1 11 1_LIVRO_Manual Conforto Térmico

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Manual de
Conforto Térmico
ANÉSIA BARROS FROTA
— Arquiteta pela Universidade de Brasília, 1969.
— Estágio Técnico no Laboratório Nacional de Engenharia Civil de
Lisboa (LNEC), Divisão de Conforto da Habitação, 1970/71.
— Mestre (1982) e Doutora (1989) em Arquitetura, pela Faculdade de
Arquitetura e Urbanismo da Universidade de São Paulo.
— Professora de Conforto Ambiental da Faculdade de Arquitetura e Urbanismo
da Universidade de São Paulo, desde 1976.
— Consultora Técnica em Conforto Térmico a nível do projeto.
SUELI RAMOS SCHIFFER
— Arquiteta pela Faculdade de Arquitetura e Urbanismo da Universidade de
São Paulo, 1975.
— Mestre (1983), Doutora (1989) e Livre-Docente (1992) em Arquitetura, pela
Faculdade de Arquitetura e Urbanismo da Universidade de São Paulo. —
Professora de Conforto Ambiental da Faculdade de Arquitetura e Urbanismo da
Universidade de São Paulo, desde 1977.
Dados de Catalogação na Publicação (CIP) Internacional
(Câmara Brasileira do Livro, SP, Brasil)
Frota, Anésia Barros.
Manual de conforto térmico : arquitetura, urbanismo / Anésia Barros
Frota, Sueli Ramos Schiffer. — 5. ed. — São Paulo : Studio Nobel, 2001.
Bibliografia.
ISBN 85-85445-39-4
1. Arquitetura e clima 2. Arquitetura e radiação solar 3. Planejamento
urbano — Fatores climáticos I. Schiffer, Sueli Ramos. II. Título.
01-1541 CDD-720.47
Índice para catálogo sistemático:
1. Arquiteura : Radiação solar 720.47
2. Radiação solar : Arquitetura 720.47
Anésia Barros Frota
Sueli Ramos Schiffer
Manual de
Conforto Térmico
5ª edição
Studio
Nobel
© da 1ª edição 1987 Livraria Nobel S.A.
Ilustração da capa
“Relógios de Sol”, Rudimenta Mathematica. Basel, 1531.
In Olgay, V. & Olgay, A. Solar Control and Shaving Devices.
New Jersey, Princeton University, 1957.
Livros Studio Nobel Ltda.
Al. Ministro Rocha Azevedo, 1077 — cj. 22
01410-003 — São Paulo — SP
Fone/Fax: (11)3061-0838
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Impresso no Brasil / Printed in Brazil
Prefácio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
13 Introdução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 15
Capítulo 1
Exigências Humanas Quanto ao Conforto Térmico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.1 O organismo humano e a termorregulação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.1.1 Organismo humano e metabolismo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.1.2 A termorregulação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.1.3 Reação ao frio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.1.4 Reação ao calor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.1.5 Catabolismo, anabolismo e fadiga higrotérmica . . . . . . . . . . . . 21
1.1.6 Mecanismos de trocas térmicas entre corpo e ambiente . . . . . . 21
1.1.7 Pele, principal órgão termorregulador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
1.1.8 O papel da vestimenta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.1.9 Variáveis do conforto térmico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
1.2 Índices de conforto térmico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.2.1 Aspectos históricos dos índices de conforto térmico . . . . . . . . 24
1.2.2 Classificação dos índices de conforto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
1.2.3 Escolha do índice de conforto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.2.4 A Carta Bioclimática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.2.5 Índice de Temperatura Efetiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.2.6 Índice de Conforto Equatorial (I.C.E.) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.2.7 “Zona de conforto”. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Capítulo 2
Trocas Térmicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.1 Mecanismos de trocas térmicas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.1.1 Trocas térmicas secas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
2.1.2 Convecção . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
5
2.1.3 Radiação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.1.4 Condução . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.1.5 Trocas térmicas úmidas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.1.6 Evaporação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.1.7 Condensação. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.1.8 Condutância térmica superficial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.1.9 Espaço de ar confinado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.1.10 Coeficiente Global de Transmissão Térmica (K) . . . . . . . . . . . 38
2.1.11 Determinação de K para paredes homogêneas . . . . . . . . . . . . . 39
2.1.12 Determinação de K para paredes heterogêneas . . . . . . . . . . . . . 39
2.1.13 Determinação de K para paredes heterogêneas
em superfície . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.2 Comportamento térmico da construção . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.2.1 Trocas de calor através de paredes opacas. . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.2.2 Trocas de calor através de paredes transparentes
ou translúcidas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
43 2.2.3 Elementos de proteção solar (“brise-soleil”). . . . . . . . . . . . . . .
44 2.2.4 Proteção solar de paredes opacas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
44 2.2.5 Proteção solar de paredes transparentes ou translúcidas. . . . . .
46 2.2.6 Inércia térmica de um componente da envolvente. . . . . . . . . . .
48 2.2.7 Inércia térmica da construção . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
49
Capítulo 3
Noções de Clima e Adequação da Arquitetura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.1 Noções de Clima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.1.1 Elementos climáticos e arquitetura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.1.2 Fatores climáticos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.1.3 Radiação solar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.1.4 Movimento aparente do Sol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.1.5 Longitude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
3.1.6 Latitude. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.1.7 Posições aparentes do Sol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.1.8 Influência da latitude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
3.1.9 Distribuição continentes e oceanos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.1.10 Isotérmicas do globo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
6
3.1.11 Brisas terra-mar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3.1.12 Topografia. . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3.1.13 Revestimento do solo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3.1.14 Umidade atmosférica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.1.15 Ponto de orvalho. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.1.16 Precipitação atmosférica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.1.17 Nebulosidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3.1.18 Ventos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3.2 Adequação da arquitetura aos climas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.2.1 Mapa climático do Brasil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.2.2 Clima urbano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
3.2.3 Arquitetura e clima. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.2.4 Influência da umidade relativa dor ar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
3.2.5 Clima quente seco: a Arquitetura e o Urbano . . . . . . . . . . . . . . 68
3.2.6 Clima quente úmido: a Arquitetura e o Urbano. . . . . . . . . . . . . 71
3.2.7 Climas quentes e circulação de pedestres . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.2.8 Climas quentes e revestimento do solo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.2.9 Climas quentes e cores externas da arquitetura . . . . . . . . . . . . . 74
3.2.10 Climas temperados. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
Capítulo 4
Controle da Radiação Solar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4.1 Geometria da insolação. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4.1.1 Insolação e arquitetura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4.1.2 Movimento aparente do Sol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4.1.3 Esfera celeste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
4.1.4 Zênite e Nadir. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
4.1.5 Pólos celestes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
4.1.6 Pontos cardeais. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
4.1.7 Altura e azimute . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
4.1.8 Altura e azimute solar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
4.1.9 Movimento aparente das estrelas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
4.1.10 Trajetória aparente do Sol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
4.1.11 Latitude 0° (Equador). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
4.1.12 Latitude 231⁄2°S (Trópico de Capricórnio) . . . . . . . . . . . . . . . . 82
7
4.1.13 Latitudes entre o Equador e o Trópico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
83 4.1.14 Latitudes superiores a 231⁄2° . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 84 4.1.15 Latitude 90°S (Pólo Sul) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 84 4.1.16 Cartas solares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 85 4.1.17 Projeções das trajetórias aparentes do Sol. . . . . . . . .
. . . . . . . . 86 4.1.18 Determinação de Cartas Solares . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . 87 4.1.19 Horários de insolação. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . 89
4.2 Determinação gráfica dos dispositivos
de proteção solar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 90 4.2.1 Ângulo de sombra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 90 4.2.2 Transferidor auxiliar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 91 4.2.3 Máscara produzida por placa horizontal infinita . . . . . . . .
. . . . 94 4.2.4 Placas infinitas com idênticos ângulos de sombra
vertical . . . . 96 4.2.5 Máscara produzida por placa vertical infinita . .
. . . . . . . . . . . . 96 4.2.6 Placas infinitas com idênticos ângulos de
sombra horizontal . . 96 4.2.7 Placas horizontais finitas . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . 100 4.2.8 Placas verticais finitas . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 4.2.9 Associação de placas horizontais e
verticais . . . . . . . . . . . . . . 102 4.2.10 Dimensionamento de um
dispositivo de proteção
a partir da máscara . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
4.2.11 Máscaras produzidas por obstáculos externos às aberturas. . .
105
4.3 Traçado de sombras. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 107 4.3.1 Sombras de uma haste vertical. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 107 4.3.2 Sombra de uma haste vertical em épura . . . . . . . . . . . .
. . . . . 110 4.3.3 Sombra de volumes sobre o plano horizontal . . . . . . .
. . . . . . 111 4.3.4 Sombra de um volume sobre outro . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 111 4.3.5 Sombra de um volume ao longo do dia . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 115
4.4 Penetração do Sol pelas aberturas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 116 4.4.1 Área ensolarada sobre o piso do recinto . . . . . . . . . . . . .
. . . . 116 4.4.2 Área ensolarada sobre superfície interna paralela à
abertura . 118 4.4.3 Área ensolarada sobre superfície interna
perpendicular
à abertura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 8
Capítulo 5
Climatização Natural das Edificações . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 121
5.1 Fontes de calor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 121 5.1.1 Ganhos de calor devidos à presença humana. . . . . . . . . .
. . . . 121 5.1.2 Ganhos de calor devidos ao sistema de iluminação
artificial . 121 5.1.3 Ganhos de calor devidos a motores e
equipamentos . . . . . . . . 122 5.1.4 Ganhos de calor advindos de
processos industriais. . . . . . . . . 122 5.1.5 Ganhos de calor solar. . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
5.2 Ventilação natural . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 124 5.2.1 Carga térmica pela ventilação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 125 5.2.2 Critérios de ventilação dos ambientes . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 126 5.2.3 Ventilação por “Ação dos Ventos” . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 126 5.2.4 Fluxos de ar através dos recintos . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 130 5.2.5 Ventilação por “efeito chaminé” . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 135 5.2.6 Efeito simultâneo: chaminé e ação dos ventos . . .
. . . . . . . . . 138
5.3 Método de avaliação do desempenho térmico
das edificações. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
139 5.3.1 Método do C.S.T.B. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 139 5.3.2 Conforto térmico de inverno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 140 5.3.3 Dados climáticos para conforto térmico de inverno . . . . .
. . . 141 5.3.4 Conforto térmico de verão . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 142 5.3.5 Dados climáticos para conforto térmico de verão . . . . .
. . . . . 145 5.3.6 Limites da climatização natural . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 146 5.3.7 Itens de verificação para adequação entre arquitetura
e clima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
Capítulo 6
Exercícios Resolvidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 149 6.1 Máscaras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . 149
6.2 Desempenho térmico das edificações
e as exigências humanas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
156 9
Capítulo 7
Bibliografia Básica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
Anexos
1 Calor cedido ao ambiente (W), segundo a atividade
desenvolvida pelo indivíduo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
177 2 Carta Bioclimática para habitantes de regiões de clima quente, em
trabalho leve, vestindo 1 “clo” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 3
Nomograma de Temperatura Efetiva para pessoas normalmente vestidas,
em trabalho leve. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 4 Carta
Psicrométrica para cidades ao nível do mar . . . . . . . . . . . . . . . 180 5 Carta
Psicrométrica para a cidade de São Paulo . . . . . . . . . . . . . . . . 181 6 Índice
de Conforto Equatorial
Figura 1 — Nomograma. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
182 Figura 2 — Gráfico de conforto para indivíduos residentes
em Cingapura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
183 7 Características térmicas dos materiais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
184
8 Valores de condutância (he, hi) e resistências térmicas
superficiais (1/he, 1/hi)
Tabela 1 — para paredes exteriores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
190 Tabela 2 — para paredes interiores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
191 9 Tabela 1 — Variação da Condutância Térmica Superficial Externa
(he). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 Tabela 2
— Valores de Resistência Térmica de Espaços de Ar (R ar) confinado entre
duas lâminas paralelas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 10 Tabela 1 — Valores
de Coeficientes de Absorção (α) e
Emissividade (ε) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
193 Tabela 2 — Valores de Coeficiente de Absorção da Radiação (α),
específico de pintura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
193
11 Tabela 1 — Fator Solar (Str) de vidros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
194 Tabela 2 — Fator Solar das proteções das vidraças (para vidros
simples com Str = 0,85). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
194
10
12 Mapa climatológico simplificado do Brasil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
13 Cartas Solares — Latitudes 0° — 4°S — 8°S — 12°S — 16°S — 20°S
— 24°S — 28°S — 32°S. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 14 Transferidor
Auxiliar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 15 Potências
aproximadas de aparelhos eletrodomésticos . . . . . . . . . . . 207 16 Dados de
Intensidade de Radiação Solar Direta sobre plano normal e Difusa sobre
plano horizontal, segundo a altura do sol, para diversas condições de céu. .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
17 Dados de Radiação Solar Incidente (Ig) sobre Planos Verticais e
Horizontais (W/m2) — Latitudes: 0° — 4°S — 8°S — 13°S — 17°S —
20°S — 23°30′S — 25°S — 30°S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
18 Radiação solar global (Ig), direta (ID) e difusa (Id), para
planos expostos a diversas orientações.
São Paulo — latitude 23°19′ Sul
Tabela 1 — março. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
218 Tabela 2 — junho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 219 Tabela 3 — setembro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 220 Tabela 4 — dezembro. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 221
19 Variação da intensidade de radiação solar segundo a variação da
altitude do local com relação ao nível do mar. . . . . . . . . . . . . . . . 222 20
Taxas de ventilação recomendadas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223 21
Gráfico de Irminger e Nokkentued para determinação dos coeficientes de
pressão para modelos de seção quadrada
Figura 1 — anteparo maciço com altura = h . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
Figura 2 — anteparo maciço com altura = 1/3h. . . . . . . . . . . . . . . . . 225 22
Dados climáticos de cidades brasileiras. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
Tabela de Conversão de Unidades para o Sistema Internacional (S.I.) . . . . 239
Nomenclatura e Unidades dos Coeficientes e Variáveis. . . . . . . . . . . . . . . .
241
11
Ao aceitar o convite para escrever este prefácio, pensei estar assumindo
uma tarefa muito fácil devido ao conhecimento do trabalho e, principalmente,
da seriedade das autoras. Começando a fazê-lo, estou me dando conta de que
se trata de algo mais difícil por uma série de particularidades.
O leitor distante da FAU-USP deve encarar este Manual como um
instru mento de trabalho e estudo que contém uma certa quantidade de
informações úteis. Alguns poderão reclamar por não encontrarem mais
material de algum assunto específico. Outros poderão julgar que o tema tenha
sido mais valorizado do que o desejado. Enfim, isso é normal que aconteça,
porém, justamente por isso, me sinto na obrigação de prestar um pequeno
depoimento.
Desde a fundação da FAU-USP tem havido um esforço da parte de
alguns professores em colocar à disposição dos alunos material de apoio
didático. Aqueles que se dedicam ao ensino e, principalmente, ao ensaio de
arquitetura sabem que tal atitude envolve outras questões ainda mais
primordiais, pois a produção de um material didático está comprometida com
a própria tarefa de participação do ensino e este tem sido muito discutido nas
últimas décadas, principalmente no âmbito do grupo de disciplinas de
Conforto Ambiental da FAU-USP.
A idéia central que tem guiado esse grupo de disciplinas é oferecer aos
alunos de arquitetura instrumentos de compreensão dos fenômenos que
relacio nam os objetos arquitetônicos com o meio ambiente e com os usuários
desses objetos.
Dentre os fenômenos existentes, são selecionados principalmente
aqueles que envolvem a luz, o som e o calor.
Este livro foi escrito para ser o “livro-texto”da disciplina de Conforto
Térmico; assim sendo, serve também como documento-proposta para esta dis
ciplina, endossado pelo noso “Grupo de Conforto Ambiental”.
As autoras reuniram as informações que compõem a disciplina, prove
nientes da bibliografia adotada, de estudos de antigos professores e de estudos
inéditos, como é o caso da Geometria da Insolação, de autoria da profª
Anésia Barros Frota.
13
Nesta segunda edição estão sendo introduzidas correções, o que
demons tra a atenção das autoras para com os leitores.
Considero este trabalho importante, pois a sua existência facilita a
tarefa de quem esteja ministrando um curso semelhante ao nosso e propicia
aos alunos uma ajuda valiosa no aprendizado.
Trata-se de uma das raras obras em língua portuguesa a abordar o
assunto e, principalmente, com a preocupação de destacar as questões da
arquitetura que deve ser implantada nas regiões de clima tropical.
Quero agradecer a gentileza do convite para escrever este prefácio e
agradecer as autoras por terem escrito e atualizado este Manual, visto ser eu
próprio um dos beneficiários desta tarefa nas minhas atividades didáticas.
Luiz Carlos Chichierchio
14
A Arquitetura deve servir ao homem e ao seu conforto, o que abrange o
seu conforto térmico. O homem tem melhores condições de vida e de saúde
quando seu organismo pode funcionar sem ser submetido a fadiga ou estresse,
inclusive térmico. A Arquitetura, como uma de suas funções, deve oferecer
condições térmicas compatíveis ao conforto térmico humano no interior dos
edifícios, sejam quais forem as condições climáticas externas.
Por outro lado, a intervenção humana, expressa no ato de construir seus
espaços internos e externos, alteraas condições climáticas locais, das quais,
por sua vez, também depende a resposta térmica da edificação.
As principais variáveis climáticas de conforto térmico são temperatura,
umidade e velocidade do ar e radiação solar incidente. Guardam estreitas
relações com regime de chuvas, vegetação, permeabilidade do solo, águas
superficiais e subterrâneas, topografia, entre outras características locais que
podem ser alteradas pela presença humana.
As exigências humanas de conforto térmico estão relacionadas com o
funcionamento de seu organismo, cujo mecanismo, complexo, pode ser,
grosso modo, comparado a uma máquina térmica que produz calor segundo
sua ativi dade. O homem precisa liberar calor em quantidade suficiente para
que sua temperatura interna se mantenha da ordem de 37°C — homeotermia.
Quando as trocas de calor entre o corpo humano e o ambiente ocorrem
sem maior esforço, a sensação do indivíduo é de conforto térmico e sua
capaci dade de trabalho, desse ponto de vista, é máxima. Se as condições
térmicas ambientais causam sensação de frio ou de calor, é porque nosso
organismo está perdendo mais calor ou menos calor que o necessário para a
manutenção da homeotermia, a qual passa a ser conseguida com um esforço
adicional que sempre representa sobrecarga, com queda do rendimento no
trabalho, até o limite, sob condições de rigor excepcionais, perda total de
capacidade para realização de trabalho e/ou problemas de saúde.
Considerando que as diferenças climáticas da Terra são basicamente
advindas da energia solar, torna-se indispensável a posse de elementos para
15
avaliar qual a carga térmica que determinada edificação ou espaço ao ar livre
receberá nas diversas horas do dia e nas várias épocas do ano. A Geometria da
Insolação fornece um instrumental, a partir de gráficos simplificados, para
mensurar os horários de insolação para distintas orientações de paredes em
cada latitude particular.
A determinação gráfica de sombras é importante, principalmente em
áreas urbanas, visto que em grande parte do dia os raios solares diretos podem
ser barrados pelas construções vizinhas, modificando, portanto, o horário real
de insolação.
Não menos importante é a orientação das aberturas e dos elementos
transparentes e translúcidos da construção, que permitem o contato com o
exterior e a iluminação dos recintos. A proteção solar das aberturas por meio
de “brise-soleil” ou quebra-sol é também um indispensável recurso para
promover os controles térmicos naturais.
Estabelecer os parâmetros relativos às condições de conforto térmico
requer incorporar, além das variáveis climáticas citadas, as temperaturas das
superfícies presentes no ambiente e a atividade desenvolvida pelas pessoas.
O conhecimento das exigências humanas de conforto térmico e do
clima, associado ao das características térmicas dos materiais e das premissas
genéricas para o partido arquitetônico adequado a climas particulares,
proporciona condi ções de projetar edifícios e espaços urbanos cuja resposta
térmica atenda às exigências de conforto térmico.
Como no processo criativo está sempre implícita uma nova proposta,
um método para a previsão do desempenho térmico, em nível quantitativo, é
um instrumento indispensável para verificação e possíveis ajustes ainda na
etapa de projeto.
A racionalização do uso da energia apresenta estreitos laços com a
adequação da arquitetura ao clima, evitando ou reduzindo os sistemas de
condi cionamento artificial de ar, quer com a finalidade de refrigerar, quer
com a de aquecer os ambientes. Os controles térmicos naturais propiciam a
redução do excesso de calor resultante no interior dos edifícios, minimizando,
por vezes, os efeitos de climas excessivamente quentes.
O conhecimento do clima, aliado ao dos mecanismos de trocas de calor
e do comportamento térmico dos materiais, permite uma consciente
intervenção da arquitetura, incorporando os dados relativos ao meioambiente
externo de modo a aproveitar o que o clima apresenta de agradável e amenizar
seus aspectos negativos.
16
Imprimir a um edifício características que proporcionem uma resposta
térmica ambiental conveniente não implica um acréscimo obrigatório de custo
de construção, mas, ao contrário, deve resultar em redução do custo de
utilização e de manutenção, além de propiciar condições ambientais internas
agradáveis aos ocupantes.
17
O homem é um animal homeotérmico. Seu organismo é mantido a uma
temperatura interna sensivelmente constante. Essa temperatura é da ordem de
37°C, com limites muito estreitos — entre 36,1 e 37,2°C —, sendo 32°C o
limite inferior e 42°C o limite superior para sobrevivência, em estado de
enfermidade.
O organismo dos homeotérmicos pode ser comparado a uma máquina
térmica — sua energia é conseguida através de fenômenos térmicos. A
energia térmica produzida pelo organismo humano advém de reações
químicas internas, sendo a mais importante a combinação do carbono,
introduzido no organismo sob a forma de alimentos, com o oxigênio, extraído
do ar pela respiração.
Esse processo de produção de energia interna a partir de elementos
combustíveis orgânicos é denominado metabolismo.
O organismo, através do metabolismo, adquire energia. Cerca de 20%
dessa energia é transformada em potencialidade de trabalho. Então, termodina
micamente falando, a “máquina humana” tem um rendimento muito baixo. A
parcela restante, cerca de 80%, se transforma em calor, que deve ser dissipado
para que o organismo seja mantido em equilíbrio.
Tanto o calor produzido como o dissipado dependem da atividade que
o indivíduo desenvolve. Em repouso absoluto — metabolismo basal —, o
calor dissipado pelo corpo, cedido ao ambiente, é de cerca de 75 W.
! "
A manutenção da temperatura interna do organismo humano
relativamen te constante, em ambientes cujas condições termo-higrométricas
são as mais
19
variadas e variáveis, se faz por intermédio de seu aparelho termorregulador,
que comanda a redução dos ganhos ou o aumento das perdas de calor através
de alguns mecanismos de controle.
A termorregulação, apesar de ser o meio natural de controle de perdas
de calor pelo organismo, representa um esforço extra e, por conseguinte, uma
queda de potencialidade de trabalho.
O organismo humano experimenta sensação de conforto térmico
quando perde para o ambiente, sem recorrer a nenhum mecanismo de
termorregulação, o calor produzido pelo metabolismo compatível com sua
atividade.
# $
Quando as condições ambientais proporcionam perdas de calor do
corpo além das necessárias para a manutenção de sua temperatura interna
constante, o organismo reage por meio de seus mecanismos automáticos —
sistema nervoso simpático —, buscando reduzir as perdas e aumentar as
combustões internas.
A redução de trocas térmicas entre o indivíduo e o ambiente se faz
através do aumento da resistência térmica da pele por meio da vasoconstrição,
do arrepio, do tiritar.
O aumento das combustões internas — termogênese — se dá através
do sistema glandular endócrino.
% $
Quando as perdas de calor são inferiores às necessárias para a
manutenção de sua temperatura interna constante, o organismo reage por
meio de seus mecanismos automáticos — sistema nervoso simpático —,
proporcionando condições de troca de calor mais intensa entre o organismo e
o ambiente e reduzindo as combustões internas.
O incremento das perdas de calor para o ambiente ocorre por meio da
vasodilatação e da exsudação.
A redução das combustões internas — termólise — se faz através do
sistema glandular endócrino.
20
& '
O organismo humano passa diariamente por uma fase de fadiga —
catabolismo — e por uma fase de repouso — anabolismo. O catabolismo, sob
o ponto de vista fisiológico, envolve três tipos de fadiga:
a) física, muscular, resultante do trabalho de força;
b) termo-higrométrica, relativa ao calor ou ao frio;
c) nervosa, particularmente visual e sonora.
A fadiga física faz parte do processo normal de metabolismo. A fadiga
termo-higrométrica é resultante do trabalho excessivo do aparelho termorregu
lador,pela existência de condições ambientais desfavoráveis, no tocante à
temperatura do ar, tanto com relação ao frio quanto ao calor, e à umidade do
ar.
( ) *
Ao efetuar trabalho mecânico, os músculos se contraem. Tal contração
produz calor. A quantidade de calor liberado pelo corpo, por essa razão, será
função do trabalho desenvolvido, podendo chegar a um máximo da ordem de
1200 W, desde que por pouco tempo.
Esse calor é dissipado através dos mecanismos de trocas térmicas entre
o corpo e o ambiente, envolvendo as trocas secas — condução, convecção e
radiação — e as trocas úmidas — evaporação. O calor perdido para o
ambiente através das trocas secas é denominado calor sensível e é função das
diferenças de temperatura entre o corpo e o ambiente. Já o calor perdido para
o ambiente através das trocas úmidas é denominado calor latente e envolve
mudança de estado de agregação — o suor, líquido, passa para o estado
gasoso, de vapor, através da evaporação. Assim, o organismo perde calor para
o ambiente sob duas formas: calor sensível e calor latente.
O Anexo 1 apresenta dados relativos ao calor dissipado pelo corpo,
cedido ao ambiente, em função da atividade do indivíduo considerado médio
e sadio. Quando se considera que o indivíduo está vestido e calçado, o calor
dissipado por condução é pequeno. Se a superfície dos corpos presentes no
ambiente estiver a uma temperatura inferior à do sistema corpo-vestimente, há
dissipação de calor por radiação (cerca de 40%).
21
As trocas de calor por convecção dependem da diferença entre a tempe
ratura do ar e a do sistema corpo-vestimenta e da velocidade do ar em contato
com o sistema (cerca de 40%).
A transpiração à superfície da pele e nos pulmões, que constitui um
fenômeno normal, e a exsudação, que é um recurso termorregulador,
absorvem calor do corpo. A possibilidade de perder calor por evaporação está
limitada por duas condições:
• a quantidade máxima de suor que o organismo pode segregar na unidade de
tempo;
• a quantidade máxima de suor que, na unidade de tempo, pode ser evaporada.
A quantidade de suor que pode ser segregada, na unidade de tempo, varia
de indivíduo para indivíduo, inclusive com o grau de aclimatação e com o
biotipo. A quantidade de suor que pode evaporar na unidade de tempo
depende da umidade relativa e da velocidade do ar.
As perdas de energia representadas pelo calor latente correspondem à
dissipação através das perdas de vapor d’água pela respiração ou pela perspira
ção, ou através da evaporação do suor, e equivalem ao calor que se libertaria
proporcionando a condensação dessa quantidade de vapor d’água que se
mantém no ar.
Segundo Gomes(30), através da respiração e da perspiração, para o
adulto médio, a uma temperatura de 20°C, são retiradas as seguintes
quantidades de vapor d’água, fornecidas ao ambiente:
em repouso 45 g/h
em trabalho leve 110 g/h
Mas, segundo Givoni(27), em casos extremos, e por um período de
cerca de meia hora, o corpo humano pode chegar a suar até 2,5 l/h.
+ , ' * * -
Sendo a pele o principal órgão termorregulador do organismo humano
— a temperatura da pele —, é através dela que se realizam as trocas de calor.
A temperatura da pele é regulada pelo fluxo sangüíneo que a percorre —
quanto mais intenso o fluxo, mais elevada sua temperatura. Ao sentir
desconforto térmico, o primeiro mecanismo fisiológico a ser ativado é a
regulagem vasomo
22
tora do fluxo sangüíneo da camada periférica do corpo, a camada subcutânea,
através da vasodilatação ou vasoconstrição, reduzindo ou aumentando a resis
tência térmica dessa camada subcutânea. Outro mecanismo de
termorregulação da pele é a transpiração ativa, que tem início quando as
perdas por convecção e radiação, somadas às perdas por perspiração
insensível, são inferiores às perdas necessárias à termorregulação. A
transpiração ativa se faz por meio das glândulas sudoríparas. Os limites da
transpiração são as perdas de sais minerais e a fadiga das glândulas
sudoríparas.
. * * /
A vestimenta representa uma barreira para as trocas de calor por
convec ção. A vestimenta, que mantém uma camada, mínima que seja, de ar
parado, dificulta as trocas por convecção e radiação. Em clima seco,
vestimentas ade quadas podem manter a umidade advinda do organismo pela
transpiração. A vestimenta funciona como isolante térmico — que mantém,
junto ao corpo, uma camada de ar mais aquecido ou menos aquecido,
conforme seja mais ou menos isolante, conforme seu ajuste ao corpo e
conforme a porção de corpo que cobre.
A vestimenta adequada será função da temperatura média ambiente, do
movimento do ar, do calor produzido pelo organismo e, em alguns casos, da
umidade do ar e da atividade a ser desenvolvida pelo indivíduo.
A vestimenta reduz o ganho de calor relativo à radiação solar direta, as
perdas em condições de baixo teor de umidade e o efeito refrigerador do suor.
Reduz, ainda, a sensibilidade do corpo às variações de temperatura e de
velocidade do ar. Sua resistência térmica depende do tipo de tecido, da fibra e
do ajuste ao corpo, devendo ser medida através das trocas secas relativas de
quem a usa. Sua unidade, “clo”, equivale a 0,155 m2°C/W.
0 1 2/
As condições de conforto térmico são função, portanto, de uma série
de variáveis. Para avaliar tais condições, o indivíduo deve estar
apropriadamente vestido e sem problemas de saúde ou de aclimatação. É certo
que as condições ambientais capzes de proporcionar sensação de conforto
térmico em habitantes de clima quente e úmido não são as mesmas que
proporcionam sensação de conforto em habitantes de clima quente e seco e,
muito menos, em habitantes de regiões de clima temperado ou frio.
23
A partir das variáveis climáticas do conforto térmico, e de outras
variáveis como atividade desenvolvida pelo indivíduo considerado aclimatado
e saudável e sua vestimenta, vem sendo desenvolvida uma série de estudos
que procuram determinar as condições de conforto térmico e os vários graus
de conforto ou desconforto por frio ou por calor. As variáveis do conforto
térmico são diversas e, variando diferentemente algumas delas ou até todas, as
condições finais podem proporcionar sensações ou respostas semelhantes ou
até iguais. Isso levou os estudiosos a desenvolver índices que agrupam as
condições que proporcionam as mesmas respostas — os índices de conforto
térmico.
O A.S.H.R.A.E.(5) considera, para os climas mais quentes da América
do Norte, 25°C como temperatura ótima, podendo variar entre 23 e 27°C,
sendo esses valores aplicáveis para:
• Velocidade do ar 0,5 m/s
• Umidade relativa entre 30 e 70%
• Inverno
• Vestimenta normal
• Pessoa sentada
• Ocupação sedentária
• Temperatura radiante média igual à temperatura do ar
Recomenda-se ainda:
• Acrescentar 2°C para velocidade do ar 0,25 m/s
• Deduzir 1°C para umidade 90%
• No verão, acrescentar 1°C
• Para banheiro (ou similar) acrescentar 3 a 5°C
• Deduzir até 5°C para ocupação ativa
• Deduzir 3 a 5°C para áreas de trânsito
! 3
! " * - 4
Os primeiros estudos acerca da influência das condições
termo-higromé tricas sobre o rendimento no trabalho foram desenvolvidas
pela Comissão
24
Americana da Ventilação. Em 1916, presidida por Winslow, essa comissão
efetuou estudos e pesquisas com o objetivo de determinar a influência das
condições termo-higrométricas no rendimento do trabalho, visando, principal
mente, ao trabalho físico do operário, aos interesses de produção surgidos
com a Revolução Industrial e às situações especiais de guerra, quando as
tropas são deslocadas para regiões de diferentes tipos de clima. Esses estudos
vieram confirmar os resultados encontrados anteriormente por Herrington:
• para o trabalho físico, o aumento da temperatura ambiente de 20°C para
24°C diminui o rendimento em 15%;
• a 30°C de temperatura ambiente, com umidade relativa 80%, o rendimento
cai 28%.
Observações acerca do rendimento do trabalho em minas, na
Inglaterra, mostraram o seguinte: o mineiro rende 41% menos quando a
TemperaturaEfetiva é 27°C, com relação ao rendimento à Temperatura
Efetiva de 19°C.
Foram também observadas variações de produção em indústrias,
segundo a mudança das estações do ano, havendo, ainda, estudos que
correlacionam ambientes termicamente desconfortáveis com índices elevados
de acidentes no trabalho.
Como pode ser visto nos itens relativos às exigências humanas, as
condições de conforto térmico são função da atividade desenvolvida pelo indi
víduo, da sua vestimenta e das variáveis do ambiente que proporcionam as
trocas de calor entre o corpo e o ambiente. Além disso, devem ser
consideradas outras variáveis como sexo, idade, biotipo, hábitos alimentares
etc.
Os índices de conforto térmico procuram englobar, num parâmetro, o
efeito conjunto dessas variáveis. E, em geral, esses índices são desenvolvidos
fixando um tipo de atividade e a vestimenta utilizada pelo indivíduo para, a
partir daí, relacionar as variáveis do ambiente e reunir, sob a forma de cartas
ou nomogramas, as diversas condições ambientais que proporcionam
respostas iguais por parte dos indivíduos.
! ! 4
Os índices de conforto térmico foram desenvolvidos com base em dife
rentes aspectos do conforto e podem ser classificados como a seguir:
25
• índices biofísicos — que se baseiam nas trocas de calor entre o corpo e o
ambiente, correlacionando os elementos do conforto com as trocas de calor
que dão origem a esses elementos;
• índices fisiológicos — que se baseiam nas reações fisiológicas originadas
por condições conhecidas de temperatura seca do ar, temperatura radiante
média, umidade do ar e velocidade do ar;
• índices subjetivos — que se baseiam nas sensações subjetivas de conforto
experimentadas em condições em que os elementos de conforto térmico
variam.
! # 4
A escolha de um ou outro tipo de índice de conforto deve estar
relacionada com as condições ambientais com a atividade desenvolvida pelo
indivíduo, pela maior ou menor importância de um ou de outro aspecto do
conforto. Há condições termo-higrométricas que podem, mesmo que apenas
por algum tempo, ser consideradas como de conforto em termos de sensação
e provocar distúrbios fisiológicos ao fim desse tempo. É o caso, por exemplo,
de indivíduos expostos a condições de baixo teor de umidade e que, não
percebendo que estão transpi rando porque o suor é evaporado rapidamente,
não tomam líquido em quantidade suficiente e se desidratam.
Existem cerca de três dezenas de índices de conforto térmico, porém,
para fins de aplicação às condições ambientais correntes nos edifícios como
habita ções, escolas, escritórios etc., e para as condições climáticas brasileiras,
serão apresentados apenas três:
• Carta Bioclimática, de Olgyay(44);
• Temperatura Efetiva, de Yaglou e Houghthen; ou Temperatura Efetiva Corri
gida, de Vernon e Warner;
• Índice de Conforto Equatorial ou Índice de Cingapura, de Webb(59).
! % " 5 2
A Carta Bioclimática de Olgyay(44) — índice biofísico — foi desenvol
vida a partir de estudos acerca de efeitos do clima sobre o homem, quer ele
esteja abrigado quer não, de zonas de conforto e de relações entre elementos
de clima e conforto.
26
Foi construída tendo como ordenada a temperatura de bulbo seco e
como abscissa a umidade relativa do ar.
O Anexo 2 apresenta a Carta Bioclimática para habitantes de regiões
de clima quente, em trabalho leve, vestindo 1 “clo”, que corresponde a uma
vestimenta leve, cuja resistência térmica equivale a 0,15°C m2/W.
Na região central da Carta está delimitada a zona de conforto. As condi
ções de temperatura seca e de umidade relativa do ar podem ser determinadas
sobre a Carta.
Evidentemente, se os pontos determinados por essas variáveis se locali
zarem na zona de conforto, as condições apresentadas serão consideradas
como de conforto. Se caírem fora da zona de conforto, há necessidade de
serem tomadas medidas corretivas.
Se o ponto determinado pelas condições de temperatura de bulbo seco
e de umidade relativa do ar cair acima da zona de conforto, será necessário
recorrer-se ao efeito do movimento do ar.
Se a temperatura seca do ar é elevada mas a umidade é baixa, o
movimento do ar pouco favorece.
Quanto à região abaixo do limite inferior da zona de conforto, as linhas
representam a radiação necessária para atingir a zona de conforto, quer em
termos de radiação solar quer em termos de aquecimento do ambiente.
! & 3 * /
A Temperatura Efetiva, de Yaglow e Houghten, de 1923, foi definida
pela correlação entre as sensações de conforto e as condições de temperatura,
umi dade e velocidade do ar, procurando concluir quais são as condições de
conforto térmico. É um índice subjetivo. Essas correlações são apresentadas
sob a forma de nomograma.
Em 1932, Vernon e Warner apresentaram uma proposta de correção
para o índice de Temperatura Efetiva, utilizando a temperatura do termômetro
de globo em vez de temperatura seca do ar, para base dos cálculos, posto que
a temperatura de radiação, sendo superior ou inferior à temperatura seca do ar,
proporciona alterações na sensação de conforto. Observam-se indicações das
duas escalas no nomograma do Anexo 3. A zona de conforto térmico
delimitada sobre o nomograma de Temperatura Efetiva para pessoas
normalmente vestidas, em trabalho leve e se referindo a habitantes de regiões
de climas quentes, foi adaptada por Koenigsberger et alii (34).
27
Esse nomograma, quando os dados disponíveis são de temperatura
seca, ou do termômetro de globo, umidade e velocidade do ar, é normalmente
utilizado em conjunto com a Carta Psicrométrica, a qual fornecerá as
correspondências entre a temperatura do termômetro de bulbo seco e a
temperatura do termômetro de bulbo úmido, a partir dos dados de umidade
relativa.
Os Anexos 4 e 5 apresentam as Cartas Psicrométricas para pressão
atmosférica normal (760 mm Hg), ao nível do mar, e para São Paulo (pressão
atmosférica 695,1 mm Hg).
! ( 3 6 7 8
Webb(59) desenvolveu este índice para ser aplicado a habitantes de
climas tropicais, de preferência quente e úmido. Baseou-se em observações
feitas em Cingapura, em habitações correntes e em uma escala climática
desenvolvida especialmente para condições tropicais, procurando
correlacionar os valores dessa escala com a sensação de calor, tendo
incorporado dados referentes ao P4SR (Previsão da Produção de Suor em 4
horas, que é um índice fisiológico desenvolvido por McArdle, do Royal Naval
Research Establishment) e chegou a um nomograma semelhante ao da
Temperatura Efetiva. Esse nomograma está apresentado na figura 1 do Anexo
6.
O gráfico de conforto de Cingapura — figura 2, Anexo 6 — foi
elaborado com base em dados obtidos a partir da psicologia experimental e
análise de testes aplicados em indivíduos completamente aclimatados na
região. Esse gráfico indica a existência de um optimum em conforto na faixa
de 25,5°C na escala I.C.E.
Webb estende a aplicabilidade de seu índice e de seu gráfico de
conforto a habitantes de regiões climáticas semelhantes a Cingapura, como,
por exemplo, a Amazônia.
! + 9: ;
Como pode ser observado, tanto a Carta Bioclimática como o
nomograma de Temperatura Efetiva para pessoas em trabalho leve e o
nomograma do Índice de Conforto Equatorial estão apresentados como uma
“zona de conforto” deli mitada sobre cada gráfico. Essas “zonas de conforto”
devem ser encaradas como uma indicação e analisadas acerca de sua
aplicabilidade às condições específicas de projeto e de realidade ambiental.
28
Assim, é conveniente, para a aplicação dos índices, uma análise prévia
das condições climáticas locais e as relações entre as variáveis consideradas
na obtenção do índice e a respectiva “zona de conforto” determinada sobre os
gráficos.
29
! )
Para a compreensão do comportamento térmico das edificações, é
neces sária uma base conceitual de fenômenos de trocas térmicas. Esse
conhecimento permite também melhor entendimento acerca do clima e do
relacionamento do organismo humano com o meio ambientetérmico.
As trocas térmicas entre os corpos advêm de uma das duas condições
básicas:
• existência de corpos que estejam a temperaturas diferentes;
• mudança de estado de agregação.
Corpos que estejam a temperaturas diferentes trocam calor, os mais
“quentes” perdendo e os mais “frios” ganhando, sendo que o calor envolvido
é denominado calor sensível.
No âmbito do conforto termo-higrométrico, o elemento que
proporciona as trocas térmicas por mudança de estado de agregação — sem
mudança de temperatura — é a água, e apenas nos casos de passar do estado
líquido para o estado de vapor e do estado de vapor para o estado líquido. O
calor envolvido nestes mecanismos de troca é denominado calor latente.
!
As trocas de calor que envolvem variações de temperatura são
denomina das trocas secas, em contraposição à denominação de trocas
úmidas, relativa às trocas térmicas que envolvem a água. Os mecanismos de
trocas secas são convecção, radiação e condução.
31
! ! /
Convecção: troca de calor entre dois corpos, sendo um deles sólido e o
outro um fluido (líquido ou gás).
A intensidade do fluxo térmico envolvido no mecanismo de troca por
convecção é:
qc = hc(t − θ) (W/m2)
onde:
qc — intensidade do fluxo térmico por convecção (W/m
2); hc
— coeficiente de trocas térmicas por convecção (W/m2°C); t
— temperatura do ar (°C);
θ — temperatura da superfície do sólido (parede) (°C),
sendo que t > θ ou θ > t.
As trocas de calor por convecção são ativadas pela velocidade do ar,
quando se trata de superfícies verticais. Nesse caso, mesmo que o movimento
do ar advenha de causas naturais, como o vento, o mecanismo de troca entre a
superfície e o ar passa a ser considerado convecção forçada.
No caso de superfície horizontal, o sentido do fluxo desempenha impor
tante papel. Quando o fluxo é ascendente, há coincidência do sentido do fluxo
com o natural deslocamento ascendente das massas de ar aquecidas, enquanto
no caso de fluxo descendente, o ar, aquecido pelo contato com a superfície,
encontra nela mesma uma barreira para sua ascensão, dificultando a
convecção — seu deslocamento e sua substituição por nova camada de ar à
temperatura inferior à sua.
Para o coeficiente de trocas térmicas por convecção — hc —, no caso
de convecção natural, são adotados, segundo Croiset(15), os seguintes valores:
• para superfície horizontal, fluxo descendente
hc = 1,2 (W/m
2°C);
• para superfície vertical
hc = 4,7 (W/m
2°C);
• para superfície horizontal, fluxo ascendente
hc = 7 (W/m
2°C).
32
Para superfície vertical, hc varia de acordo com a velocidade do ar,
segundo o gráfico apresentado na figura 1.
Figura 1 — Variação do coeficiente de convecção hc com a velocidade do ar
(parede vertical).
Fonte: Croiset(15)
! # $
Radiação: mecanismo de troca de calor entre dois corpos — que
guardam entre si uma distância qualquer — atrevés de sua capacidade de
emitir e de absorver energia térmica. Esse mecanismo de troca é conseqüência
da natureza eletromagnética da energia, que, ao ser absorvida, provoca efeitos
térmicos, o que permite sua transmissão sem necessidade de meio para
propagação, ocor rendo mesmo no vácuo.
O fluxo de calor envolvido nesse mecanismo de troca será:
qr = hr(θ−θr) (W/m2)
onde:
qr — intensidade do fluxo térmico por radiação (W/m
2);
hr — coeficiente de trocas térmicas por radiação (W/m
2°C); θ
— temperatura da superfície da parede considerada (°C); θr
— temperatura radiante relativa às demais superfícies (°C).
33
O coeficiente hr é um parâmetro simplificado, que resume todos os
fatores que interferem nas trocas de radiação, a saber: as temperaturas das
superfícies, os aspectos geométricos e físicos das superfícies envolvidas e,
principalmente, a emissividade térmica ε da superfície. A emissividade
expressa a capacidade de uma superfície de emitir calor.
Para os materiais de construção correntes, sem brilho metálico, ε ≅ 0,9,
pode-se adotar hr = 5 (W/m
2°C).
! %
Condução: troca de calor entre dois corpos que se tocam ou mesmo
partes do corpo que estejam a temperaturas diferentes, como apresentado na
figura 2, onde θe ≠ θi.
θe θi λ
EXT. INT.
e
Figura 2 — Trocas de calor por condução.
A intensidade do fluxo térmico por condução envolvido nesse
mecanismo de troca é:
qcd =
λ
e (θe − θi) (W/m
2)
onde:
e — espessura da parede (m);
θe — temperatura da superfície externa da envolvente (°C); θi —
temperatura da superfície interna da envolvente (°C); λ —
coeficiente e condutibilidade térmica do material (W/m°C).
34
Como
e
λ = r, sendo r a resistência térmica específica da parede
(m2°C/W), tem-se:
qcd = (θe − θi)
r (W/m
2)
O coeficiente de condutibilidade térmica do material — λ — é definido
como sendo “o fluxo de calor que passa, na unidade de tempo, através da
unidade de área de uma parede com espessura unitária e dimensões
suficientemente grandes para que fique eliminada a influência de contorno,
quando se estabelece, entre os parâmetros dessa parede, uma diferença de
temperatura unitária” — Gomes(29). Este coeficiente depende de:
• densidade do material — a matéria é sempre muito mais condutora que o ar
contido em seus poros;
• natureza química do material — os materiais amorfos são geralmente menos
condutores que os cristalinos;
• a umidade do material — a água é mais condutora que o ar.
O coeficiente λ varia com a temperatura, porém, para as faixas de
temperatura correntes na construção, pode ser considerado como uma caracte
rística de cada material. A tabela do Anexo 7 apresenta, entre outros, os dados
relativos ao coeficiente de condutibilidade térmica de diversos materiais de
construção, representados por valores médios.
! & <
As trocas térmicas que advêm de mudança de estado de agregação da
água, do estado líquido para o estado de vapor e do estado de vapor para o
estado líquido, são denominadas trocas úmidas, cujos mecanismos são
evaporação e condensação.
! ( / *
Evaporação: troca térmica úmida proveniente da mudança do estado
líquido para o estado gasoso. Para ser evaporada, passando para o estado de
vapor,
35
a água necessita de um certo dispêndio de energia. Para evaporar um litro de
água são necessários cerca de 700 J.
A velocidade de evaporação é função do estado higrométrico do ar e de
sua velocidade. A uma determinada temperatura, o ar tem capacidade de
conter apenas uma certa quantidade de vapor d’água, inferior ou igual a um
máximo denominado peso do vapor saturante. Portanto, o grau higrométrico é
a relação entre o peso de vapor d’água contido no ar, a uma certa temperatura,
e o peso de vapor saturante do ar à mesma temperatura.
As cartas psicrométricas, apresentadas nos Anexos 4 e 5, fornecem
dados acerca do peso de vapor d’água contido no ar segundo sua temperatura.
O peso de vapor saturante relativo a cada temperatura pode ser obtido na carta
psicro métrica por meio da linha da umidade relativa (U.R.) 100%, enquanto
o peso de vapor contido no ar, para cada condição de umidade relativa (U.R.)
e para cada condição de temperatura, pode ser obtido na mesma carta.
! +
Condensação: troca térmica úmida decorrente da mudança do estado
gasoso do vapor d’água contido no ar para o estado líquido. Quando o grau
higrométrico do ar se eleva a 100%, a temperatura em que ele se encontra é
denominada ponto de orvalho (conforme item 3.1.15) e, a partir daí, o
excesso de vapor d’água contido no ar se condensa — passa para o estado
líquido.
A condensação é acompanhada de um dispêndio de energia. A
condensa ção de um litro d’água dissipa cerca de 700 J.
Se o ar, saturado de vapor d’água, entra em contato com uma
superfície cuja temperatura está abaixo da do seu ponto de orvalho, o excesso
de vapor se condensa sobre a superfície, no caso de esta ser impermeável —
condensação superficial —, ou pode condensar-se no interior da parede, caso
haja porosidade.
A condensação superficial passageira em cozinhas e banheiros, nos
horários de uso mais intenso, é considerada normal. Torna-se problemática
quando se dá em paredes e principalmenteem coberturas de baixa resistência
térmica.
Um meio para evitar a condensação superficial consiste na eliminação
do vapor d’água pela ventilação. Outro consiste em imprimir ao elemento da
construção uma resistência térmica R adequada, que pode ser calculada
através da expressão:
36
⋅
1
hi (m
2°C/W)
onde:
R =
t
e − ti ti − to
ti — temperatura do ar interno (°C);
te — temperatura do ar externo (°C);
to — temperatura do ponto de orvalho relativa a ti (°C);
hi — coeficiente de condutância térmica superficial interna,
conforme item 2.1.8 (W/m2°C).
! . = *
A condutância térmica superficial engloba as trocas térmicas que se
dão à superfície da parede.
O coeficiente de condutância térmica superficial expressa as trocas de
calor por convecção (item 2.1.2) e por radiação (item 2.1.3). Assim,
considerando-se a figura 3, onde se toma uma lâmina que separa dois
ambientes, um externo e outro interno, havendo diferenças de temperatura, as
trocas térmicas superficiais poderão ser expressas através dos coeficientes de
condutância térmica superficiais:
hc + hr =
he — coeficiente de condutância térmica superficial externa (W/m
2°C)
hi — coeficiente de condutância térmica superficial interna (W/m
2°C)
θi θe
te ti
he hi
EXT. INT.
Figura 3 — Esquema explicativo dos coeficientes de condutância térmica superficial.
3
7
Também os coeficientes he e hi são parâmetros simplificados, válidos
para condições convencionalmente simplificadas admitidas para hr. Se he e hi
são coeficientes de condutância térmica superficiais, as resis tências témicas
superficiais serão
1
he e
1
hi , externa e interna, respectivamente. As tabelas do
Anexo 8 apresentam valores de condutâncias e resistências térmicas
superficiais para paredes externas e internas, consideradas de materiais
correntes e sujeitas a velocidades do ar de 2 m/s para superfícies externas e
0,5 m/s para superfícies internas.
A tabela 1, Anexo 9, apresenta a variação da condutância térmica super
ficial externa he, segundo a velocidade do vento, para casos especiais e
conheci dos, posto que há um consenso em se adotar 2 m/s, ou, no máximo, 3
m/s, para a velocidade do ar externo, em se considerando o meio urbano.
! 0 *
Os espaços de ar confinados, portanto não ventilados, entre duas
lâminas paralelas, apresentam resistência térmica que será função dos
seguintes fatores: espessura da lâmina de ar, sentido do fluxo térmico e
emissividade das superfícies em confronto.
A tabela 2, Anexo 9, apresenta valores de resistência térmica de
espaços de ar (Rar) confinados entre duas lâminas paralelas.
! > ? 7@8
O coeficiente Global de Transmissão Térmica — K — engloba as
trocas térmicas superficiais (por convecção e radiação) e as trocas térmicas
através do material (por condução). Portanto, engloba as trocas de calor
referentes a um determinado material segundo a espessura da lâmina, o
coeficiente de conduti bilidade térmica, a posição horizontal ou vertical da
lâmina e, ainda, o sentido do fluxo.
O coeficiente K quantifica a capacidade do material de ser atravessado
por um fluxo de calor induzido por uma diferença de temperatura entre dois
ambientes que o elemento constituído por tal material separa (W/m2°C). Defi
ne-se como sendo “o fluxo de calor que atravessa, na unidade de tempo, a
unidade de área do elemento constituído do material, quando se estabelece
uma diferença unitária de temperatura entre o ar confinante com suas faces
opostas”(30).
38
! A @ * *
Para uma parede de material homogêneo e com espessura constante, o
coeficiente global de transmissão K é obtido em função de:
a) Trocas térmicas na superfície interna
q = hi (ti − θi) =
(t
i − θi)
1/hi (W/m
2)
b) Trocas térmicas através do material
e = (θi − θe)
q = λ (θi − θe)
c) Trocas térmicas na
superfície externa
e/λ (W/m
2)
q = he (θe − te) = (θe − te)
1/he (W/m
2)
Igualando-se estas frações e admitindo-se que:
q = K(∆t) = ∆t
1/K
então
1
K =
1
hi+
1
he+
e
λ (m
2°C/W)
sendo:
1
K = R — resistência térmica global da lâmina.
Os valores dos coeficientes de condutância térmica superficial he e hi, e
as resistências térmicas superficiais
1
he e
1
hi e inclusive de
1
he+
1
hi podem ser
encontrados na tabela do Anexo 8, e os valores dos coeficientes de condutibili
dade térmica λ dos materiais, na tabela do Anexo 7.
! ! A @ * *
Nos casos de paredes heterogêneas, em que os elementos da
construção se constituem de várias camadas de materiais diferentes, a
expressão de cálculo
39
considera essa heterogeneidade incluindo a somatória das relações espessura
(e) / condutibilidade térmica (λ), ou do inverso das condutâncias, ou das resis
tências térmicas específicas das sucessivas camadas constituintes do
elemento.
θe θi
λ1 λ2 λ3
te
t
h i e hi
EXT.
INT.
e1 e
2
e3
Figura 4 — Esquema explicativo para determinação de K para paredes
heterogêneas em espessura.
Então:
K =
1
he+e1
λ1+e2
λ2+e3
1
λ3+…+
1
hi (m
2°C/W)
Observe-se que uma das camadas pode ser um espaço de ar confinado
entre lâminas paralelas, e a parcela correspondente estará representada pelos
valores relativos às suas resistências térmicas em função da posição da parede
e do sentido do fluxo, de acordo com a tabela 2, Anexo 9.
! # A @ * * * 4
Quando o elemento da construção não é heterogêneo em espessura mas
em superfície, o coeficiente global de transmissão térmica pode, em cálculo
simplificado, ser determinado considerando-se a decomposição do elemento
em áreas parciais — A1, A2 ... — correspondentes às zonas diferenciadas,
determi nando-se os coeficientes — K1, K2 ... — correspondentes a essas
áreas parciais e estabelecendo-se a média ponderada:
40
K = K1A1 + K2A2 + …
A1 + A2 + … (W/m
2°C)
Essa hipótese não é válida quando os materiais têm K com diferenças
acentuadas.
Num vedo composto por painéis com alguma isolação, porém
interligados por elementos de alta condutância, ocorrem fluxos térmicos no
plano do vedo, provocando as chamadas pontes térmicas, que são
responsáveis por grandes fluxos de calor, quando comparados aos fluxos
através dos elementos isolantes, e representam uma incoerência de projeto.
! ! *
O Sol, importante fonte de calor, incide sobre o edifício representando
sempre um certo ganho de calor, que será função da intensidade da radiação
incidente e das características térmicas dos paramentos do edifício.
Os elementos da edificação, quando expostos aos raios solares, diretos
ou difusos, ambos radiação de alta temperatura, podem ser classificados
como: a) opacos; b) transparentes ou translúcidos.
! ! / * *
No caso de uma parede opaca exposta à radiação solar e sujeita a uma
determinada diferença de temperatura entre os ambientes que separa, os meca
nismos de trocas podem ser esquematizados como na figura 5.
A intensidade do fluxo térmico (q) que atravessa essa parede, por
efeito da radiação solar incidente e da diferença de temperatura do ar:
q = K (te +αIg
he− ti) (W/m
2)
onde:
K — coeficiente global de transmissão térmica (W/m2°C);
te — temperatura do ar externo (°C);
α — coeficiente de absorção da radiação solar;
Ig — intensidade de radiação solar incidente global (W/m
2); 41
Radiação Solar Ig
θe
te
he
Fluxo da radiação
solar absorvida e
dissipada para o
interior
Fluxo
da
radiação solar
absorvida e
dissipada para o
exterior
ρIg
Radiação solar
hi
e⁄λ
θi
ti
refletida
EXT. INT.
Figura 5 — Trocas de calor através de paredes opacas.
he — coeficiente de condutância térmica superficial externa (W/m
2°C);
ti — temperatura do ar interno (°C).
A expressão anterior pode ser disposta da seguinte forma:
q = KαIg
he+ K(te − ti) (W/m2)
A parcela KαIg
he se refere ao ganho de calor solar, sendo α
k
he= Sop, fator
de ganho solar de material opaco, enquanto a parcela K(∆t) corresponde às
trocas de calor por diferença de temperatura, podendo representar ganho,
quandote > ti, ou perda, quando ti > te.
A tabela 1, Anexo 10, apresenta valores de ε (emissividade térmica),
para radiação solar, e de α e ε para temperaturas entre 10 e 40°C, para
diversos materiais de construção. Para uma mesma gama de comprimento de
onda, da radiação incidente e da radiação emitida, α=ε.
42
A tabela 2, Anexo 10, apresenta valores de α, para radiação solar, em
função da cor da pintura externa.
! ! ! / * * <
No caso de uma parede transparente ou translúcida exposta à
incidência da radiação solar e sujeita a uma determinada diferença de
temperatura entre os ambientes que separa, os mecanismos de troca podem
ser esquematizados como na figura 6.
A intensidade do fluxo térmico (q) que atravessa uma parede
transparente ou translúcida, deve incorporar, em comparação com a parede
opaca, a parcela que penetra por transparência (τ Ig). Assim sendo, tem-se:
q = αK
he+ τ Ig + K(∆t) (W/m
2)
Radiação solar
Ig
he
ti
Parcela de αIg
dissipada para o interior Parcela de αIg
dissipada para o exterior
te
ρIg
Radiação solar refletida
EXT. INT.
τIg
Parcela que penetra por
transparência
Figura 6 — Trocas de calor através de superfícies transparentes ou translúcidas. 43
sendo αK
he+ τ = Str (fator solar).
O fator solar se refere à radiação solar global.
A parcela K(∆t) se refere às trocas de calor por diferença de
temperatura e representa ganho quando te > ti e perda quando ti > te.
Para o vidro comum:
α = 0,07, K = 5,7 (W/m2°C)
ρ = 0,08, 1/he = 0,05 (m2/°CW)
τ = 0,85, Str = 0,86
A tabela 1, Anexo 11, apresenta valores de fator solar de diversos
vidros. O fator solar é utilizado também para expressar a proteção solar conse
guida através de elementos quebra-sol, persianas, cortinas etc.
! ! # * 79 B ;8
O controle da insolação através de elementos de proteção solar —
quebra-sol (“brise-soleil”) — representa um importante dispositivo para o pro
jeto do ambiente térmico.
O quebra-sol pode ser utilizado tanto para a proteção de paredes
transpa rentes ou translúcidas como para o caso de paredes opacas leves.
! ! % , * *
A presença de uma placa quebra-sol (“brise-soleil”) diante de uma
parede opaca vai ocasionar uma série de mecanismos de trocas, conforme
esquematiza ção na figura 7.
A intensidade do fluxo térmico que atravessa a parede opaca protegida
por um quebra-sol será:
q = K (te +α
∗Ig
he− ti) (W/m
2)
ou q = K α∗Ig
he+ K(∆t) (W/m2)
44
Parcela de αIg
dissipada para o exterior
Radiação solar
refletida
ρIg
quebra-sol
parede
opaca
Radiação solar
IgParcela de αIg dissipada, por
ventilação da lâmina de ar
αIg
Parcela de αIg
dissipada através
da parede
Figura 7 — Proteção solar de paredes opacas.
sendo α* denominado fator fictício de absorção da radiação solar de uma
parede opaca protegida por quebra-sol.
O valor de α* será função das características da proteção solar e varia
inclusive com a orientação da parede a ser protegida, com a latitude do local
onde está situado o edifício e com a época do ano.
Segundo Croiset(15), α* pode, a partir de alguns casos estudados,
assumir os seguintes valores:
a) quebra-sol contínuo, vertical, diante de parede vertical, a 30 cm, sem
características especiais do material e acabamentos: 0,20 a 0,25
b) quebra-sol contínuo, vertical, diante de parede vertical, a 30
cm, com R ≅ 0,6 m2°C/W, face externa branca e face interna
pouco
emissiva: 0,15 a 0,10
c) quebra-sol de lâminas verticais colocado diante de parede vertical: variável
d) beirais e quebra-sol de lâminas horizontais: variável 45
e) cobertura com sombreamento de um quebra-sol contínuo, a 30 cm: 0,15 a 0,20
f) cobertura com sombreamento de quebra-sol contínuo, a 30 cm,
face externa clara, face interna pouco emissiva, material
isolante: 0,05
O quebra-sol de lâminas verticais colocado diante de uma parede
vertical proporcionará α* com valores sempre mais elevados que os
contínuos, devido às diversas reflexões dos raios solares incidentes sobre as
placas.
O beiral deve ser analisado sob o ponto de vista de sua eficiência
geométrica. Fatores como absorção, isolação e emissividade têm menor impor
tância. A continuidade da proteção horizontal impede a ventilação da camada
de ar próxima à parede, tornando a proteção menos eficiente.
Se os beirais são constituídos por várias lâminas horizontais, a
ventilação e o desvio dos raios refletidos proporcionam maior eficiência e o
fator α* pode variar entre 0,20 e 0,50, segundo a parede seja clara ou escura
e, no caso de construção térrea, o solo seja pouco ou muito refletor.
No caso de sombreamento de cobertura, a transmissão térmica se dá à
semelhança da proteção de paredes verticais, sendo que a ventilação entre a
cobertura e a placa de proteção pode produzir melhores efeitos.
! ! & , * * <
A proteção solar de paredes transparentes ou translúcidas pode ser feita
através de dispositivos externos e internos, sendo que, em caso de vidro
duplo, por exemplo, pode até se localizar entre os dois vidros. Por outro lado,
a proteção externa normalmente tende a ser mais eficiente, posto que barra a
radiação solar antes de sua penetração por transmissividade através do
material. Porém, como a proteção solar é projetada segundo a especificidade
de cada edifício, de acordo com sua localização, função e orientação, há casos
em que a proteção interna pode ser mais adequada.
A proteção solar de paredes transparentes ou translúcidas, para os dois
casos mais correntes, de proteção externa ou interna, pode ser esquematizada
segundo as figuras 8 e 9.
Observe-se que, no caso da figura 8 — quebra-sol externo —, a parcela
do calor que penetra no ambiente é menor que no caso do quebra-sol interno,
já
46
Parcela de αIg
dissipada para o exterior
Radiação refletida
ρIg
quebra-sol
Radiação solar
Ig Parcela de αIg dissipada por ventilação
Parcela de αIg
dissipada através
da parede (e, λ)
PROTEÇÃO EXTERNA
Figura 8 — Ganhos de calor através de parede transparente (supondo transparência
100% e proteção opaca 100%), com proteção externa.
Radiação solar
Ig
Parcela de αIg
dissipada para o exterior
Parcela de αIg
dissipada para o
interior
Radiação refletida
ρIg
EFEITO ESTUFA
Parcela de αIg
dissipada através
da proteção
PROTEÇÃO INTERNA
Figura 9 — Ganhos de calor através de parede transparente (supondo transparência
100% e proteção opaca 100%), com proteção interna.
47
que o vidro, não sendo transparente para radiação de baixa temperatura (onda
longa), funciona como barreira — efeito estufa — resultando, assim, maior
radiação no interior do recinto.
Quanto aos mecanismos de trocas térmicas, ocorrem da mesma
maneira que no caso da proteção de paredes opacas, e o fluxo de calor
envolvido no processo pode ser assim formulado:
q = K (te +αIg
he− ti) (W/m
2)
ou q = Str ⋅ Ig + K(∆t) (W/m2)
A tabela 2, Anexo 11, representa valores de fator solar para proteções
de vidraças com dispositivos tipo persianas, venezianas e cortinas.
! ! ( * / /
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.
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.
Tal fluxo, se comparado com uma parede fictícia de peso nulo,
atravessa a parede com um certo atraso e amortecido, conforme a figura 10. O
atraso e o amortecimento, juntos, compõem a inércia térmica, a qual é função
da densidade, da condutibilidade e da capacidade calorífica da parede. A
capacidade calorífica da parede é expressa através do fator denominadocalor
específico, que se mede pela quantidade de calor necessária para fazer elevar
de uma unidade de tempe ratura, a sua unidade de massa (J/kg°C).
A tabela do Anexo 7 apresenta, entre outros dados, valores de calor
específico de diversos materiais de construção.
48
Figura
10 — Esquema explicativo do fenômeno da inércia térmica de uma parede
real (q2) e de uma parede fictícia de peso nulo (q1).
! ! +
Para a avaliação da inércia térmica da construção, recorre-se ao
conceito de superfície equivalente pesada — que é igual à somatória das
áreas das superfícies de cada uma das paredes interiores, inclusive piso e teto,
multiplica das por um coeficiente que será função do peso da parede e da
resistência térmica de seus revestimentos — em relação à área do piso do
local.
Uma parede apresenta maior ou menor inércia segundo seu peso e sua
espessura. Mas os revestimentos desempenham importante papel, pois revesti
mentos isolantes reduzem as trocas de calor com a parede e reduzem sua
inércia.
Croiset(15) apresenta um método simplificado para apreciação da
inércia de uma parede interior (inclusive piso e teto), que consiste em aplicar
um coeficiente igual a 1, 2⁄3,
1⁄3 ou 0, segundo o seu peso e a resistência térmica
do seu revestimento, conforme a tabela na página seguinte:
49
Resistência térmica do revestimento (m°C/W)
inferior a 0,15entre
0,15 e 0,50
superior a
0,50
Parede pesando + de 200 kg/m2 1 2⁄3 0
Parede pesando entre 200 e 100 kg/m2
Parede pesando entre 100 e 500 kg/m2
Parede pesando mais de 50 kg/m2
2⁄3
1⁄3 0
1⁄3 0 0 000
Como uma parede (inclusive piso e teto) divide dois ambientes,
conside ra-se apenas a metade de sua espessura, posto que a outra metade será
conside rada como do recinto vizinho.
A inércia do recinto considerado pode ser então classificada, segundo o
valor da relação base superfície equivalente pesada / área do piso do local:
— inferior a 0,5 inércia muito fraca — entre 0,5 e 1,5 inércia fraca —
superior a 1,5 e sem cumprir a condição
definida para inércia forte inércia média — superior a 1,5 e se a
metade das paredes
pesar mais de 300 Kg/m2 inércia forte
O amortecimento e o atraso serão tanto maiores quanto maior for a
inércia da construção. Considera-se que a construção está assentada
diretamente sobre o solo ou erguida sobre laje de grande espessura.
Podem ser adotados os seguintes valores para o amortecimento:
— para construção de inércia muito fraca m = 0,4; — para
construção de inércia fraca m = 0,6; — para construção de
inércia média m = 0,8; — para construção de inércia forte m =
1,0.
50
A figura 11 apresenta um exemplo de curvas de variação de
temperaturas externas e interna de um recinto, sem considerar os ganhos de
calor solar, mas apenas as trocas relativas às diferenças de temperatura, que
representam ganhos durante as horas em que a temperatura externa é maior
que a temperatura interna (te > ti) e perdas de calor, durante as horas em que a
temperatura interna é maior que a temperatura externa (ti > te).
Figura 11 — Exemplo de curvas de variação de temperaturas
externa e interna de um recinto.
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C D " 6 " 6
# C D
# 2 6
Adequar a arquitetura ao clima de um determinado local significa cons
truir espaços que possibilitem ao homem condições de conforto, conforme
indicadas no capítulo 1. À arquitetura cabe, tanto amenizar as sensações de
desconforto impostas por climas muito rígidos, tais como os de excessivos
calor, frio ou ventos, como também propiciar ambientes que sejam, no
mínimo, tão confortáveis como os espaços ao ar livre em climas amenos.
Dentre as variáveis climáticas que caracterizam uma região, podem-se
distinguir as que mais interferem no desempenho térmico dos espaços
construí dos: a oscilação diária e anual da temperatura e umidade relativa, a
quantidade de radiação solar incidente, o grau de nebulosidade do céu, a
predominância de época e o sentido dos ventos e índices pluviométricos.
# ! E 2
Os valores dessas variáveis se alteram para os dintintos locais da Terra
em função da influência de alguns fatores como circulação atmosférica, distri
buição de terras e mares, relevo do solo, revestimento do solo, latitude e
altitude.
# # $
A radiação solar é uma energia eletromagnética, de onda curta, que
atinge a Terra após ser parcialmente absorvida pela atmosfera.
A maior influência da radiação solar é na distribuição da temperatura
do globo. As quantidades de radiação variam em função da época do ano e da
53
latitude. Este fenômeno pode ser melhor elucidado se examinarmos o
movimento aparente do Sol em relação à Terra.
# % ) / * F
Para um observador situado na Terra, o Sol, aparentemente, se
movimenta ao longo dos dias ao redor da Terra, variando a inclinação dos
raios em função da hora e da época do ano.
A Terra, para efeitos práticos, é considerada como sendo uma esfera. A
Figura 12 representa esta esfera de centro C, pelo qual passa um eixo
imaginário denominado eixo polar, ao redor do qual a Terra gina. 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.
Figura 12 — A esfera terrestre e as coordenadas do ponto A.
# & G
A posição de uma localidade A 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.
Assim,
54
a longitude do ponto A é indicada na Figura 12 pelo ângulo φ1. As longitudes
são medidas de 0° a 180°, a leste ou a oeste do Meridiano de Greenwich.
# ( G
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
e distante deste segundo um ângulo definido pela altura do círculo, ou seja,
pelo ângulo φ2. 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.
# + , D * F
Se o eixo imaginário que une os pólos fosse perpendicular ao plano da
eclíptica, que é o plano de translação da Terra ao redor do Sol, cada ponto
situado sobre a sua superfície veria o Sol, ao longo do ano, numa mesma
posição. Mas sendo esse eixo inclinado aproximadamente 23 1⁄2° em relação à
normal, con forme representado na figura 13, o Sol, aparentemente, percorrerá
uma região do céu correspondente, na Terra, àquela compreendida entre os
trópicos de Câncer e Capricórnio, com uma duração de seis meses em cada
sentido.
plano
da eclíptica
21.06 21.12
23 1⁄2° 23
1⁄2°
Figura 13 — Posição da Terra em relação ao Sol, nos solstícios.
55
Assim, no dia 21 de junho, às 12 horas, o Sol atingirá
perpendicularmente o Trópico de Câncer, ponto máximo de seu percurso do
Hemisfério Norte, e no dia 22 de dezembro atingirá, também às 12 horas, o
Trópico de Capricórnio, limite de sua trajetória no Hemisfério Sul. Esses dois
dias típicos são denomi nados solstícios, sendo de inverno, se o ponto
geográfico do observador situar-se em hemisfério oposto ao sol, e de verão, se
estiver no mesmo hemisfério.
Os dias 23 de setembro e 22 de março são denominados de equinócios,
e se caracterizam pela passagem do Sol pelo Equador terrestre, o que resulta
na duração do dia igual à da noite para qualquer ponto da Terra.
# .
A latitude de uma região, associada à época do ano, vai determinar o ângulo
de incidência dos raios de sol com relação ao plano do horizonte do lugar.
Tomemos como exemplo as localidades A e B indicadas no esquema
simplificado do movimento aparente do Sol, representado na Figura 14.
PN
TRÓPICO DE CANCER
A
EQUADOR
TRÓPICO DE
CA
PR
IC
ÓR
NI
O
B
PLANO HORIZ.
OBSERV. A
I
DIREÇÃO DOS
EIXOS SOLARES
II
PS
Figura 14 — Radiação
solar e latitude. 56
PLANO HORIZ. OBSERV. B