Construção-Sustentável-UFJF-Pedro-Kopschitz-Cap-5a

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Variáveis climáticas e análise dos climas brasileiros 
Uso de Cartas bioclimáticas
Profa. Letícia Maria de Araújo Zambrano
(Aula adaptada para a disciplina “Construção Sustentável”)
Bioclimatismo e Arquitetura;Conforto Higrotérmico
Faculdade de Engenharia 
Departamento de Arquitetura e Urbanismo
Roteiro da aula
1. Vida na Terra – adaptações ao clima
2. Trocas térmicas e mecanismos termorreguladores
3. Elementos do clima e variáveis climáticas
4. Classificações climáticas do Brasil e Zoneamento 
Bioclimático
5. Cartas bioclimáticas
1. Condições de vida da Terra
(OLGYAY, 2004)
• O clima na Terra – regiões extremamente frias até extremamente 
quentes. 
• As espécies vivas – adaptação fisiologia através da seleção natural 
ou mutação, ou encontrar defesas apropriadas para enfrentar os 
rigores ambientais.
• Homem - flexibilidade e a capacidade física de adaptação fracas, 
se comparadas aos animais, que possuem defesas naturais contra um 
amplo espectro de climas desfavoráveis.
• O refúgio e outras invenções - desde os tempos mais remotos para se 
proteger dos rigores climáticos: fogo, peles, cavernas, etc.
Adaptação do refúgio ao clima
• Os antigos reconheciam que a adaptação era um princípio essencial 
da arquitetura.
Fotos: Abrigos adaptados ás zonas climáticas (OLGYAY, 2004)
Abordagem bioclimática
• Consiste em se conduzir o projeto de uma edificação em 
consonância com as forças da natureza, e não contra elas. 
• Aproveitar as potencialidades climáticas para criar 
condições de vida adequadas, que favorecem o conforto humano 
(OLGYAY, 2004).
• Reduzir demandas de condicionamento mecânico para a promoção 
do conforto.
• É fundamental uma análise minuciosa do local do projeto:
– Analisar o clima do local;
– Analisar a configuração física do local (relevo, topografia, vegetação, 
cursos d’água, entorno construído);
– Analisar as sensibilidades e potencialidades presentes no entorno (físicas e 
em relação aos vizinhos);
– Além de todos os elementos que compõem o programa arquitetônico, o 
perfil de uso da edificação e demandas dos futuros usuários.
Abordagem bioclimática do projeto
Fonte: VIANNA, N. S., GONÇALVES, J. C. S., 2011
CORTE
S/ESC
2. Trocas térmicas entre o corpo e o meio
• Mecanismos termorreguladores do corpo permitem equilibrar a 
temperatura interna (em torno dos 37º) quando o corpo ganha ou 
perde calor.
• Ativados quando as condições térmicas do meio ultrapassam 
determinados valores.
Fonte: LAMBERTS, R., DUTRA, L., PEREIRA, F.O.R, 1997
Mecanismos termorreguladores
No frio: 
• Vasoconstrição periférica – os 
vasos periféricos se contraem para 
evitar perdas de calor por convecção 
ou radiação.
• Arrepio – movimento muscular que 
aquece a pele, evitando perdas por 
convecção.
• Aumento do metabolismo -
provocando tremor muscular, o que 
produz calor internamente.
• Mecanismos instintivos – se 
encolher, esfregar as mãos, ingerir 
bebidas quentes, se aquecer com 
mais roupas.
No calor: 
• Vasodilatação periférica – os vasos 
periféricos se dilatam para facilitar as 
perdas de calor por convecção ou 
radiação.
• Suor – produção de líquido que 
permite perda de calor por 
evaporação e convecção.
• Redução do metabolismo -
provocando lentidão, o que reduz a 
produção de calor internamente.
• Mecanismos instintivos – se abanar, 
ingerir bebidas frias, diminuir as 
roupas.
Quando o balanço de trocas térmicas com o meio é nulo, pode-se dizer 
que o indivíduo está em situação de conforto higrotérmico.
3. Elementos do Clima
• Macroclima:
– Características gerais de uma região 
(influenciado pela latitude, altitude, 
localização geográfica na costa ou 
interior): sol, nuvens, temperatura, 
ventos, umidade e precipitações.
• Mesoclima:
– Características locais influenciadas 
pelo litoral, campo, florestas, vales, 
cidades, ou regiões montanhosas. 
Influência de variáveis de vegetação, 
topografia, tipo de solo, obstáculos 
naturais ou artificiais.
• Microclima:
– Mesmas características, porém bem 
próximas à edificação e que podem ser 
modificadas pelo homem.
• Dados climáticos que caracterizam o clima de uma região: 
• Pressão atmosférica, insolação, nebulosidade, precipitação, evaporação, 
umidade relativa, temperatura máxima, temperatura média, temperatura 
mínima, temp. mínima absoluta, temp. máx. absoluta.
• Normais climatológicas: 
• Média de dados climáticos medidos em séries de 30 anos, atualizados a 
cada 10 anos. 
• São publicadas pelo Instituto Nacional de Meteorologia 
(http://www.inmet.gov.br/).
– Abrange 414 estações meteorológicas do INMET em operação durante anos 
do período entre 01/01/1961 a 31/12/1990, e cobre um conjunto de 26 
parâmetros meteorológicos.
Variáveis climáticas
Fonte: http://www.inmet.gov.br/.
Fonte: http://www.inmet.gov.br/.
Fonte: http://www.inmet.gov.br/.
Principais variáveis climáticas
 Nas escalas meso e microclimáticas, 
a radiação solar pode ser 
interceptada por elementos vegetais 
e topográficos do local (bloqueio de 
60% a 90% da radiação, reduzindo a 
temperatura da superfície do solo). 
 Muito variável de acordo com o tipo 
de céu (claro, parcialmente 
encoberto ou encoberto).
• Radiação Solar
– direta e difusa (W/m²)
– insolação (h)
 Principal fonte de energia do planeta, como fonte de luz e calor;
 A transferência de calor na edificação se dá por: radiação solar direta,
radiação solar difusa, radiação solar refletida pelo solo e entorno,
radiação térmica emitida pelo solo aquecido e pelo céu, radiação térmica
emitida pelo edifício;
Fonte: LAMBERTS, R., DUTRA, L., PEREIRA, F.O.R, 1997
• Temperatura
– Do ar 
– Superficial
 Mais comum e de fácil medição;
 Resultante dos fluxos das grandes massas de ar e da diferença de 
recepção da radiação do sol nos locais;
 Quando há pouca movimentação de ar, a temperatura é consequência 
dos ganhos térmicos solares no local;
 Com muita movimentação de a,r os efeitos dos ganhos solares sobre a 
temperatura são menores;
 Para uma mesma temperatura, em função da velocidade do vento, a 
sensação de conforto térmico é diferente.
• A terra ganha ou perde calor lentamente se submetidas a temperaturas mais 
altas ou mais baixas.
• O arquiteto pode tirar vantagens das propriedades de inércia térmica da 
terra para amenizar as temperaturas no interior da edificação. 
• O solo se mantém em temperaturas mais amenas que o ar exterior. Após ser 
aquecida, a terra retém o calor por mais tempo que uma habitação 
convencional. Em locais com grande amplitude térmica diária, isso pode ser 
uma vantagem, ao integrar a edificação ao solo (semienterradas, taludes, 
coberturas com terra, etc), absorvendo o calor durante o dia e devolvendo para a 
edificação nos horários mais frios.
Figura: Temperaturas médias dos materiais na orientação 
Leste, em função dos horários (Guimarães et al. 2002)
• Temperaturas 
superficiais, medidas 
com termômetro de 
mira laser, em 
fachadas com 
materiais e cores 
diversas.
• Vento 
– direção (graus)
– velocidade (m/s, Km/h, nós)
– Frequência
 As massas de ar apresentam variações de direção e velocidade, em 
função de diferenças de temperatura entre massas de ar (deslocamentos de 
zonas de alta pressão – ar mais frio e pesado - para zonas de baixa pressão 
– ar quente e leve);
 Sofrem influência do entorno, por obstáculos urbanos e rugosidade do tecido 
urbano (que reduz a velocidade, se comparada a áreas rurais);
 Pode-se tirar partido do perfil topográfico de um terreno para canalizar os 
ventos, desviando-os ou trazendo-os para a edificação;
 A rosa dos ventos apresenta as direções e velocidades dos ventos por 
época do ano, auxiliando o arquiteto no planejamento da localizaçãode 
aberturas, aproveitando o vento fresco no período quente e evitando o vento 
forte no período de frio.
MÉDIA DIREÇÕES DO VENTO (%)
25 ANOS CALMARIA N NE E SE S SW W NW
JANEIRO 4 33 11 12 11 12 3 2 13
FEVEREIRO 6 31 13 15 9 9 3 2 12
MARÇO 5 23 13 15 12 18 5 2 7
ABRIL 5 21 12 15 13 20 7 1 7
MAIO 5 26 12 12 11 18 5 2 9
JUNHO 5 29 15 11 7 18 3 1 11
JULHO 4 30 15 13 9 16 3 1 9
AGOSTO 3 31 15 15 9 19 3 1 5
SETEMBRO 3 24 15 18 10 21 4 1 5
OUTUBRO 4 24 13 17 10 21 4 1 6
NOVEMBRO 4 27 11 14 11 19 4 2 9
DEZEMBRO 4 29 11 11 11 13 3 2 14
PREDOMÍNIO
ANUAL
4 28 13 14 10 17 4 2 9
Ventos em Juiz de Fora, Laboratório de climatologia UFJF
Dados de medições dos ventos em Juiz de Fora
Exemplo de Rosa dos ventos com velocidades predominantes por direção para as 4 
estações do ano. Fontre: http://www.labcon.ufsc.br/anexosg/231.pdf
Rosa dos ventos 
de Juiz de Fora
Rosa dos Ventos com percentuais por direção. Fonte: Carolina Vaz de Mello, 2014, a partir de dados do Laboratório de 
Climatologia e Análise Ambiental – Departamento de Geociências / UFJF e Anuário Estatístico de Juiz de Fora, 2005
Rosa dos ventos
• Umidade 
– relativa (%)
– absoluta (g de vapor d’água/kg de ar seco)
 Resulta da evaporação de água dos mares, rios, lagos e terra, assim como 
evapotranspiração dos vegetais;
 O ar, numa dada temperatura, pode conter uma determinada quantidade de 
água. Quanto maior a temperatura do ar, menor sua densidade e maior a 
quantidade de água que pode conter;
 Ar saturado – quando o conteúdo de água é o maior que o ar pode conter e 
qualquer quantidade a mais provocará condensação (névoa, orvalho e chuva); 
quando a quantidade de água é menor do que este limite, diz-se que esta 
proporção de água é a umidade relativa. Esta aumenta com a diminuição de 
temperatura.
 Com elevada umidade a transmissão de radiação solar é reduzida porque o 
vapor d’água e nuvens redistribuem a radiação.
• Em locais mais secos a temperatura no dia tende a ser mais quente e na 
noite mais fria. Em locais mais úmidos a temperaturas são atenuadas.
• A umidade atua na capacidade da pele evaporar o suor. Em altas umidades 
relativas temos mais dificuldade em evaporar o suor, aumentando a 
sensação de desconforto térmico.
• O arquiteto deve considerar a ação conjunta da temperatura e umidade ao 
longo do ano.
• A umidade pode ser modificada nas áreas próximas à edificação, em 
função da presença de água ou vegetação, o que pode ser usado 
como estratégia de projeto, em locais mais secos.
• A grama molhada também reflete menos a radiação solar do que a grama 
seca, em parte para uso desta energia para seu metabolismo, e em parte 
pela dissipação do calor por convecção entre as folhas.
4. Classificações climáticas para o Brasil
• Classificação de Arthur Strahler
– baseia-se nas áreas da superfície terrestre, controladas ou 
dominadas pelas massas de ar: 
• Clima Equatorial Úmido (convergência de ventos alísios) -
Abrange a Amazônia, e se caracteriza por um clima equatorial 
continental, quase todo o ano; 
• Clima litorâneo úmido - parte do território brasileiro próximo ao 
litoral,
• Clima tropical alternadamente úmido e seco - Minas Gerais e 
Goiás, parte de São Paulo, Mato Grosso do Sul, parte da Bahia, do 
Maranhão, do Piauí e do Ceará,
• Clima tropical tendendo a seco pela irregularidade de ação das 
massas de ar ou clima semiárido - Sertão do Nordeste,
• Clima subtropical úmido - Brasil Meridional, porção localizada ao 
sul do Trópico de Capricórnio.
http://www.ambientebrasil.com.br/composer.php3?base=./natural/index.html&conteudo=./natural/clima.html#classificacao
Climas regionais
Fonte: http://www.labcon.ufsc.br/anexosg/231.pdf
TROPICAL DE ALTITUDE
SEMI-ÁRIDOEQUATORIAL
TROPICAL
TROPICAL ATÂNTICO
SUBTROPICAL
Regiões climáticas do Brasil -
Classificação de Arthur Strahler
Zoneamento 
bioclimático brasileiro -
ABNT NBR 15220
Zoneamento bioclimático brasileiro
• ABNT NBR 15220 - Desempenho térmico de edificações.
Estabelece um Zoneamento Bioclimático Brasileiro (dividido 
em 8 zonas) abrangendo um conjunto de recomendações e 
estratégias construtivas destinadas às habitações 
unifamiliares de interesse social.
Zoneamento bioclimático brasileiro
• Divide o Brasil em Zonas bioclimáticas
Fonte: http://www.labcon.ufsc.br/anexosg/231.pdf
JUIZ DE FORA
Z3
Carta bioclimática de Givoni
• Também é chamado Diagrama bioclimático de Givoni.
• Os dados do Ano Climático de Referência ou das Normais 
Climatológicas são lançados sobre uma Carta Bioclimática, obtendo-
se quais as estratégias de projeto mais adequadas para melhor 
adaptar a edificação ao clima local. 
UR (%) 100%
90%
80% 60%
70%
40%50%
Carta Bioclimática de GIVONI, adotada para Brasil. Fonte: GOULART, LAMBERTS & FIRMINO, 1998
• Carta construída sobre um diagrama que 
relaciona temperatura e umidade do ar; 
• Através dela o arquiteto pode orientar as 
estratégias bioclimáticas de seu projeto.
1- Zona de Conforto
2- Zona de Ventilação
3- Zona de Resfriamento Evaporativo
4- Zona de Massa Térmica para Resfriamento
5- Zona de Ar Condicionado
6- Zona de Umidificação
7- Zona de Massa Térmica e Aquecimento Solar Passivo
8- Zona de Aquecimento Solar Passivo
9- Zona de Aquecimento Artificial
• O programa denominado Analysis Bio, desenvolvido pelo LABEEE 
da UFSC, permite a fácil montagem de cartas bioclimáticas das 
cidades.
• O programa plota os dados de temperatura e umidade do Ano 
Climático de Referência sobre a carta bioclimática com a finalidade 
de visualizar a distribuição dos dados climáticos calcular a 
percentagem de horas do ano em que cada estratégia 
bioclimática é mais apropriada.
• A entrada de dados para avaliação pode ser feita de duas formas:
– Pelo Ano climático de referência (TRY), que contém valores horários de 
temperatura e umidade relativa;
– Pelas Normais Climatológicas da cidade, que contém média, média das 
máximas, médias das mínimas, máxima e mínima absoluta de 
temperatura do ar e umidade relativa média.
Carta Bioclimática de Givoni para Juiz de Fora
1. ZONA DE CONFORTO
2. ZONA DE VENTILAÇÃO
7. ZONA DE MASSA TÉRMICA PARA AQUECIMENTO
8. ZONA DE AQUECIMENTO SOLAR PASSIVO (POUCO)
Fonte dos dados: Labee. http://www.labeee.ufsc.br/
1
2
78
5
4
3
9
6
JANEIRO:
»Conforto: 21.19
»Ventilacao: 51.65
»Aquecimento Solar Passivo/Alta Inércia Térmica: 27.17
FEVEREIRO:
»Conforto: 45.89
»Ventilacao: 33.18
»Aquecimento Solar Passivo/Alta Inércia Térmica: 20.93
MARÇO:
»Conforto: 44.38
»Ventilacao: 25.13
»Aquecimento Solar Passivo/Alta Inércia Térmica: 30.50
ABRIL:
»Conforto: 36.77
»Ventilacao: 14.54
»Aquecimento Solar Passivo/Alta Inércia Térmica: 48.70
MAIO:
»Conforto: 57.33
»Aquecimento Solar Passivo/Alta Inércia Térmica: 42.67
JUNHO:
»Conforto: 24.37
»Aquecimento Solar Passivo/Alta Inércia Térmica: 65.63
»Aquecimento Solar Passivo: 10.00
JULHO:
»Conforto: 36.78
»Aquecimento Solar Passivo/Alta Inércia Térmica: 
45.97
»Aquecimento Solar Passivo: 17.25
AGOSTO:
»Conforto: 42.85
»Aquecimento Solar Passivo/Alta Inércia Térmica: 
40.81
»Aquecimento Solar Passivo: 16.33
SETEMBRO:
»Conforto: 37.28
»Aquecimento Solar Passivo/Alta Inércia Térmica: 
55.22
»Aquecimento Solar Passivo: 7.50
OUTUBRO:
»Conforto: 63.73
»Aquecimento Solar Passivo/Alta Inércia Térmica: 
36.28
NOVEMBRO:
»Conforto: 60.69
»Aquecimento Solar Passivo/Alta Inércia Térmica: 
39.32
DEZEMBRO:
»Conforto: 29.63
»Ventilacao: 32.11
»Aquecimento Solar Passivo/Alta Inércia Térmica: 
38.28
Programa Analysis Bio
http://www.labeee.ufsc.br/software/analysisBIO.html
http://www.labeee.ufsc.br/arquivos/publicacoes/eficiencia_energetica_na_arquitetura.pdfBibliografia de apoio
NBR 15220
1- Zona de Conforto
2- Zona de Ventilação
3- Zona de Resfriamento Evaporativo
4- Zona de Massa Térmica para Resfriamento
5- Zona de Ar Condicionado
6- Zona de Umidificação
7- Zona de Massa Térmica e Aquecimento Solar Passivo
8- Zona de Aquecimento Solar Passivo
9- Zona de Aquecimento Artificial
Carta Bioclimática de GIVONI
Fonte: GOULART, LAMBERTS & FIRMINO, 1998
Ver Efic. Energ. na Arq. p. 106
Parâmetros e condições de contorno
Para a formulação das diretrizes construtivas para cada Zona 
Bioclimática Brasileira e para o estabelecimento das 
estratégias de condicionamento térmico passivo, foram 
considerados os parâmetros e condições de contorno 
seguintes:
a) tamanho das aberturas para ventilação;
b) proteção das aberturas;
c) vedações externas (tipos de parede externa e cobertura);
d) estratégias de condicionamento térmico passivo.
Obs: 
As diretrizes construtivas não têm caráter normativo, mas apenas de orientação .
Cont inua . . .
Cont inua . . .
Resumo:
1- Zona de Conforto
2- Zona de Ventilação
3- Zona de Resfriamento Evaporativo
4- Zona de Massa Térmica para Resfriamento
5- Zona de Ar Condicionado
6- Zona de Umidificação
7- Zona de Massa Térmica e Aquecimento Solar Passivo
8- Zona de Aquecimento Solar Passivo
9- Zona de Aquecimento Artificial
G
iv
on
i
N
or
m
a 
N
BR
 1
52
20
Estratégias 
construtivas
N
or
m
a 
N
BR
 1
52
20
Diretrizes 
construtivas
Estratégias 
construtivas
Diretrizes 
construtivas
Referências Bibliográficas
ABNT. Desempenho térmico de edificações. Parte 3: Zoneamento bioclimático
brasileiro e diretrizes construtivas para habitações de interesse social. 
ABNT, set, 2003. Disponível em: www.labeee.ufsc.br/.../termica/...termica/texto3-
0299.html
BITTENCOURT, L.; CÂNDIDO, C. Introdução à ventilação natural. Alagoas: 
UFAL, 2006, 2ª edição.
CUNHA, E.G. Elementos de Arquitetura de Climatização Natural. Porto Alegre: 
Masquatro Editora, 2006. 2ª edição.
FROTA, A. B., SCHIFFER, S. R. Manual de Conforto Térmico. São Paulo: Studio 
Nobel. 2001.
LAMBERTS, R., DUTRA, L., PEREIRA, F.O.R. Eficiência Energética na 
Arquitetura. São Paulo: PW Editores. 1997. 192 p. Disponível em: 
http://www.labeee.ufsc.br/arquivos/publicacoes/eficiencia_energetica_na_arquitetur
a.pdf
OLGYAY, V. Arquitectura y Clima. Manual de disenõ bioclimático para 
arquitectos y urbanistas. Barcelona: Editorial Gustavo Gili S.A. 1998.
GOULART, S.; LAMBERTS, R.; FIRMINO, S. Dados climáticos para projeto e 
avaliação energética de edificações para 14 cidades brasileiras. 
Florianópolis: PROCEL, ELETROBRÁS, MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA, 
1998. Disponível em 
http://www.labeee.ufsc.br/arquivos/publicacoes/dados_climaticos.pdf
Referências bibliográficas Complementares
• ADDENDA. Resort da Praia de Muriú, Ceará Mirim, RN. Análise de sítio e 
recomendações Ambientais. PROCEDIMENTO DE ALTA QUALIDADE AMBIENTAL –
HQE. Fevereiro / 2006
• BITTENCOURT, L. Uso das cartas solares. Diretrizes para arquitetos. 4ª ed. Alagoas: 
UFAL, 2004. 
• GUIMARÃES, L., PEREIRA, C., OLIVEIRA, K.,CARASEK,H. Acompanhamento da 
variações das temperaturas superficiais dos principais materiais utilizados em 
fachadas. Artigo do 2º encontro sobre pesquisa de materias de construção. 
Universidade Federal de Goiás, 2009. Disponível em: 
http://www.padrao.eng.br/padrao/downloads/2002-II_EPMAC-
variacoes_de_temperaturas_em_fachadas.pdf
• INMET. APRESENTAÇÃO. NORMAIS CLIMATOLÓGICAS DO BRASIL, PERÍODO 
1961-1990. Disponível em 
http://www.inmet.gov.br/portal/index.php?r=clima/normaisClimatologicas. 
• LABCON. Bioclimatologia. Arquitetura e Clima. UFSC. Disponível em: 
http://www.labcon.ufsc.br/anexosg/231.pdf
• LABEEE - Laboratório de Eficiência energética em edificações Programa luz do sol. 
Disponível em: http://www.labeee.ufsc.br/software/luzDoSol.html
• VIANNA, N. S., GONÇALVES, J. C. S. . Iluminação e Arquitetura. São Paulo: Ed. Virtus, 
UniABC. 2001.
• EMBRAPA. Banco de dados climaticos do Brasil. Disponível em: 
http://www.bdclima.cnpm.embrapa.br/resultados/balanco.php?UF=&COD=93
• PREFEITURA DE JUIZ DE FORA. Clima de Juiz de Fora. Disponível em: 
http://www.pjf.mg.gov.br/cidade/clima.php