Projeto Iniciação Cientifica Unip

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UNIP - UNIVERSIDADE PAULISTA 
Campus Sorocaba – Faculdade de Arquitetura e Urbanismo 
 
 
 
 
PROJETO DE PESQUISA – INICIAÇÃO CIENTÍFICA 
 
APLICAÇÃO DE TÉCNICAS BIOCLIMÁTICAS EM 
COBERTURAS COM ANÁLISE DE DESEMPENHO TÉRMICO 
 
 
 
CANDIDATA: Tu Chia Ching – RA: 876402-6 
ORIENTADORA: Profa. Arq. MSc. Carla Fernanda Barbosa Teixeira 
 
 
 
 
 
SOROCABA - SP 
MARÇO/2009 
 
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1. INTRODUÇÃO 
Com a crise mundial de energia no final do século passado, retomam-se com 
maior empenho pesquisas na área do condicionamento passivo (aquecimento e 
resfriamento) de edificações. Procurando avaliar o desempenho térmico de técnicas 
passivas para as mais diversas e distintas localidades do mundo, alguns pesquisadores 
desenvolveram parâmetros e metodologias para o desenvolvimento de uma arquitetura 
aplicada ao clima local, o que possibilita ressaltar técnicas vernáculas e materiais 
construtivos locais. 
Por outro lado, a globalização da arquitetura propicia que edificações sejam 
reproduzidas nas diversas partes do mundo, com semelhantes, senão os mesmos, 
materiais e tecnologias. Freqüentemente são construídas torres de vidros em climas 
tropicais, nas quais seres humanos se submetem a jornada de trabalho de oito, dez 
horas, respirando um ar condicionado artificialmente e, muitas vezes por falta ou má 
qualidade da manutenção, contaminado. Multiplicam-se residências que adotam 
materiais e soluções construtivas baseados em catálogos que comercializam um sonho 
de consumo bem distante da realidade brasileira. 
Nos grandes centros metropolitanos ocorrem as piores alterações nas condições 
naturais do microclima local, além de concentrarem o maior emprego de energia para o 
condicionamento artificial de ambientes que somado ao citado anteriormente acentuam 
em muito o desconforto térmico nas edificações e o desperdício energético. 
Se por um lado são ignoradas as variáveis climáticas em favor de modismos e de 
uma variedade de materiais que não refletem a nossa realidade, para uma grande parte 
da população brasileira, de baixo poder econômico, revela-se moradias homogêneas, 
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com tendência a ignorar o reboco da alvenaria, a laje ou forro de cobertura entre outros 
elementos construtivos. Assim repassam para o interior das edificações toda a 
hostilidade de um clima tropical, visto que se caracterizam, em sua maioria, por 
construções de baixíssima massa térmica ou nenhuma, principalmente se considerado 
a cobertura, feita quase sempre de telhas de fibrocimento. 
O aquecimento do ar em uma edificação é resultante de dois tipos de fontes: 
artificial e natural. O calor antropogênico resultante das atividades humanas, bem 
como, o calor dos equipamentos domésticos são responsáveis por ocasionarem um 
aumento da temperatura interna em edificações, denominando–se fonte artificial. Mas a 
fonte natural, assim denominada, é a maior responsável pelo aquecimento do ar, como 
a radiação solar (ondas curtas) e a re-emissão desta radiação, através de ondas 
longas, absorvida pelas superfícies do entorno. A cobertura de uma edificação está 
proporcionalmente mais exposta às condições climáticas do que outros fechamentos, 
principalmente a radiação solar e, é a principal responsável pelo aquecimento do ar 
interno. 
Assim, em climas tropicais, as temperaturas das superfícies externas das 
construções são altíssimas, refletindo na transmissão de energia para o interior das 
edificações. Conseqüentemente, as temperaturas internas atingem altos valores, 
principalmente no período da tarde ou noite. Podendo variar de acordo com a massa 
térmica da edificação, este fenômeno causa ao homem desconforto térmico e, 
conseqüentemente, a utilização de métodos artificiais de refrigeração do ambiente, 
gerando um aumento do consumo de energia. 
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 2. OBJETIVOS 
 Neste trabalho, os principais objetivos são: 
• Analisar o clima da cidade de Campinas com a seleção de técnicas 
bioclimáticas adequadas. 
• Avaliar a viabilidade de implantação de técnicas bioclimáticas em 
coberturas e seu comportamento térmico. 
• Estabelecer uma conexão com o aprendizado em sala de aula, os 
resultados do experimento e a tomada de decisão do profissional. 
 
 
 3. JUSTIFICATIVA 
 A questão do aquecimento global afetou de tal maneira muitas de nossas 
atitudes diárias, que a mobilização em buscar alternativas que possibilitem alguma 
resposta positiva a este problema tornou-se mundial. Muitos países de clima temperado 
já buscam amenizar o impacto ao meio ambiente de materiais empregados 
erroneamente ou o excessivo emprego de energias não renováveis na climatizam de 
ambientes. Já países com clima de características quente como Grécia, Índia, algumas 
localidades dos Estados Unidos e Japão, também trazem pesquisas neste âmbito, 
enfatizando o resfriamento e ou isolamento da cobertura nas construções. Algumas 
técnicas bioclimáticas já são aplicadas e adaptadas às peculiaridades locais como: 
clima, cultura, recursos financeiros, materiais construtivos. 
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Nacionalmente, as pesquisas com técnicas passivas ainda são tímidas, 
principalmente se observado a extensa porção de terras locadas em baixas latitudes, 
entre a Linha do Equador e o Trópico de Capricórnio. Algumas bibliografias trazem 
recomendações de projeto para algumas localidades e outras avaliam o desempenho 
de algumas técnicas passivas para certas localidades como Florianópolis-SC, Passo do 
Lontra-MS, Recife-PE, São Carlos-SP. 
Neste sentido, algumas considerações podem ser admitidas pelos projetistas 
para a melhoria do conforto térmico, atendendo a cuidados de implantação, 
especificação adequada de materiais construtivos, distribuição dos ambientes internos 
de acordo com as atividades neles exigidas. Se por um lado projetistas dispõe de 
informações referentes às necessidades humanas para habitar cada edificação, por 
outro, pesquisadores podem oferecer ferramentas úteis, adequadas as condições 
climáticas de cada local, como também, materiais construtivos e técnicas passivas de 
condicionamento mais adequadas as variáveis climáticas. 
 O nosso país por ter uma insolação média anual que é no mínimo o dobro 
daquela encontrada na Europa, se torna potencialmente o mais indicado para 
implementar pesquisas deste âmbito. 
 O envelope de uma edificação pode ser interpretado como uma barreira entre as 
condições externas e internas, sobre as quais não se tem um controle imediato. Uma 
das funções de um bom projeto arquitetônico é promover o controle das condições 
ambientais internas, funcionando a envolvente da edificação como um filtro que exclua 
as condições indesejáveis e aproveite as condições benéficas do ambiente externo. A 
radiação solar pode ser muito benéfica, quando bem aproveitada, como também pode 
ser especialmente indesejável em determinadas condições (LABAKI et al., 1995). 
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 A partir da pesquisa de Teixeira (2006), que analisou o desempenho térmico de 
coberturas de fibrocimento, sentiu-se a necessidade de se explorar novas técnicas e 
metodologias para aplicação de técnicas biolcimáticas. Dessa forma, a pesquisa não 
estaria completa se não fosse incorporado o feed back dos resultados coletados aos 
profissionais da área, analisando qual a relevância na decisão de projeto. 
 
 
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 
3.1.1 Trocas de Calor: Ambiente e Materiais 
O conforto térmico em edificações pode ser obtido controlando-se os vários 
processos de transferência de calor entre os ambientes interno e externo, através dos 
materiais construtivos do ambiente. 
As trocas de calor podem ocorrer por condução, convecção, radiação, evaporação 
ou condensação e estão relacionadas às propriedades dos materiais utilizados na 
edificação. Estas propriedades, abaixo relacionadas, têm valores e coeficientes 
tabelados e calculados por autores clássicos desta literatura. 
• Condutividade (λ), resistência (R) e condutância térmica; 
•Coeficientes de absorção (α), reflexão (ρ), emissividade (ε) e transmissão (τ) 
para radiação de ondas longas; 
• Coeficiente de convecção superficial (hc) 
• Absortância (α), refletância (ρ) e transmitância (τ) dos materiais em relação à 
radiação de onda curta; 
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• Fluxo de calor (q) da radiação para diferentes comprimentos de onda; 
• Coeficiente global de transmissão térmica (U). 
• Calor específico (c) e capacidade térmica (C); 
Além disso, para garantir condições de conforto interno a edificação, o projetista 
deve projetar o invólucro do edifício, para que este interfira ou não no microclima 
interno, aproveitando-se da pouca ou alta massa térmica dos fechamentos, do 
isolamento de materiais, da transparência de vidros, ou seja, dos materiais e da 
tecnologia desenvolvidos para a construção civil dentro das condições climáticas do 
local. 
Estes processos de trocas de calor entre o ambiente e os materiais construtivos 
relacionam-se aos tipos de matérias-primas empregadas, ou seja, aos valores das suas 
propriedades, podendo ser modificadas pelo emprego de materiais de acabamentos, 
cores, rugosidade, etc. 
3.1.2 Trocas de Calor: Ambiente e Homem 
As trocas de calor, entre o corpo humano e o ambiente, ocorrem por vários 
processos: 
• Convecção com o ar; 
• Radiação com as superfícies circundantes; 
• Evaporação na superfície da pele e na expiração do ar dos pulmões. 
Para que o equilíbrio térmico seja mantido, mecanismos de termo-regulação agem 
para equilibrar as taxas de produção e dissipação de calor. Através da vestimenta 
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adequada ao clima, o ser humano também contribui para este equilíbrio do organismo e 
pela sensação de conforto térmico no ambiente construído. 
Segundo Chvatal (1998), no interior das edificações, as condições de conforto são 
determinadas pela combinação de fatores ambientais, individuais e subjetivos; cabendo 
ao projetista propiciar ambientes com valores adequados de temperatura, umidade, 
velocidade do ar e temperatura radiante média. 
Os fatores ambientais correspondem à temperatura do ar ambiente, temperatura 
radiante média, umidade relativa do ar e velocidade do ar. Já os fatores individuais 
dependem da atividade desenvolvida por cada pessoa, da taxa de produção de calor 
metabólico, da resistência térmica da vestimenta e da adaptação psico-fisiológica a 
nova situação térmica. 
Segundo Givoni (2003) pessoas que habitam edifícios sem condicionamento 
artificial são mais toleráveis às alternâncias de temperaturas do que pessoas que vivem 
em edifícios climatizados artificialmente. O intervalo de temperatura, aceitável para a 
faixa do conforto humano, é mais generoso em edifícios naturalmente condicionados do 
que em edifícios climatizados artificialmente. Isto se reflete diretamente na zona de 
plotagem das cartas dos edifícios, ampliando ou reduzindo limites e estratégias a serem 
adotadas. 
Em Givoni (1992) uma pesquisa realizada junta aos habitantes de Colima, México, 
verificou que o clima nos meses de junho a outubro, segundo a carta da ASHRAE, 
estaria fora dos limites aceitáveis da zona de conforto. No entanto, os habitantes do 
local foram questionados sobre suas sensações de conforto para o período citado. 
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Verificou-se que pelo menos nas primeiras e nas últimas horas dos dias, o clima era 
confortável tanto dentro como fora dos edifícios. 
3.2 ARQUITETURA BIOCLIMÁTICA 
Clima [do grego Klima: inclinação], etimologicamente designa conhecimento de 
ordem astronômica e cosmográfica, aplicado à superfície terrestre, caracterizada por 
condições atmosféricas comparáveis (Bogo et al, 1994). A climatologia é um estudo 
mais aprofundado dos elementos e fatores climáticos, nas diversas áreas de 
conhecimento humano. Assim, aplicada ao estudo da relação dos seres vivos, tem-se a 
Bioclimatologia, com ênfase animal, vegetal ou humana. 
Na Arquitetura, a Bioclimatologia é aplicada quando se associam as variáveis 
relacionadas ao clima e ao conforto. Através dos materiais construtivos e da qualidade 
do projeto arquitetônico é possível otimizar ou evitar que condições climáticas extremas 
interferiram diretamente nas condições de conforto humano no interior das construções. 
Os fatores naturais, como latitude, proximidade de grandes massas de águas e 
terras e topografia, influenciam o clima e conseqüentemente o comportamento dos 
materiais construtivos da edificação. A ação antrópica no ambiente natural, como suas 
conseqüências e sua complexidade, atua alterando o clima em escalas macro (região 
metropolitana) e micro (terreno da edificação). A exemplo, temos emissão de poluentes, 
alta concentração humana e de construções em grandes centros, impermeabilização do 
solo e emissão de calor antropogênico (figura 1). 
 
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Figura 1 – Fatores que influenciam no clima urbano. 
Fonte: Adaptado de http://www.atmosphere.mpg.de/enid/0,55a304092d09/2_clima_urbano/-
_qu_lo_controla_3x3.html. 
 
 
4. MATERIAIS E MÉTODOS 
A metodologia adotada baseia-se na análise de desempenho térmico de 
materiais opacos empregados na construção civil. 
Dados climáticos serão coletados por uma estação meteorológica (figura 2) e 
dados do fluxo de calor e temperatura serão adquiridos por equipamentos sensores 
termo-físicos (figura 3) instalados na cobertura das bancadas instaladas no campo 
experimental da Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo, da Unicamp, 
Campinas-SP. 
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Figura 2 – Estação meteorológica. 
 
 
Figura 3 – Sensores Termo-físicos. 
 
As variáveis ambientais (temperatura do ar, umidade relativa, direção dos 
ventos predominantes, velocidade do vento, radiação solar e índice pluviométrico) seão 
medidas por pela estação meteorológica, da marca Campbell Scientific, composta por: 
termohigrômetro, sensores de velocidade e direção do vento, piranômetro e 
pluviômetro. Já os dados relativos ao fluxo de energia e temperatura serão coletados 
através de sensores termofísicos, conectados a CPU para registro e gravação em disco 
rígido. 
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As técnicas bioclimáticas serão aplicadas em duas bancadas de 4,00x1,00 
(figura 4), onde serão fixadas telhas de fibrocimento, instalada no campo experimental 
da instituição. 
 
Figura 4 – Bancadas do experimento. 
 
 
7. CRONOGRAMA DE ATIVIDADES 
As atividades de investigação e prática serão distribuídas de acordo com o 
cronograma a seguir:: 
 
Meses 
Atividade 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 
Revisão bibliográfica X X X 
Manipulação de dados 
climáticos e seleção de 
técnicas bioclimáticas 
 X X 
Projeto e execução das 
técnicas nas coberturas 
 X X 
Pré-teste X 
Adaptações X 
Aquisição de dados 
oficiais 
 X X 
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Análise de resultados X X 
Redação do relatório 
final 
 X X 
 
 
 
8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – ABNT. Norma Técnica 
15220-3. Desempenho Térmico de Edificações. Parte 3 Zoneamento bioclimático 
brasileiro e diretrizes construtivas para habitações unifamiliares de interesse social, 
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UFSC, CTC, ECV, 2001. 
 
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a 10 de abril de 2003. 
 
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TEIXEIRA, Carla F. B., LABAKI, L. C., TAVARES, S. STUDIES OF THERMAL 
BEHAVIOUR OF RADIANT COOLING IN TROPICAL CLIMATE In: 22nd Conference on 
Passive and Low Energy Architecture. Beirut, 2005. 
 
 
 
 
 
 
Sorocaba, 28 de março de 2009. 
 
 
 
Tu Chia Ching Carla Fernanda Barbosa 
Teixeira 
 
 
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