ELEMENTOS CLIMÁTICOS E TIPOS DE CLIMA BRASILEIROS

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CONFORTO AMBIENTAL E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA I
CCE0135
DÉBORA RODRIGUES CRUZ
 NOTURNOO. SEGUNDAS-FEIRAS. 19:00-22:30HS 
NOÇÕES DE CLIMA
TEMPO é a variação diária das condições atmosféricas.
CLIMA é a condição média do tempo em uma dada região baseada em medições em longos períodos de tempo (30 anos ou mais).
UM PROJETO ARQUITETÔNICO DEVE CONSIDERAR O CLIMA E SUAS VARIÁVEIS
ELEMENTOS CLIMÁTICOS E TIPOS DE CLIMA BRASILEIROS
ESCALAS CLIMÁTICAS
Para fazer um análise clara e organizada do clima, ele pode ser dividido em três escalas distintas, porém indissociáveis.
ELEMENTOS CLIMÁTICOS E TIPOS DE CLIMA BRASILEIROS
macroclima
mesoclima
microclima
ESCALAS CLIMÁTICAS
MACROCLIMA: Descreve as características gerais de uma região em termos de sol, nuvens, temperatura, ventos, umidade e precipitações; porém pode não ser conveniente para descrever as condições do entorno imediato do edifício.
MESOCLIMA: Refere-se a áreas menores do que as consideradas no macroclima. Aqui as condições locais de clima são modificadas por variáveis como a vegetação, a topografia, o tipo de solo e a presença de obstáculos naturais ou artificiais.
MICROCLIMA: É a escala mais próxima ao nível da edificação, podendo ser concebido e alterado pelo arquiteto. As particularidades climáticas do local podem representar benefícios ou dificuldades adicionais, que podem não estar sendo consideradas nas escala do macro e meso climáticas
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ESCALAS CLIMÁTICAS
MICROCLIMA: É nessa escala que variáveis como vegetação, topografia, tipo de solos a presença de obstáculos naturais ou artificiais irão influenciar nas condições locais.
O estudo das variáveis desta escala é fundamental para o lançamento do projeto, pois uma série de particularidades climáticas pode induzir a soluções arquitetônicas mais adequadas ao bem-estar das pessoas
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FONTE: LAMBERTS, DUTRA, PEREIRA. Eficiência Energética na Arquitetura
VARIÁVEIS CLIMÁTICAS
As variáveis climáticas descrevem as características gerais de uma região em termos de sol, nuvens, temperatura, ventos, umidade e precipitações.
Os valores dessas variáveis se alteram para os distintos locais da Terra em função da influência de alguns fatores como circulação atmosférica, distribuição de terras e mares, relevo do solo, revestimento do solo, latitude e altitude.
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A Terra, para efeitos práticos, é considerada como sendo uma esfera. A figura abaixo representa esta esfera de centro C, pelo qual passa um eixo imaginário denominado EIXO POLAR, ao redor do qual a Terra gira. O ponto PN é definido como sendo o Pólo Norte e o ponto PS, o Pólo Sul. 
O círculo definido pela intersecção do plano que passa pelo centro C e é perpendicular ao eixo polar e à esfera terrestre é o EQUADOR TERRESTRE.
FONTE: FROTA,SCHIFFER. Manual de conforto térmico
VARIÁVEIS CLIMÁTICAS
A posição de uma localidade sobre a Terra pode ser especificada a partir de sua latitude e de sua longitude. 
A LONGITUDE é medida com relação ao Meridiano de Greenwich. Esse meridiano é, por definição, o semicírculo que passa pelos pólos e pelo observatório de Greenwich, situado na Inglaterra. As longitudes são medidas de 0° a 180°, a leste ou a oeste do Meridiano de Greenwich
A LATITUDE é medida a partir do Equador, imaginando-se que cada ponto da superfície da Terra esteja contido em um semicírculo paralelo ao Equador. Mede-se a latitude de 0° a 90° e se dirá que ela é Norte, se estiver acima da linha do Equador, e Sul, se estiver abaixo.
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VARIÁVEIS CLIMÁTICAS
No movimento de translação, a Terra percorre sua trajetória elíptica em um plano inclinado de 23°27’ em relação ao plano do Equador.
Este ângulo define a posição dos trópicos e isto faz com que os hemisférios terrestres recebam quantidades distintas de radiação solar ao longo do ano, caracterizando as estações pelos solstícios de inverno e verão (“a’’ e “c”) e pelos equinócios de outono e primavera (“b” e “d”).
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FONTE: LAMBERTS, DUTRA, PEREIRA. Eficiência Energética na Arquitetura
VARIÁVEIS CLIMÁTICAS
O conhecimento das variáveis climáticas é de fundamental importância para o projeto de edificações mais adequadas ao conforto dos ocupantes e mais eficientes energeticamente.
São quantificadas em estações meteorológicas e descrevem as características gerais de uma região.
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FONTE: LAMBERTS, DUTRA, PEREIRA. Eficiência Energética na Arquitetura
RADIAÇÃO SOLAR
O sol emite radiações eletromagnéticas, constituídas por campos elétricos e magnéticos oscilantes.
As radiações solares vão do infravermelho passando pela luz visível até o ultravioleta
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Radiação Solar
Raios infravermelhos: produzem aquecimento superficial dos tecidos. Se caracterizam por sua capacidade penetrante e calórica
Luz visível: responsável pela luminosidade natural que irradia sobre o solo terrestre.
Raios ultravioletas: Manifestam ações físico-químicas nos seres vivos em diferentes graus dependendo do comprimento de onda 
RADIAÇÃO SOLAR
É a principal fonte de energia para o planeta (calor) e constitui uma importante fonte de luz (conforto visual - evolução olho humano).
Deve ser dividida em DIRETA E DIFUSA, porque após sua penetração na atmosfera, a radiação começa a sofrer interferências no seu trajeto em direção à superfície terrestre. A parcela que atinge diretamente a Terra é chamada radiação direta
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FONTE: LAMBERTS, DUTRA, PEREIRA. Eficiência Energética na Arquitetura
FONTE: LAMBERTS. Desempenho térmico de edificações
RADIAÇÃO SOLAR
Uma das ferramentas disponíveis para estudá-la é a CARTA SOLAR. 
São representações gráficas do percurso do sol na abóbada celeste da terra, nos diferentes períodos do dia e do ano. Em geral, são representadas por projeções do percurso solar em um plano.
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FONTE: LAMBERTS. Desempenho térmico de edificações
RADIAÇÃO SOLAR
Nas escalas meso e microclimáticas a radiação solar pode ser interceptada pelos elementos vegetais e topográficos do local. 
Em locais arborizados a vegetação pode interceptar entre 60% e 90% da radiação solar, causando uma redução substancial da temperatura do solo. Isto acontece porque o vegetal absorve parte da radiação solar para seu metabolismo (fotossíntese). Além disso o movimento do ar entre as folhas retira grande parte do calor absorvido do sol.
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FONTE: LAMBERTS. Desempenho térmico de edificações
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, é absorvida e convertida em calor.
A LUZ SOLAR DIRETA ilumina uma superfície normal com 60.000 a 100.000lux
Com relação à LUZ DIFUSA, é consideravelmente mais baixa que a luz solar direta, variando entre 5.000 A 20.000lux para céu encoberto.
No caso de céu nublado, a distribuição da radiação e a luminância tendem a ser mais uniformes neste caso.
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TEMPERATURA DO AR
Resulta basicamente dos fluxos das grandes massas de ar e da diferente recepção da radiação do sol de local para local.
Quando a velocidade dos fluxos de ar é pequena, a radiação solar é recebida de forma distinta em consequência do tipo de sol, da vegetação, da topografia e da altitude do local.
Quando a velocidade do ar é alta, a influência dos fatores locais na temperatura do ar é bem menor.
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 VENTO
Diferenças nas temperaturas das massas de ar geram
o seu deslocamento da área de maior pressão (ar mais frio e pesado) para a área de menor pressão (ar quente e leve).
Resulta basicamente dos fluxos das grandes massas de ar e da diferente recepção da radiação do sol de local para local.
Velocidade e direção do vento mudam dependendo da rugosidade da superfície, tendo que corrigir os dados obtidos nas estações meteorológicas (10m)
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FONTE: LAMBERTS. Desempenho térmico de edificações
 VENTO
Através de diagramas do tipo “rosa-dos-ventos”, o arquiteto pode conhecer as probabilidades de ocorrência de vento para as principais orientações e velocidade.
Este instrumento pode auxiliar o projetista na colocação de aberturas, de forma a aproveitar o vento fresco no período quente e evitar o vento forte no período frio.
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FONTE:https://pt.windfinder.com/windstatistics/ribeirao_preto
Ventos predominantes Ribeirão Preto
 VENTO
As condições do vento local podem ser alteradas com a presença de vegetação, edificações e outros anteparos naturais ou artificiais; permitindo tirar partido deles para canalizar os ventos desviando-os ou trazendo-os para a edificação
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FONTE: LAMBERTS. Desempenho térmico de edificações
 UMIDADE
Resulta da evaporação da água contida nos mares, rios, lagos e na terra, bem como a evapotranspiração dos vegetais. 
Locais com alta umidade reduzem a transmissão da radiação solar, pela absorção e redistribuição na atmosfera. Porém, altas umidades relativas dificultam a perda de calor pela evaporação do suor aumentando o desconforto térmico.
O ar a uma certa temperatura pode conter uma determinada quantidade de água (Maior temperatura = Maior quantidade de água e vice-versa)
Pode ser modificada em escalas mais próximas a edificação na presença de água ou de vegetação
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FONTE: LAMBERTS. Desempenho térmico de edificações
 
Numa mesma região, podemos ter duas localidades próximas, nas quais os elementos do clima tem comportamentos distintos. Isso ocorre devido às características fisiográficas de cada local, como latitude, altitude, relevo e proximidade a grandes massas de água.
Estas características atuam como fatores de modificação das condições inicias do clima, tem influencia sobre dados de temperatura, umidade, pressão, precipitação e regime de ventos.
Não há duas regiões que apresentem características climáticas iguais, mas por questão de simplificação surgiram algumas classificações que agrupam regiões com características climáticas semelhantes.
No Brasil as classificações climáticas mais adotadas são as de Arthur Straler, a de Willian Koppen e do IBGE.
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A classificação de Strahler baseia-se nas áreas da superfície terrestre, controladas ou dominadas pelas massas de ar.
CLIMAS DO BRASIL
A classificação de Koppen baseia-se fundamentalmente nos valores de temperatura, precipitação e na distribuição destes entre as estações do ano, não levando em conta a dinâmica das massas de ar
 CLIMAS DO BRASIL
O clima brasileiro divide se em seis regiões básicas (classificação de Koppen):
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FONTE: LAMBERTS. Desempenho térmico de edificações
 CLIMAS DO BRASIL
Clima Tropical: Verão quente e chuvoso e inverno quente e seco. Temperaturas médias acima de 20°C e amplitude térmica anual até 7°C. As chuvas oscilam entre 1000 mm/ano e 1500 mm/ano
Clima Equatorial: compreende toda a Amazônia e possui temperaturas médias entre 24°C e 26°C, com amplitude térmica anual de até 3°C. Chuva abundante e bem distribuída
Clima Semi-árido: região climática mais seca do país, caracterizada por temperaturas médias muito altas (em torno dos 27°C). Chuvas escassas e amplitude térmica anual por volta de 5°C.
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FONTE: LAMBERTS. Desempenho térmico de edificações
 CLIMAS DO BRASIL
Clima Subtropical: Temperaturas médias situadas normalmente abaixo dos 20°C e amplitude anual varia de 9°C a 13°C. Chuvas fartas e bem distribuídas. Inverno rigoroso nas áreas mais elevadas, onde pode ocorrer neve.
Clima Tropical de altitude: Temperaturas médias situadas na faixa de 18°C a 22°C. No verão, chuvas mais intensas e no inverno pode gear devido às massas frias que se originam da massa polar atlântica. 
Clima Atlântico: Característico das regiões litorâneas do Brasil, temperaturas médias variam entre 18°C e 26°C, chuvas abundantes, concentrando-se no verão para as regiões mais ao sul e no inverno e outono para as regiões de latitudes mais baixas (próximas ao equador). Amplitude térmica varia de região para região. 
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FONTE: LAMBERTS. Desempenho térmico de edificações
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Observando o mapa acima, a cidade de Ribeirão Preto encontra-se na área Cfa, mesotérmico úmido com verões quentes. Porém seria mais correto apontar para o clima tipo Cwa, mesotérmico sub-úmido com inverno seco e verão quente.
Temos ainda a classificação do IBGE para o território brasileiro: 
De acordo com o mapa, Ribeirão Preto possui clima sub-quente úmido (área verde)
Porém se levarmos em conta os dados de temperatura e pluviosidade local, seu clima seria definido como quente semi-úmido (área rosa claro)
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Nos mapas das três classificações apresentadas podemos ver que a localização do município de Ribeirão Preto situa-se em área de transição entre dois ou mais tipos climáticos.
Essa posição resulta em divergências tanto dentro de uma mesma classificação quanto entre as três apresentadas.
De maneira geral as três classificações apontam três características comuns para o clima da cidade: clima quente, semi-úmido, inverno seco e verão chuvoso.
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FONTE: FROTA,SCHIFFER. Manual de conforto térmico
Mapa climatológico simplificado do Brasil.
Fonte: Fundação Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística
 EXERCÍCIO 01
Ao longo do semestre vamos conhecer as principais diretrizes bioclimáticas para edificações em nossa região, assim vamos começar a conhecer o nosso clima.
A turma deverá se dividir em 4 grupos temáticos:
Temperaturas médias
Ventos (direção, velocidade, rosa-dos-ventos) 
Umidade relativa
Precipitação 
Poderão ser consultados os sites da prefeitura de Ribeirão Preto, do Instituto Nacional de Meteorologia dentre outros.
 
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O arquiteto deve ter uma ideia sobre o comportamento das variáveis climáticas do local do projeto ao longo do ano. Desta forma poderá calçar-se de dados suficientes para identificar os períodos de maior probabilidade de desconforto e, consequentemente, onde se faz importante sua intervenção no projeto
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 INFLUÊNCIA DA UMIDADE RELATIVA DO AR
A grande diferenciação que o grau de umidade relativa do ar acarreta nas condições climáticas de um local é quanto à AMPLITUDE DA TEMPERATURA DIÁRIA
Isto equivale a dizer que QUANTO MAIS SECO for o clima, mais acentuadas serão sua TEMPERATURA EXTREMAS (mínimas e máximas).
Quanto mais úmido estiver o ar, maior será a quantidade de água em suspensão. Essas partículas se aquecem pela radiação solar que recebem e funcionam, de dia, como uma barreira da radiação solar que atinge o solo e, à noite, ao calor dissipado pelo solo.
Um solo em clima mais seco recebe mais radiação solar direta que em clima mais úmido.
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 CLIMA QUENTE E SECO: A ARQUITETURA
As diferenças quanto à umidade relativa do ar vão requerer
partidos arquitetônicos distintos em função da consequente variação da temperatura diária
Por exemplo, o da cidade de Brasília, onde a mínima (noturna) é de 15,4°C e a máxima (diurna) de 30,7°C
Podem-se adotar partidos arquitetônicos que tenham, uma INÉRCIA TÉRMICA ELEVADA, a qual acarretará grande amortecimento do calor recebido e um atraso significativo no número de horas que esse calor levará para atravessar a vedação da edificação
Assim, o calor que atravessa as vedações só atinge o interior da edificação à noite, quando a temperatura externa já esta em declínio acentuado.
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Paredes mais grossas ajudam no atraso térmico
O calor armazenado durante o dia continua sendo liberado a noite, aquecendo o ambiente
FONTE: http://projeteee.mma.gov.br/implementacao/paredes-aquecimento-solar-passivo/
 CLIMA QUENTE E SECO: A ARQUITETURA
Outro fator a se considerar no projeto é o tamanho das aberturas. Já que não há conveniência de ventilação, pode-se ter PEQUENAS ABERTURAS, o que também facilitará a sua proteção de excessiva radiação solar direta.
A VEGETAÇÃO DEVE FUNCIONAR COMO BARREIRA DOS VENTOS e reter parte da poeira em suspensão
Os espaços abertos nesses climas podem conter espelhos de água, chafarizes, ou outras soluções semelhantes. A UMIDIFICAÇÃO que esta água ao se evaporar trará ao ar próximo permitirá maior sensação de conforto às pessoas
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 CLIMA QUENTE E ÚMIDO: A ARQUITETURA
Como a variação da temperatura noturna não é tão significativa, neste clima, que cause sensação de frio, mas suficiente para provocar alívio térmico, a VENTILAÇÃO NOTURNA É BASTANTE DESEJÁVEL.
Prever ABERTURAS SUFICIENTEMENTE GRANDES para permitir a ventilação nas horas do dia em que a temperatura externa está mais baixa que a interna.
Do mesmo modo, devem-se PROTEGER AS ABERTURAS DA RADIAÇÃO SOLAR DIRETA, mas NÃO FAZER DESTAS PROTEÇÕES OBSTÁCULOS AOS VENTOS.
Prever uma INÉRCIA DE MÉDIA A LEVE, porém COM ELEMENTOS ISOLANTES nas vedações, para impedir que grande parte do calor da radiação solar recebida pelas vedações atravesse a construção e gere calor interno em demasia
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Paredes com elementos isolantes para impedir que o calor atravesse
Ventilação noturna desejável
FONTE: http://projeteee.mma.gov.br/implementacao/parede-com-isolante-termico-externo-e-ventilacao-noturna//
 NORMAIS CLIMATOLÓGICAS
São séries de dados, medidos em estações climáticas, padronizados pela Organização Meteorológica Mundial calculadas para períodos de 30 a 30 anos, obtidas a partir de valores médios e extremos mensais de temperatura, umidade, precipitação, nebulosidade, horas de sol, entre outros
Períodos de medições padronizadas já concluídos no Brasil são os e 1901 a 1930, 1931 a 1960 e de 1961 a 1990.
Estão disponíveis para centenas de cidades brasileiras
Quando não se dispõe de dados mais precisos, estas são utilizadas frequentemente para a análise climática do local do projeto
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 BIOCLIMATOLOGIA
Bioclimatologia aplicada à arquitetura: obter um ambiente interior com determinadas condições de conforto para os usuários através de estratégias passivas de aquecimento, de resfriamento e de iluminação natural
Adequação da arquitetura ao clima local visando atingir um desempenho térmico adequado
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 ESTRATÉGIAS BIOCLIMÁTICAS
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 ESTRATÉGIAS BIOCLIMÁTICAS
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 ESTRATÉGIAS BIOCLIMÁTICAS
ELEMENTOS CLIMÁTICOS E TIPOS DE CLIMA BRASILEIROS
COMPORTAMENTO TÉRMICO DAS CONSTRUÇÕES
INÉRCIA TÉRMICA DOS ELEMENTOS DA ENVOLVENTE
À inércia térmica estão associados dois fenômenos de grande significado para o comportamento térmico do edifício: o amortecimento e o atraso da onda de calor, devido ao aquecimento ou ao resfriamento dos materiais. 
A inércia térmica depende das características térmicas da envolvente e dos componentes construtivos internos. Não há dúvidas da economia gerada no ambiente construído com base na utilização de dispositivos de proteção solar.
Quando, por exemplo, a temperatura exterior, suposta inicialmente igual à temperatura interior, se eleva, um certo fluxo de calor penetra na parede. Esse fluxo não atravessa a parede imediatamente, antes aquecendo-a internamente.
Uma parede apresenta maior ou menor inércia segundo seu peso e sua espessura. Mas os revestimentos desempenham importante papel, pois revestimentos isolantes reduzem as trocas de calor com a parede e reduzem sua inércia.
 ESTRATÉGIAS BIOCLIMÁTICAS
COMPORTAMENTO TÉRMICO DAS CONSTRUÇÕES
COMPREENDENDO O EFEITO DA INÉRCIA TÉRMICA NO VERÃO
Edificações cujos elementos construtivos possuem uma elevada capacidade de armazenamento de calor, podem tirar proveito do efeito da inércia térmica nos períodos quentes para favorecer uma menor elevação da temperatura interna. 
O efeito da inércia térmica ocorre quando os picos de temperatura em relação aos valores máximos e mínimos verificados no ambiente externo são amortecidos. 
A temperatura interna tem sua amplitude reduzida (diferença entre os valores máximos e mínimos) e varia com valores próximos à temperatura média externa do período. 
Para que esta estratégia obtenha resultados satisfatórios, é de fundamental importância considerar também quais as condições de ventilação à qual a edificação está sujeita.
http://projeteee.mma.gov.br/estrategia/ventilacao-natural-inercia-termica-para-resfriamento/
 ESTRATÉGIAS BIOCLIMÁTICAS
COMPORTAMENTO TÉRMICO DAS CONSTRUÇÕES
Compreendendo a inércia térmica no inverno: aquecimento solar passivo
Sob condições de inverno, a função dos componentes construtivos que possuem elevada inércia térmica é a de reter o calor armazenado no interior da edificação, evitando que as temperaturas se reduzam tanto quanto a temperatura externa. 
Para que isto ocorra, é necessário maximizar a admissão da insolação, aquecendo as superfícies internas. Outra medida estratégica para evitar as perdas de calor é restringir a ventilação, pois nessa época do ano os ventos frios contribuem para o resfriamento dos componentes construtivos, além de prejudicar o conforto térmico dos usuários. 
Tais questões estão diretamente relacionadas aos padrões de uso da edificação, de modo que o usuário deve saber manipular os dispositivos de controle da insolação e da ventilação – esquadrias - para que se possa obter um desempenho térmico satisfatório. 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
LAMBERTS, R., DUTRA, L., PEREIRA, F.O.R. Eficiência Energética na Arquitetura. São Paulo: PW Editores. 1997
LAMBERTS, R., Desempenho Energético das edificações. 
FROTA, A.B., SCHIFFER, S.R.,Manual de conforto térmico : arquitetura, urbanismo — 5. ed. — São Paulo : Studio Nobel, 2001.