalha-se com uma grande área e um grande número de edificações.
Assim, conhecendo-se os efeitos aerodinâmicos do vento, podem-se propor
diretrizes para a implantação e para o partido arquitetônico a ser adotado, visando a
um melhor aproveitamento da ventilação natural.
Em regiões de clima quente e úmido, as edificações devem ser implantadas de forma
esparsa para permitir a circulação do ar, buscando-se adequar a sua orientação à
direção do vento dominante. Quando houver a necessidade de adensamento
populacional, é preferível que se eleve o gabarito (crescimento vertical) a se aumentar
a taxa de ocupação do terreno (crescimento horizontal).
Controle da Radiação Solar na EdifControle da Radiação Solar na EdifControle da Radiação Solar na EdifControle da Radiação Solar na Edifiiiicaçãocaçãocaçãocação
A proteção da edificação em relação à radiação solar pode ser feita através de
sombreamento da construção, da utilização de revestimentos de cores claras e que
possuam boa capacidade de reflexão, do uso de vegetação no entorno, sendo
também importante a escolha de materiais com propriedades físicas adequadas.
O sombreamento de uma construção pode ser feito de três formas:
sombreamento distante, próximo e integrado; sendo eles, muitas vezes, utilizados
concomitantemente. O sombreamento distante é obtido através do aproveitamento
da sombra projetada por elementos topográficos, devendo ser levado em
consideração na fase de implantação do projeto. O sombreamento próximo é
resultado da projeção de sombras de prédios vizinhos ou da vegetação. Já o
sombreamento integrado resulta de elementos arquitetônicos no corpo do próprio
edifício, assim como de vegetação integrada a ele (trepadeiras, por exemplo),
podendo ser completamente manipulado durante a concepção do projeto.
A radiação solar incidente em uma superfície apresenta três componentes: direta,
difusa e refletida pelo solo ou superfície do entorno. A radiação direta atinge as
fachadas de forma diferente, variando com a orientação e com a época do ano,
enquanto a radiação difusa depende do entorno e das condições do céu.
Em uma construção, as energias solar e térmica penetram de forma direta através
dos vãos abertos e indiretamente (radiação difusa) através dos fechamentos opacos
laterais e do telhado.
Entre os elementos construtivos, o telhado pode ser considerado o mais crítico, no
que se refere à incidência de radiação solar. A sua superfície encontra-se exposta à
ação do sol durante todo o dia, com o agravante de o ângulo de incidência do raios
solares em sua superfície ser maior que nas demais, tornando maior a intensidade da
radiação por unidade de área, independentemente da orientação da edificação. Em
contrapartida, durante a noite, é também o telhado o elemento que mais calor irradia,
especialmente quando há pouca nebulosidade.
Um artifício facilmente executável e que melhora consideravelmente as condições de
conforto interior, é a elevação do telhado, criando um espaço entre ele e a laje de
cobertura, proporcionando a ventilação deste espaço. A utilização de pé-direito alto,
assim como o uso de lanternins ou de telhados duplos, onde se utiliza um segundo
telhado ou uma cobertura vegetal posicionada acima da original, são soluções
também eficazes.
Os materiais componentes do telhado devem apresentar resistência ao fluxo de
calor, sendo a sua superfície externa refletora e a interna composta por material com
baixa capacidade de emissão de calor. Desta forma, a radiação incidente será, em
boa parte, devolvida ao meio externo, reduzindo-se a emissão interna da parte
absorvida.
Assim como no caso da ventilação, a adoção de partido vertical é preferível ao
horizontal. Na distribuição horizontal, a superfície de telhado é maior, dificultando a
proteção da edificação. Já no partido vertical, a área do telhado é menor, ocorrendo
um aumento das superfícies laterais, as quais encontram-se em situação menos
crítica.
Devido ao movimento relativo do sol, os raios solares incidem de forma oblíqua às
fachadas durante todo o ano, sendo, portanto, a intensidade da radiação incidente
menor que no telhado. Além disso, o tempo de incidência é também menor, devido
ao deslocamento do sol. A proteção das paredes pode ser feita através de
elementos arquitetônicos ou de vegetação. Elas devem ser compostas, no caso de
clima tropical, por materiais leves, de baixa inércia térmica e com a superfície externa
com boa capacidade de reflexão. O uso de cores claras, sobretudo do branco, é
amplamente recomendado. No caso das paredes, uma escolha inadequada dos
materiais é menos problemática que no caso dos telhados.
O ângulo da altura solar aumenta, no decorrer da manhã, até as 12:00h, quando
atinge o seu ponto máximo e começa a decrescer. A época do ano também influencia,
sendo os valores máximos de altura solar encontrados no solstício de verão (22/12
no hemisfério sul) e os mínimos no de inverno (22/06 no hemisfério sul). Como, nas
fachadas voltadas para leste, a maior insolação se dá nas primeiras horas do dia, o
ângulo de incidência é menor. O mesmo fato ocorre nas orientações oeste, durante
o período da tarde. Já as fachadas norte,no hemisfério sul, recebem insolação
durante quase todo o dia, sendo a maior incidência nos horários em que a altura solar
é maior. Em locais com latitude até 23o27’, as fachadas sul recebem insolação
durante alguns dias no verão, ficando a orientação norte sombreada durante este
período.
Como o ângulo de incidência do sol é maior nas direções norte e sul, deve-se optar
por proteções horizontais nessas fachadas. Nas direções leste e oeste, devido ao
baixo ângulo de incidência do sol, a proteção requer maior cuidado, sendo
aconselháveis os dispositivos verticais. Nessas direções, também devido ao ângulo
de incidência do sol, a de radiação recebida é maior.
 
Os elementos das fachadas responsáveis pelo maior ganho térmico, são as janelas.
Elas devem ser protegidas da radiação de forma que a ventilação não seja
prejudicada. Devido às suas características de condutibilidade, os vidros contribuem
significativamente para o aumento da temperatura interna, pois são transparentes à
radiação proveniente do sol e opacos à radiação reemitida pelos objetos aquecidos.
NN
Fachadas norte-sul Fachadas leste-oeste
Quanto ao posicionamento da edificação, havendo a possibilidade
de escolha, é preferível posicionar-se o maior eixo na direção leste-
oeste, ficando as maiores fachadas voltadas para o norte e o sul.
Porém, nos casos em que este posicionamento for conflitante com
o aproveitamento dos ventos dominantes, este último parâmetro
deve prevalecer.
Como a energia solar transmitida através de um material transparente depende do
ângulo de incidência e da intensidade da radiação, decrescendo à medida em que
esse ângulo diminui, o ganho de calor através das janelas pode ser, em grande parte,
reduzido se o ângulo formado entre elas e o plano da fachada for aumentado, como
mostra a planta abaixo.
Os dispositivos colocados no exterior das construções são projetados e calculados
para a proteção da radiação solar direta. Porém, a proteção da radiação difusa é
também importante. Se os elementos externos forem corretamente executados, o
tratamento da radiação difusa pode ser feito no interior através do uso de cortinas e
persianas, que envolvem um custo bem inferior, além de maior facilidade de
manutenção, que as proteções usadas no exterior.
As proteções integradas à construção podem ser de três tipos: horizontais,
verticais e mistas. Elas devem possuir as seguintes características:
• Ser calculadas de acordo com a latitude (utilizar os diagramas solares);
• Estar afastadas da fachada para evitar sobreaquecimento;
• Ser constituídas de materiais leves, com pouca inércia térmica, como madeira, por
exemplo. O alumínio polido deve ser evitado devido ao ofuscamento que ocasiona,
não recebendo restrições se for anodizado ou pintado;
• Para preservar o interior da radiação difusa, não é conveniente o uso de cores
claras nas faces internas das proteções;
• Embora as proteções móveis sejam mais eficientes, recomenda-se o uso de
proteções fixas, devido a fatores econômicos e de manutenção.
A vegetação é um elemento de grande utilidade para se obter sombreamento,
atenuando os efeitos da radiação solar. O nível de proteção obtido depende
diretamente do tipo de espécies escolhidas e do posicionamento da vegetação em
relação à construção. Devido à variação dos ângulos da altura solar, o porte e a
distância da vegetação ao plano da fachada, deve variar com a orientação. Nas
direções leste e oeste é indicada a utilização de espécies arbustivas próximas à
fachada e de árvores de maior envergadura mais afastadas. Já nas orientações norte
e sul é aconselhável a colocação de árvores de maior porte próximas às fachadas. É
aconselhável que o sombreamento do telhado seja adotado, sempre que possível,
para reduzir a quantidade de carga térmica por ele recebida.
Nas regiões tropicais, é indicado que os materiais utilizados na pavimentação
possuam um baixo índice de absorção térmica (como o saibro, por exemplo), sendo
evitados os recobrimentos como o asfalto, que absorve grande quantidade de calor
e o emite posteriormente, na faixa de radiação infravermelha. Sempre que possível,
as áreas externas devem ter o piso recoberto por vegetação, que absorve a maior
parte da energia incidente. Quando forem utilizadas placas de concreto ou outros
50o
tipos de pavimentação em placas, pode-se colocar grama entre elas, favorecendo os
aspectos térmicos além de auxiliar na drenagem das águas pluviais.
CONCLUSÃOCONCLUSÃOCONCLUSÃOCONCLUSÃO
A concepção de um projeto de arquitetura sob a ótica bioclimática pode demandar
investimentos adicionais em recursos técnicos e humanos específicos. No entanto, a
relação custo-benefício da implementação dos dispositivos aqui apresentados
demonstra-se positiva sob diversos aspectos.
O benefício imediato é o aumento dos níveis de conforto do usuário, não apenas
no sentido de seu bem-estar, mas também das evidentes relações com seu
rendimento nas diversas atividades (conforto ergonômico). A médio e longo prazo,
os benefícios são traduzidos na economia de energia e na contribuição para a
redução dos níveis de poluição ambiental.
BIBLIOGRAFIABIBLIOGRAFIABIBLIOGRAFIABIBLIOGRAFIA
1. HINZ, Elke et alii. Proyecto clima y arquitetura. México: G. Gili, 1986. 3v. V.2:
Recomendaciones de diseño para clima cálido y humedo.
2. HUET, Olivier et CELAIRE, Robert (org.) Bioclimatisme en zone tropicale. Paris:
GRET (Groupe de Recherche et d’Echanges Technologiques), 1986.
3. KOENINGSBERGER, O. et alii. Viviendas y edifícios en zonas cálidas y tropicales.
Madrid: Paraninfo, 1977.
4. LAVIGNE, Pierre et alii. Architecture climatique - Une contribution au developpe-
ment durable. Paris, 1992.
5. LOMBARDO, Magda A. Ilha de calor nas metrópoles - O exemplo de São Paulo.
São Paulo: Hucitec, 1985.
6. ROMERO, Marta A. B. Princípios bioclimáticos para o desenho urbano. São Paulo:
Projeto, 1988.
7. SAMPAIO, Maria Cristina H. Conforto térmico em habitações populares – Um res-
gate da arquitetura bioclimática. Dissertação (Mestrado em Arquitetura).
FAU/UFRJ. Rio de Janeiro, 1995