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Desempenho Térmico de edificações Aula 3: Arquitetura e Clima PROFESSOR Roberto Lamberts ECV 5161 UFSC FLORIANÓPOLIS variáveis e stru tu ra clima bioclimatologia introdução 2 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts 106 Aula 3: Arquitetura e Clima + Definição + escalas climáticas + radiação + temperatura + vento + umidade + Brasil + normais climatológicas + arquivos climáticos + aplicada na arquitetura + carta bioclimática + estratégias bioclimáticas IN TR O D U Ç Ã O + O projeto de arquitetura deve atender simultaneamente à eficiência energética e às condições de conforto do usuário 3 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 3: Arquitetura e Clima 106 + Definição + escalas climáticas Definição • A bioclimatologia estuda as relações entre o clima e o ser humano • Conhecer os dados climáticos de um local permite identificar os períodos de maior probabilidade de desconforto e, consequentemente, definir as estratégias que devem ser incluídas no projeto para compensar essas condições 4 Escalas climáticas Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Para fazer um análise clara e organizado do clima, ele pode ser dividido em três escalas distintas, porém indissociáveis Aula 3: Arquitetura e Clima 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia macroclima mesoclima microclima 5 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. Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 3: Arquitetura e Clima 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia 6 Mesoclima: Refere-se a áreas mas pequenas 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. Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts litoral vales campo cidades florestas montanhas Aula 3: Arquitetura e Clima 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia 7 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 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 3: Arquitetura e Clima 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia V A R IÁ V EI S + São quantificadas em estações meteorológicas e descrevem as características gerais de uma região 8 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 3: Arquitetura e Clima 106 + radiação + temperatura + vento + umidade Variáveis ambientais conforto Temp. Rad ½ Temp. do ar Vel. Ar Umidade Variáveis clima Radiação solar Temp. do ar Vento Umidade O conhecimento das variáveis climáticas é de fundamental importância para o projeto de edificações mais adequadas ao conforto dos ocupantes e mais eficientes energeticamente 9 Radiação solar: É a principal fonte de energia para o planeta (calor) e constitui uma importante fonte de luz (conforto visual - evolução olho humano). Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 3: Arquitetura e Clima 106 In tro d u ção – variáve is – clim a – b io clim ato lo gia 10 Radiação solar: No movimento de translação, a Terra percorre sua trajetória elíptica em um plano inclinado de 23°27´ em relação ao plano do equador (localização dos trópicos). O diferencial de radiação solar recebido por cada hemisfério da terra ao longo do ano, define as estações pelos solstícios e equinócios (posições da terra em relação ao sol). Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 3: Arquitetura e Clima 106 In tro d u ção – variáve is – clim a – b io clim ato lo gia 11 Radiação solar: 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 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Para definir quando tirar partido ou evitar a luz e o calor solar num projeto, deve-se ter como premissas o conforto térmico e visual dos ocupantes e a economia da energia Aula 3: Arquitetura e Clima SOL ≠ LUZ 106 In tro d u ção – variáve is – clim a – b io clim ato lo gia 12 Radiação solar: uma das ferramentas disponíveis para estudá-la é a carta solar. Nela são plotados os dois ângulos utilizados para definir a posição do sol na abóbada celeste dependo do período do ano (altitude solar = “ϒ” em relação ao horizonte, azimute = “α” em relação ao norte) Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 3: Arquitetura e Clima 106 In tro d u ção – variáve is – clim a – b io clim ato lo gia 13 Radiação solar Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts 21 junho – 11:30h Altitude = 40° Azimute = 10° 21 março – 17:15h Altitude = 10° Azimute = 275° Aula 3: Arquitetura e Clima 106 In tro d u ção – variáve is – clim a – b io clim ato lo gia 14 Radiação solar: A quantidade que chega depende de três fatores: a lei do cosseno, a dissipação atmosférica e a duração da luz do dia. Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Lei do cosseno: Intensidade de radiação incidente em uma superfície inclinada é igual à razão entre a intensidade normal e o cosseno do ângulo de incidência. Radiação incidente em superfície inclinada = I normal/Cosβ Menos radiação por causa da dissipação atmosférica Menor altitude solar Trajeto mais longo da radiação através da atmosfera Aula 3: Arquitetura e Clima 106 In tro d u ção – variáve is – clim a – b io clim ato lo gia 15 Radiação solar: nas escalas meso e microclimáticas a radiação solar pode ser interceptada pelos elementos vegetais e topográficos do local. Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts 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. Aula 3: Arquitetura e Clima 106 In tro d u ção – variáve is – clim a – b io clim ato lo gia 16 Radiação solar: Transferência de calor por radiação nas edificações Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts 1. Radiação solar direta (onda curta) 2. Radiação solar difusa (onda curta) 3. Radiação solar refletida pelo solo e pelo entorno (onda curta) 4. Radiação térmica emitida pelo solo aquecido e pelo céu (onda longa) 5. Radiação térmica emitida pelo edifício (onda longa) Trocas de calor em edificações Macroclima MicroclimaAula 3: Arquitetura e Clima 106 In tro d u ção – variáve is – clim a – b io clim ato lo gia 17 Radiação solar: Transferência de calor por radiação nas edificações Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Efeito estufa: Maior transformador da radiação solar em calor no interior de uma edificação. A radiação solar (onda curta) que entra por uma abertura no edifício incide nos corpos, que se aquecem e emitem radiação de onda longa. O vidro sendo praticamente opaco à radiação de onda longa, não permite que o calor encontre passagem para o exterior, superaquecendo o ambiente interno (efeito estufa) Proteção contra a radiação solar direta. Aula 3: Arquitetura e Clima 106 In tro d u ção – variáve is – clim a – b io clim ato lo gia 18 Temp. do ar: Resulta basicamente dos fluxos das grandes massas de ar e da diferente recepção da radiação do sol de local para local Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Florianópolis – Temperaturas médias diárias mensais. Máximas, médias e mínimas ao longo do ano. Fonte: Weather tool do Ecotect. Aula 3: Arquitetura e Clima + do dia e no verão - De noite e no inverno 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 -10 0.0k 0 0.2k 10 0.4k 20 0.6k 30 0.8k 40 1.0k °C W/ m² DAILY CONDITIONS - 1st January (1) LEGEND Temperature Rel.Humidity Direct Solar Diffuse Solar Wind Speed Cloud Cover Comfort: Thermal Neutrality Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec -10 0.0k 0 0.2k 10 0.4k 20 0.6k 30 0.8k 40 1.0k °C W/ m² MONTHLY DIURNAL AVERAGES - Florianopolis -TRY, 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 -10 0.0k 0 0.2k 10 0.4k 20 0.6k 30 0.8k 40 1.0k °C W/ m² DAILY CONDITIONS - 1st January (1) LEGEND Temperature Rel.Humidity Direct Solar Diffuse Solar Wind Speed Cloud Cover Comfort: Thermal Neutrality Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec -10 0.0k 0 0.2k 10 0.4k 20 0.6k 30 0.8k 40 1.0k °C W/ m² MONTHLY DIURNAL AVERAGES - Florianopolis -TRY, 106 In tro d u ção – variáve is – clim a – b io clim ato lo gia 19 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Florianópolis – Temperaturas médias diárias mensais. Fonte: Programa Climate Consultant. Disponivel em: http://www.energy-design-tools.aud.ucla.edu/ Aula 3: Arquitetura e Clima 106 In tro d u ção – variáve is – clim a – b io clim ato lo gia 20 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). Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Florianópolis – “Rosa dos ventos” Probabilidades de ocorrência de vento (orientação e velocidade) Velocidade e direção do vento mudam dependendo da rugosidade da superfície, tendo que corrigir os dados obtidos nas estações meteorológicas (10m) Aula 3: Arquitetura e Clima 106 In tro d u ção – variáve is – clim a – b io clim ato lo gia 21 Vento: As condições do vento local podem ser alteradas com a presença de vegetação, edificações e outros anteparos naturais ou artificiais; pemitindo tirar partido deles para canalizar os ventos desviando-os ou trazendo-os para a edificação Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts De: “Using computational tools to factor wind into architectural environment design”. Qingyan Chen Aula 3: Arquitetura e Clima 106 In tro d u ção – variáve is – clim a – b io clim ato lo gia 22 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. Porem, altas umidades relativas dificultam a perda de calor pela evaporação do suor aumentando o desconforto térmico. Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Florianópolis – Umidade relativa máxima e mínima ao longo do ano Aula 3: Arquitetura e Clima 106 In tro d u ção – variáve is – clim a – b io clim ato lo gia 23 Umidade: O ar a uma certa temperatura pode conter uma determinada quantidade de água (Maior temperatura = Maior quantidade de água e vice-versa) Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Comportamento da umidade em relação a temperatura Aula 3: Arquitetura e Clima 106 In tro d u ção – variáve is – clim a – b io clim ato lo gia 24 Umidade: Pode ser modificada em escalas mais próximas a edificação na presença de água ou de vegetação Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts “La Alhambra” - Espanha Aula 3: Arquitetura e Clima 106 In tro d u ção – variáve is – clim a – b io clim ato lo gia C LI M A + O clima brasileiro divide se em seis regiões básicas 25 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 3: Arquitetura e Clima 106 + Brasil + normais climatológicas + arquivos climáticos 26 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts • 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 (normalmente maior que 2500 mm/ano) • Clima Semi-árido: região climática mais seca do país, caracterizada por temperaturas médias muito altas (em torno dos 27°C). Chuvas escassas (menos que 800 mm/ano) e amplitude térmica anual por volta de 5°C. • Clima Subtropical: Temperaturas médias situadas normalmente abaixo dos 20°C e amplitude anual varia de 9°C a 13°C. Chuvas fartas e bem distribuidas (entre 1500 mm/ano e 2000 mm/ano). Inverno rigoroso nas áreas mais elevadas, onde pode ocorrer neve Aula 3: Arquitetura e Clima 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia 27 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts • Clima Tropical de altitude: Temperaturas médias situadas na faixa de 18°C a 22°C. No verão, chuvas mais intensas (entre 1000 mm/ano e 1800 mm/ano) e no inverno pode gear devido às massas frias que se originam da massa polar atlântica. Estende-se entre o norte do Paraná e o sul do Mato Grosso do Sul, nas regiões mais altas do planalto atlântico. • Clima Atlântico: Característico das regiões litorâneas do Brasil, temperaturas médias variam entre 18°C e 26°C, chuvas abundantes (1200 mm/ano), 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. Mais ao norte, a semelhança entre as estações de inverno e de verão (diferenciadas apenas pela presença da chuva, mais constante no inverno) resulta em baixas amplitudes térmicas ao longo do ano. Conforme a latitude aumenta, cresce também a amplitude térmica anual, diferenciando bem as estações Aula 3: Arquitetura e Clima 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia 28 Normais climatológicas • São séries de dados, medidos em estações climáticas, padronizados pela Organização Meteorológica Mundial calculadaspara 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. Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 3: Arquitetura e Clima 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia 29 Arquivos climáticos • Dados horários medidos em estações meteorológicas Principais tipos utilizados pelos programas de simulação computacional são o Test Reference Year (TRY), Typical Meteorological Year (TMY), Solar and Wind Energy Resource Assessment (SWERA) e INMET (dados medidos nas estações automáticas do INMET, com extensão .epw) • TRY: representa um ano de dados médios para um local específico, sem extremos de temperatura, disponíveis no Brasil foram determinados sobre um período de 10 anos de medições, apenas para 14 capitais • TMY: também representa um ano climático sem extremos de temperatura, é gerado pela compilação de meses sem extremos de temperatura, a partir de uma série de dados anuais disponíveis • Projeto SWERA,juntamente com o INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais) e o LABSOLAR/UFSC, disponibilizam arquivos climáticos com extensão TMY para 20 cidades brasileiras, o Departamento de Energia dos Estados Unidos (DOE) converteu estes arquivos para a extensão .epw para o uso no programa EnergyPlus • Arquivos da base de dados do INMET: 411 arquivos climáticos de municípios brasileiros, elaborado peloProf.Roriz Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 3: Arquitetura e Clima 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia 30 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 3: Arquitetura e Clima 106 • A variabilidade do tempo meteorológico de dia para dia • Resposta térmica da edificação esta muitas vezes ligada ao dia anterior Dias típicos de verão ou inverno, ou temperaturas de projeto Ano climático de referência (TRY Test Reference Year) Avaliação do desempenho energético de um edifício Fornece a possibilidade de simulação horária do consumo de energia durante um ano, permitindo a avaliação do custo- benefício de opções mais eficientes Base de dados mais precisa para análise da adequação da edificação ao clima do local Não permitem avaliar o desempenho energético devido: Arquivos climáticos In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia 31 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Florianópolis: Temperatura Temperatura de bulbo seco máxima = 36°C em Janeiro 8 Temperatura de bulbo seco mínima = 2°C em Agosto 6 Aula 3: Arquitetura e Clima 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia 32 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Florianópolis: Temperatura e Radiação Aula 3: Arquitetura e Clima 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia 33 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Florianópolis: Vento Aula 3: Arquitetura e Clima 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia 34 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Florianópolis: Umidade Aula 3: Arquitetura e Clima 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia B IO C LI M A TO LO G IA + Projeto bioclimático: Adequação da arquitetura ao clima local visando atingir um desempenho térmico adequado 35 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts 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 Aula 3: Arquitetura e Clima 106 + aplicada na arquitetura + carta bioclimática + estratégias bioclimáticas 36 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 3: Arquitetura e Clima 106 Carta bioclimática de Olgyay: propõe estratégias de adaptação ao clima baseada nas condições externas In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia 37 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 3: Arquitetura e Clima 106 Carta bioclimática utilizada no Brasil: baseada na carta de Giovoni, adaptada sobre a carta psicrométrica e baseada em estudos posteriores adequando para países em desenvolvimento In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia 38 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts V Ventilação RE Resfriamento Evaporativo MR Massa Térmica para Resfriamento U Umidificação V/MR Ventilação / Massa térmica para Resfriamento V/MR/RE Ventilação / Massa térmica para Resfriamento / Resfriamento Evaporativo MR/RE Massa térmica para Resfriamento / Resfriamento Evaporativo Estratégias para calor Estratégias para frio MA/AS Massa térmica para aquecimento / Aquecimento Solar AS Aquecimento Solar Estratégias bioclimáticas 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima 39 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Estratégias bioclimáticas Zona de conforto térmico 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima 40 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 3: Arquitetura e Clima 106 Estratégias bioclimáticas Zonas de condicionamento de ar com isolamento térmico In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia 41 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Estratégias bioclimáticas Zonas de condicionamento de ar para o calor 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima 42 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Estratégias bioclimáticas Zonas de condicionamento de ar para o calor 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima 43 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Estratégias bioclimáticas Zonas de condicionamento de ar para o frio 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima Aquecimento de ambiente e água 44 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Estratégias bioclimáticas Zonas de condicionamento de ar para o frio 43 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima Aquecimento Rua Aquecimento de água 45 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Estratégias bioclimáticas Zonas de condicionamento de ar para o frio 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima 46 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 3: Arquitetura e Clima 106 Estratégiasbioclimáticas Estratégias para o calor: Ventilação In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Várias estratégias de ventilação natural numa mesma edificação. (GHIAUS, ROULET 2005, p.146) 47 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Estratégias bioclimáticas Estratégias para o calor: Ventilação 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima 48 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Estratégias bioclimáticas Estratégias para o calor: Ventilação 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima Ventilação cruzada A ventilação garante que o ar externo penetre no ambiente interno, renovando o ar ao supri- lo de oxigênio e ao reduzir a concentração de gás carbônico. Aproxima as condições de temperatura e umidade internos das condições do ambiente exterior, e atua diretamente no conforto térmico do usuário ao passar pelo seu corpo. 49 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Estratégias bioclimáticas Estratégias para o calor: Ventilação 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima Venezianas Cobertura Para haver ventilação, é necessário que o ar presente no ambiente saia para dar lugar ao novo. A ventilação cruzada implica na renovação do ar por todo o volume possível, fazendo com que ele atravesse o ambiente ao entrar e sair por aberturas opostas. O fluxo de ar ocorre pela incidência do vento e é influenciado pela posição das aberturas, pelas suas dimensões, pelo tipo de esquadrias e pelas obstruções ao longo do percurso. 50 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Estratégias bioclimáticas Estratégias para o calor: Ventilação 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima Através da edificação A ventilação cruzada não se resume ao fluxo de ar por um somente um ambiente, podendo ser realizada através de mais ambientes, passando por portas e vãos. 51 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Estratégias bioclimáticas Estratégias para o calor: Ventilação 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima Sheds 52 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Estratégias bioclimáticas Estratégias para o calor: Ventilação 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima Efeito chaminé O efeito chaminé é viabilizado pela diferença de pressão entre o ambiente externo e interno que são conseqüência das diferenças de temperatura entre estes meios. Os ambientes internos ganham calor devido às atividades ali realizadas (ocupação, iluminação equipamentos, dispositivos de aquecimento artificial). O ar aquecido torna- se menos denso e este sobre, “puxando” ar frio que penetra, geralmente por frestas e pequenas aberturas. 53 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Estratégias bioclimáticas Estratégias para o calor: Ventilação 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima Efeito chaminé 54 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Estratégias bioclimáticas Estratégias para o calor: Ventilação 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima Peitoril ventilado O peitoril ventilado é uma solução para proporcionar a ventilação, em geral facilitando a ventilação cruzada, quando se deseja separar as funções de iluminação (janelas) das de ventilação (peitoril ventilado). Esta separação permite que as janelas recebam proteções solares que podem obstruir o vento reduzindo sua velocidade, ou que possam permanecer fechadas em momentos de chuva enquanto a ventilação permanece disponível. Sua localização abaixo da janela também facilita o efeito chaminé, como já citado. Sua forma e a inclinação de suas aletas afetam a direção e a intensidade do fluxo. Assim, deve-se avaliar a melhor solução referente à proteção contra chuvas (inclinado ou vertical), inclinação das aletas e se há extensão do peitoril internamente para direcionar o fluxo de ar. Como exemplo, é interessante que o peitoril ventilado seja operável para permitir o seu fechamento quando as ventilação não é desejada. 55 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Estratégias bioclimáticas Estratégias para o calor: Ventilação 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima Figuras 01 / 02 - Peitoril ventilado em edifício de pesquisa da UFAL, Maceió, AL 56 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Peitoril ventilado Estratégias bioclimáticas Estratégias para o calor: Ventilação 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima Redutor de velocidade Redutores de velocidade do vento são recomendados quando a ventilação é desejada mas o vento no local apresenta maior intensidade que o desejado para proporcionar conforto e renovar o ar dos ambiente internos. São localizados em uma orientação específica visando uma direção predominante de ventos de elevada intensidade. Os redutores podem ser vazados ou podem ser barreiras dispostas ao longo do entorno do edifício a fim de proporcionar uma rugosidade que desacelera, desvia e/ou reduz o vento incidente. Estas barreiras podem ser utilizadas para fins combinados, como vegetação de arbustos ou árvores em jardins e bancos para os usuários. Podem também ser barreiras em vidro quando se deseja manter a vista para um ponto ou direção específica. 57 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Estratégias bioclimáticas Estratégias para o calor: Ventilação 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima Figura – Redutores de velocidade do vento no entorno do edifício Fonte: http://www.eletrosul.gov.br/casaeficiente/br/home/index.php REDUTOR DE VELOCIDADE Estratégias bioclimáticas Estratégias para o calor: Ventilação 59 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Estratégias bioclimáticas Estratégias para o calor: Resfriamento Evaporativo 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima 60 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Estratégias bioclimáticas Estratégias para o calor: Resfriamento Evaporativo 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima Resfriamento evaporativo direto O resfriamento evaporativo direto consiste em umidificar diretamente o ar a fim de reduzir a temperatura do ar para a troca de fase a água no estado líquido para o estado gasoso, ou para vapor de água. Pode ser realizado através de fontes de água como cascatas, espelhos d’água ou até pela vegetação. Quando estes são instalados próximos às aberturas do edifício, o ar ou vento passam por eles levando o ar úmido e frescopara dentro dos ambientes. 61 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Estratégias bioclimáticas Estratégias para o calor: Resfriamento Evaporativo 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima 62 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Estratégias bioclimáticas Estratégias para o calor: Resfriamento Evaporativo 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima Figura – Centro Comercial Unicentro, Cali – Colômbia O resfriamento evaporativo direto pode também ser realizado por microasperção da água diretamente no ar. Para tanto, deve-se verificar se o clima do local comporta esta estratégia, visto que é eficaz em regiões de clima seco que favorece a evaporação da água. A microasperção em especial é uma estratégia recomendada para ambientes externos e deve-se tomar cuidados extras quando aplicada em ambientes internos, como altura de instalação dos microaspersores. 63 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Estratégias bioclimáticas Estratégias para o calor: Resfriamento Evaporativo 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima Sevilha, Expo 92 64 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Estratégias bioclimáticas Estratégias para o calor: Resfriamento Evaporativo 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima Resfriamento evaporativo indireto O resfriamento evaporativo indireto consiste em resfriar um componente ou superfície do edifício usando a água para reduzir a temperatura do componente ao trocar de fase líquida para gasosa. É comum em espelhos d’água sobre lajes na cobertura, ou cortinas de água sobre coberturas e fachadas, sejam em vidros ou materiais opacos. O movimento da água em estado líquido sobre o componente facilita as trocas com o ar e, portanto, facilita a evaporação e o conseqüente resfriamento do componente. Este, uma vez resfriado, irá retirar calor do ambiente interno, reduzindo a temperatura do ar interior. 65 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Estratégias bioclimáticas Estratégias para o calor: Resfriamento Evaporativo 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima Figura– Espelho dágua na cobertura, Casa em Aldeia da Serra, SP, MMBB Arquitetos Fonte: www.vitruvius.com.br 66 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Estratégias bioclimáticas Estratégias para o calor: Resfriamento Evaporativo 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima Pavilhão de Sevilha 67 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Estratégias bioclimáticas Estratégias para o calor: Resfriamento Evaporativo 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima 68 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 3: Arquitetura e Clima 106 Estratégias bioclimáticas Estratégias para o calor: Massa térmica para resfriamento In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia 69 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Estratégias bioclimáticas Estratégias para o calor: Massa térmica para resfriamento 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima A massa térmica, ou material com elevada inércia térmica é uma estratégia de resfriamento quando usada sem nenhuma fonte adicional de calor. Caracteriza-se por ter elevada capacidade térmica, ou seja, elevado poder de armazenamento de calor, o que é possível pela natureza de seu material (is) e pela sua espessura. Paredes de elevada massa térmica devem ser grossas e, como não têm fonte de calor (como o sol) sobre elas, mantêm-se mais frias que o ar. 70 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Estratégias bioclimáticas Estratégias para o calor: Massa térmica para resfriamento 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima Academia de Ciências da California, Renzo Piano Fonte: www.calacademy.org Também apresenta elevado desempenho no resfriamento devido à evapotranspiração das plantas que retiram parte da energia do sol para realizar seus processos biológicos de fotossíntese e transpiração. Sem a vegetação, esta energia solar seria usada para aquecer o ar externo, principalmente se a cobertura for escura ,e para aquecer o ar interno, principalmente se a cobertura não tiver isolamento. 71 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Estratégias bioclimáticas Estratégias para o calor: Massa térmica para resfriamento 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima Tetos-jardim, ou coberturas ajardinadas, ou ainda coberturas verdes são alguns nomes dados para esta cobertura que apresenta uma camada inferior de brita sobre a laje, uma camada de terra e uma camada da cobertura vegetal. Costuma apresentar elevada inércia térmica pela sua espessura e materiais, ao combinar a laje, a brita e a terra para o plantio. 72 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Estratégias bioclimáticas Estratégias para o calor: Massa térmica para resfriamento 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima 73 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Cartagena, Colômbia Perú Estratégias bioclimáticas Estratégias para o calor: Massa térmica para resfriamento 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima 74 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Estratégias bioclimáticas Estratégias para o calor A Ventilação/ Massa térmica para resfriamento B Massa térmica para resfriamento/ Resfriamento evaporativo C Ventilação/ Massa térmica para resfriamento/ Resfriamento evaporativo 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima 75 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 3: Arquitetura e Clima 106 Estratégias bioclimáticas Estratégias para o calor: Umidificação In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia 76 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Brisbane, Australia Brasilia Estratégias bioclimáticas Estratégias para o calor: Umidificação 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima 77 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Paris Uso de vegetação na fachada Estratégias bioclimáticas Estratégias para o calor: Umidificação 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima 78 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts “Water Temple - Shingonshu Honpukuji” – Awaji Island, Japão “Casa Cluny’ – Singapura, Malásia Estratégias bioclimáticas Estratégiaspara o calor: Umidificação 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima 79 79 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Estratégias bioclimáticas Estratégias para o calor: sombreamento 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima Brises têxteis/telas solares Diversos tipos de proteções solares para sombreamento das aberturas no interior das edificações estão sendo desenvolvidos, sendo as principais funções deles filtrar o ganho solar, proteger do ofuscamento, proteger contra raios UV e permitir a entrada de luz natural. Proteções solares internas podem ser usados para aberturas nas paredes ou nas aberturas zenitais e podem ser encontrados diversos níveis de sombreamento desejáveis especialmente desenhados para cada fachada em que se encontra a abertura. Proteções solares externos podem ter diversos formatos, a tecnologia evolui no sentido da sua maior resistência às mudanças climáticas e são geralmente motorizados. 80 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Estratégias bioclimáticas Estratégias para o calor: sombreamento 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima Figura - brise têxtil. Fonte:www.hunterdouglascontract.com 81 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Estratégias bioclimáticas Estratégias para o calor: sombreamento 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima Figura: Brise horizontal Fonte: www.hunterdouglascontract.com 82 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Estratégias bioclimáticas Estratégias para o calor: sombreamento 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima Muxarabi/gelosias Gelosias são fechamentos vazados formados por treliças de ripas finas, geralmente de madeira, através das quais a ventilação é permeável enquanto proporciona privacidade para dentro do ambiente. De acordo com as dimensões dos seus vãos e das suas cores, também proporcionam maior ou menor níveis de iluminação. O muxarabi refere-se à gelosia cercando um pequeno balcão, bastante comum na arquitetura islâmica que se enraizou na arquitetura mediterrânea espanhola, chegando até a arquitetura colonial brasileira. Em geral, confunde-se muxarabi com gelosia, chamando o segundo pelo nome do primeiro. 83 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Estratégias bioclimáticas Estratégias para o calor: sombreamento 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima Figura– Gelosias. Fonte: www.greendecor.net 84 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Estratégias bioclimáticas Estratégias para o calor: sombreamento 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima Fachadas ventiladas Fachadas ventiladas ou duplas fachadas são bastante usadas na Europa por fornecer níveis altos de conforto térmico. As fachadas duplas podem ser criadas em diversos materiais e o principio é a criação de um espaço intermediário entre o exterior e o interior da edificação que ao ser ventilado e não ter radiação solar direta reduz o ganho térmico na edificação. Fachadas ventiladas apresentam vidro duplo e circulação de ar no meio. O vidro externo geralmente é simples enquanto o vidro interno é geralmente duplo. Podem ser instaladas venezianas internas no meio que sejam recolhidas de forma manual ou automática. No verão os vidros externos devem ser aberto e, no inverno, deve permanecer fechados. São possíveis diversas variações na fachada e geralmente incorporam um sistema de sombreamento para controle da luz e do calor. Fonte: www.arcstructures.com 85 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Estratégias bioclimáticas Estratégias para o calor: sombreamento 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima Figura – FACHADAS VENTILADAS. Encaixes na peça extrudada facilitam a montagem. O espaço entre os dois paramentos funciona como uma câmara de circulação e renovação de ar. Fonte:www.revistatechne.com.br 86 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Estratégias bioclimáticas Estratégias para o calor: sombreamento 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima 87 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Amazonas “Colegio Bureche” – Santa Marta, Colômbia http://www.juanmanuelpelaez.com/ Estratégias bioclimáticas Estratégias para o calor: sombreamento 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima 88 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts “Casa de Huéspedes Ilustres” – Cartagena, Colômbia http://obra.fundacionrogeliosalmona.org/ Coluni UFV São Paolo Estratégias bioclimáticas Estratégias para o calor: sombreamento 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima 89 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts “UPB Bloque de Ingeniería” – Medellín, Colômbia http://www.alejandrorestrepomontoya.com/ Estratégias bioclimáticas Estratégias para o calor: sombreamento 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima 90 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts “Edificio Copan” – Sao Paolo Brisbane, Australia Estratégias bioclimáticas Estratégias para o calor: sombreamento 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima 91 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts China Estratégias bioclimáticas Estratégias para o calor: sombreamento 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima 92 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Seattle, USA Estratégias bioclimáticas Estratégias para o calor: sombreamento 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima 93 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Centro Cultural “Jean Marie Tjibaou” - Nouméa, Nova Caledônia. Arq. Renzo Piano Estratégias bioclimáticas Estratégias para o calor: sombreamento 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima 94 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Montreal Veneziana ajustável Estratégias bioclimáticas Estratégias para o calor: sombreamento 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima 95 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 3: Arquitetura e Clima 106 Estratégias bioclimáticas Estratégias para o frio: Massa térmica com aquecimento solar In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Figura– Parede Trombe, Inglaterra Foto: Solange GoulartA estratégia exige a combinação destes elementos: incidência solar dentro dos ambientes, vidros para o sol penetrar e para impedir o calor de sair e superfícies com massa para armazenar a energia do sol e transformá-la em calor. Vê-se um exemplo através de uma parede Trombe, que é uma parede com elevada massa térmica combinada a uma camada de vidro na sua face exterior. 96 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Estratégias bioclimáticas Estratégias para o frio: Massa térmica com aquecimento solar 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima Parede trombe 97 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Estratégias bioclimáticas Estratégias para o frio: Massa térmica com aquecimento solar 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima 98 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Estratégias bioclimáticas Estratégias para o frio: Massa térmica com aquecimento solar 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima 99 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Estratégias bioclimáticas Estratégias para o frio: Massa térmica com aquecimento solar 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima 100 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts NREL Laboratory Estratégias bioclimáticas Estratégias para o frio: Massa térmica com aquecimento solar 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima 101 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Estratégias bioclimáticas Estratégias para o frio: Massa térmica com aquecimento solar 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima 102 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 3: Arquitetura e Clima 106 Estratégias bioclimáticas Estratégias para o frio: Aquecimento solar In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia 103 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts O sol é usado em locais e países de climas frios como estratégia de aquecimento passivo. O sol em si não aquece o ar, mas aquece outros componentes que, após receber energia do sol (ondas curtas), as transforma em calor por ondas longas que aquece o ar. O vidro é transparente a estas ondas curtas mas, quando esta radiação atinge um componente opaco e é transformada em calor, o vidro retém este calor (ondas longas) dentro do ambiente. Estratégias bioclimáticas Estratégias para o frio: Aquecimento solar 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima Argentina 104 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Estratégias bioclimáticas Estratégias para o frio: Aquecimento solar 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima 105 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Fachada sul – Colorado, USA Solar decathlon University of Michigan Estratégias bioclimáticas Estratégias para o frio: Aquecimento solar 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima 106 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts “Casa Horas Claras ” – El Retiro, Colômbia http://www.juanmanuelpelaez.com Estratégias bioclimáticas Estratégias para o frio: Aquecimento solar 106 In tro d u ção – variáveis – clim a – b io clim ato lo gia Aula 3: Arquitetura e Clima
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