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Conforto Ambiental Material Teórico Responsável pelo Conteúdo: Prof.ª Me. Ana Cristina Gentile Ferreira Revisão Textual: Prof.ª Dr.ª Selma Aparecida Cesarin Arquitetura Bioclimática e Exemplos de Aplicação • Arquitetura Bioclimática; • Arquitetura Bioclimática. • Conhecer a Arquitetura bioclimática como desenho dos edifícios, considerando as condições climáticas e utilizando recursos disponíveis na natureza (Sol, vegetação, chuva, vento); • Analisar Projetos de Arquitetura e Design de Interiores com aplicação dos conceitos como soluções de Projeto. OBJETIVO DE APRENDIZADO Arquitetura Bioclimática e Exemplos de Aplicação Orientações de estudo Para que o conteúdo desta Disciplina seja bem aproveitado e haja maior aplicabilidade na sua formação acadêmica e atuação profissional, siga algumas recomendações básicas: Assim: Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte da sua rotina. Por exemplo, você poderá determinar um dia e horário fixos como seu “momento do estudo”; Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma alimentação saudável pode proporcionar melhor aproveitamento do estudo; No material de cada Unidade, há leituras indicadas e, entre elas, artigos científicos, livros, vídeos e sites para aprofundar os conhecimentos adquiridos ao longo da Unidade. Além disso, você tam- bém encontrará sugestões de conteúdo extra no item Material Complementar, que ampliarão sua interpretação e auxiliarão no pleno entendimento dos temas abordados; Após o contato com o conteúdo proposto, participe dos debates mediados em fóruns de discus- são, pois irão auxiliar a verificar o quanto você absorveu de conhecimento, além de propiciar o contato com seus colegas e tutores, o que se apresenta como rico espaço de troca de ideias e de aprendizagem. Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte Mantenha o foco! Evite se distrair com as redes sociais. Mantenha o foco! Evite se distrair com as redes sociais. Determine um horário fixo para estudar. Aproveite as indicações de Material Complementar. Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma Não se esqueça de se alimentar e de se manter hidratado. Aproveite as Conserve seu material e local de estudos sempre organizados. Procure manter contato com seus colegas e tutores para trocar ideias! Isso amplia a aprendizagem. Seja original! Nunca plagie trabalhos. UNIDADE Arquitetura Bioclimática e Exemplos de Aplicação Arquitetura Bioclimática Importante! Arquitetura bioclimática é o desenho dos edifícios considerando as condições climáticas, utilizando recursos disponíveis na natureza (Sol, vegetação, chuva, vento). É uma ferra- menta importante para diminuir os impactos ambientais e reduzir o consumo energético. Importante! O profissional de Projeto, os Arquitetos e os Designers devem ter como objetivo atender tanto as condições de conforto do usuário como a eficiência da edificação. Para isso, entender as condições do clima e relacioná-las aos materiais escolhidos nos Projetos de interiores é essencial para o profissional e para o usuário. O primeiro trabalho registrado de cartas bioclimáticas data da década de 1960, pelos irmãos Olgyay, na publicação “Design with climate: bioclimatic approach to architectural regionalism”. “As cartas bioclimáticas são representações gráficas da relação entre clima e conforto térmico. Tais métodos passaram a ser desenvolvidos visando a interligar de forma visual, variáveis como: condições climáticas, padrões fisiológicos de con- forto térmico e estratégicas de Projeto” (FERNANDES, p. 42). A figura a seguir representa a Carta Climática de Olgyay e está relacionada à temperatura do ar e à umidade relativa. Analisando os valores dessas variáveis para os principais períodos do ano climá- tico de cada localidade, o profissional poderá ter indicações fundamentais sobre a estratégia a ser adotada no Projeto. Figura 1 Fonte: LAMBERTS, 2014 8 9 Carta Bioclimática Aplicada no Brasil No Brasil, o trabalho mais utilizado para discutir a Carta Climática no Brasil foi desenvolvido por Givoni, em 1992, a partir de uma adaptação da Carta criada por Olgyay: [...] Givoni (1992) explica que o conforto térmico interno em edifícios não condicionados depende muito da variação do clima externo e da experi- ência de uso dos habitantes. Pessoas que moram em edifícios sem condi- cionamento e naturalmente ventilados, usualmente aceitam uma grande variação de temperatura e velocidade do ar como situação bioclimática adequada para os países em desenvolvimento (LAMBERTS, 2014, p. 84). Baseada nas temperaturas internas e considerando as demais variáveis, a Carta Cli- mática é dividida por Zonas de Conforto. Na Tabela a seguir, desenvolvida pelo estudo Comparação entre necessidade e disponibilidade de vento e radiação solar para fins de análise bioclimática de edificações em Florianópolis, os autores Carolina Cannella Peña, Enedir Ghisi e Cláudia Donald Pereira (PEÑA; GHISI; PEREIRA, 2014, p. 89) fizeram uma releitura das principais estratégias bioclimáticas para cada Zona de Conforto es- tudadas por Givoni. Tabela 1 – Estratégias indicadas na carta bioclimática de Givoni Nº Zonas Estratégias bioclimáticas 1 Zona de conforto Há grande probabilidade de sensação de conforto térmico no ambiente. 2 Zona de ventilação Recomenda-se o uso de ventilação para melhorar a sensação térmica (ventilação de cobertura, cruzada, captadores de vento, etc.). 3 Zona de resfriamento evaporativo Recomenda-se o uso de evaporação de água para reduzir a temperatura e aumentar a umidade relativa do ambiente (uso de vegetação e fontes de água.) 4 Zona de massa térmica para resfriamento Recomenda-se o uso da inércia térmica da edificação para diminuir a amplitude da temperatura interior em relação à exterior, evitando os picos. 5 Zona de ar condicionado Recomenda-se o uso de aparelhos de ar condicionado para climatização dos ambientes, pois os sistemas passivos de resfriamento podem não ser suficientes para melhorar as condições de conforto. 6 Zona de umidificação Recomenda-se a umidificação do ar para melhorar a sensação de conforto. 7 Zona de massa térmica para aquecimento Recomenda-se o uso de massa térmica junto ao aquecimento solar passico ou o aquecimento solar passivo com o isolamento térmico. 8 Zona de aquecimento solar passivo Recomenda-se a incorporação de elementos ao projeto que permitam a máxima captação do sol no período frio. 9 Zona de aquecimento artificial Recomenda-se o uso de aquecimento artificial para climatização dos ambientes, pois o aquecimento solar passivo pode não ser suficiente para melhorar as condições de conforto. Fonte: Lamberts et al. (1997) 9 UNIDADE Arquitetura Bioclimática e Exemplos de Aplicação Importante! Para entendermos quais as opções de Projetos e escolha de materiais adequados, faz-se necessário conhecer as principais características de cada Zona de Conforto. Importante! O diagrama a seguir descreve a divisão dos tipos de Zonas climáticas. Figura 2 – Carta climática adotada no Brasil Fonte: LAMBERTS; DUTRA; PEREIRA, 2014 A seguir, veremos as principais características dos seguintes tipos de Zonas: 1. Zona de conforto; 2. Zona de ventilação natural; 3. Zona de ar condicionado; 4. Zona de inércia térmica para resfriamento; 5. Zona de umidificação; 6. Zona de resfriamento evaporativo; 7. Zona de inércia térmica para aquecimento; 8. Zona de aquecimento solar; 9. Zona de aquecimento artificial. Tipos de Zonas Zona de Conforto A Área de Conforto, localizada próxima ao centro do diagrama, é caracterizada por maior probabilidade de sensação de conforto térmico em seu interior. Os dados de temperatura e umidade relativa são os que mais se aproximam da sensação de conforto do corpo humano: temperatura variando entre 18oC e 29oC e umidade relativa entre 20% e 80%; portanto, são as edificações com soluções mais apropriadasem relação à localização e ao clima. 10 11 Zona de Ventilação Natural Nessa Área, o princípio bioclimático irá acontecer por meio do resfriamento natural do ambiente, pela mudança do ar quente para o ar frio, ou seja, substituição entre o ar interno da edificação, aproveitando o ar fresco presente do exterior do edifício como resfriador da temperatura interna. Normalmente, os edifícios estão localizados em locais de clima quente e úmido, com temperaturas internas maiores que 29oC e umidade relativa do ar superior a 80%. A ventilação cruzada se apresenta como eficiente alternativa para melhorar a sensação de conforto, assim com a ventilação pela cobertura: No clima quente e úmido, a ventilação cruzada é a estratégia mais simples a ser a adotada, porém fazendo com que a temperatura interior acompa- nhe a variação da temperatura exterior (...) Em todos os casos, os espaços exteriores devem ser amplos, evitando barreiras edificadas para favorecer a boa distribuição do ar (LAMBERTS, 2014, p. 87). A seguir, observe exemplos de tipos de aberturas capazes de auxiliar a ventilação por meio da removação do ar quente interno pelo ar frio externo. Figura 3 – Exemplos de ventilação Fonte: LAMBERTS, 2014 A foto a seguir mostra um tipo de cobertura com aberturas reguláveis de vidro, permitindo o controle de iluminação e ventilação natural. Casa Onda – Rio de Janeiro: https://goo.gl/sNQUKj Ex pl or As fotos a seguir mostram exemplos de ventilação cruzada plana, que acontece por meio do uso de aberturas como portas de venezianas, que permitem a ventila- ção natural constante. 11 UNIDADE Arquitetura Bioclimática e Exemplos de Aplicação Casa Macana – Colômbia: https://goo.gl/zDzDVJ e https://goo.gl/F9TZdL Ex pl or Zona de Ar Condicionado De fácil entendimento, a Zona de ar condicionado é caracterizada por regiões em que o resfriamento e a ventilação naturais não se mostram eficazes; portanto, o resfriamento artificial deve ser aplicado. Em algumas regiões, o clima pode ser muito severo, ultrapassando os limites de temperatura e umidade relativa que tornam possível a aplica- ção de algum sistema passivo para resfriamento. Nestes casos, quando a temperatura de bulbo seco for maior que 44oC e a do bulbo úmido for superior a 24oC, recomenda-se o uso de aparelhos de ar condicionado para climatização (LAMBERTS, 2014, p. 90). Figura 4 Fonte: Acervo do Conteudista Atualmente, os novos edifícios já têm em seus Projetos “Áreas Técnicas”, espa- ços já definidos no momento do Projeto, para que os aparelhos de ar condicionado façam parte da composição do Projeto das fachadas dos prédios: Em apartamentos novos, os elementos para a instalação do ar-condicio- nado costumam vir prontos: tubulação, pontos de dreno e de energia elétrica, além da chamada varanda técnica, uma espécie de laje externa para abrigar a condensadora (MEDEIROS; RAITZIK; CANATO; VENE- RANDO, Casa Cláudia, 2013). 12 13 Exemplo de projeto com Área/Varanda Técnica: https://goo.gl/E3t992 Ex pl or Figura 5 – Fachada com área técnica Fonte: Acervo do Conteudista Zona de Inércia Térmica para Resfriamento A Zona de Inércia Térmica para Resfriamento é aquela em que o calor armaze- nado durante o dia é devolvido ao ambiente à noite, período em que as temperatu- ras externas diminuem, para gerar o conforto térmico dessas edificações por meio de elementos construtivos que deverão auxiliar a diminuição da temperatura, por exemplo, solo e sombra. As aplicações de soluções nos Projetos das edificações são várias, como o uso de água, a utilização de vegetação em paredes e tetos e a posição e os tipos de aberturas para melhoria de ventilação, entre outras: A inércia térmica total da edificação depende das características do enve- lope (do tipo de piso, parede e cobertura) que devem ser compostos por materiais geralmente densos, de elevada capacidade térmica. Além dela, a admitância térmica do material vai influenciar na sua capacidade de ab- sorver e armazenar calor. Um material de alta admitância térmica absorve e libera o calor rapidamente. (PROJETEEE – Disponível em: http://projeteee.mma.gov.br/estrategia) A seguir, as figuras mostram diferentes alternativas de Projeto que podem ser utilizadas nas edificações. 13 UNIDADE Arquitetura Bioclimática e Exemplos de Aplicação Figura 6 Fonte: Adaptado de LAMBERTS, 2014 Zona de Umidificação Está localizada onde a umidade relativa do ar é muito baixa e a temperatura é inferior a 27oC. O tempo seco causa desconfortos devido à secura do ar, que pode produzir efeito evaporativo indesejável. Umidade relativa a seguir de 20o deve re- correr a artifícios de umidificação para melhorar a sensação de conforto, por meio da utilização de recipientes com água. A umidificação dos ambientes através de soluções arquitetônicas, como a utiliza- ção de torres e a presença de água, são comuns em países de clima seco. As figuras a seguir mostram soluções historicamente utilizadas em países como Egito e Arábia Saudita. 14 15 Ventos dominantes Sesção da chaminé 1.0X0.6m Ânforas porosas com água Grade com carvão Tanque Espessura da paredes e tectos aprox. 0.40m Figura 7 O uso de piscinas e espelhos d’água nas edificações também são soluções biocli- máticas importantes para umidificar os ambientes. As fotos a seguir são exemplos de tais soluções e apresentam espelho d’água como solução em edifícios de Brasília, utilizados para auxiliar no tempo seco da cidade. Museu Nacional de Brasília: https://goo.gl/xdxccg Ex pl or Catedral de Brasília: https://goo.gl/xDoxAP Ex pl or Figura 8 – Arquitetura e Design de Interiores Fonte: Acervo do Conteudista 15 UNIDADE Arquitetura Bioclimática e Exemplos de Aplicação Zona de Resfriamento Evaporativo A principal característica da Zona de Resfriamento Evaporativo é a redução da temperatura e o aumento da umidade de um ambiente. É importante registrar que ao aumentar a umidade de um ambiente, é essencial a presença de boa ventilação, para afastar o acúmulo de vapor de água e, assim, evitar patologias e problemas, como a presença de fungos e de mofos que, normal- mente, estão presentes em locais úmidos e mal ventilados. As figuras mostram exemplos de resfriamento evaporativo, seja pela presença de água e de vapores, seja pela vegetação. O resfriamento pode acontecer de forma direta e indireta, e com diferentes so- luções aplicadas ao Projeto. Figura 9 – Exemplos de resfriamento evaporativo Fonte: LAMBERTS, 2014 Figura 10 – Exemplos de resfriamento indireto, através da cobertura Fonte: Acervo do Conteudista Figura 11 – Exemplos de resfriamento direto com microaspersão de água no ar Fonte: Acervo do Conteudista 16 17 Figura 12 – Exemplo do sistema de funcionamento de climatização evaporativa Figura 13 – Exemplo de resfriamento evaporativo a partir da presença de vegetação Fonte: BATISTA; LAMBERTS, 2007 Zona de Inércia Térmica para Aquecimento As Áreas de Zona de Inércia Térmica para Aquecimento têm temperaturas que variam entre 14oC e 20oC; portanto, faz-se necessário o aquecimento solar passivo com isolamento térmico. A massa térmica com ganho solar pode compensar as baixas temperaturas pelo armazenamento do calor solar, que fica retido nas paredes da edificação, e pode ser devolvido ao interior nos horários mais frios; geralmente, à noite. As figuras a seguir mostram alguns tipos de ganho de calor. No primeiro caso, temos o ganho de grandes aberturas, seja por meio de janelas, seja por paredes transparentes, com aplicação de tijolos de vidro e fechamentos com bandeira fixa, entre outros. Além de aberturas de coberturas, chamadas zenitais, domos e clarabóias tam- bém são soluções que devem ser aplicadas. A existência de paredes de acumulação, ou seja, paredes que absorvem o calor so- lar aquecendo o ambiente interno, e a presença de jardim de inverno como ambiente que também funciona como acumulador de calor são outros exemplos de solução. 17 UNIDADE Arquitetura Bioclimáticae Exemplos de Aplicação Em todos os casos, a transparência do material permitirá aquecer os ambientes com o chamado “efeito estufa”, ou seja, a forte incidência do Sol somada à trans- parência das aberturas resultará no aquecimento dos ambientes. Figura 14 Fonte: LAMBERTS, 1997 Zona de Aquecimento Solar Caracterizada por baixas temperaturas, entre 10,5oC e 14oC, são locais que necessitam de aquecimento solar passivo e isolamento térmico do edifício, como superfícies envidraçadas orientadas para o Sol e aberturas zenitais controladas. O aquecimento solar passivo pode ser feito utilizando diversas técnicas no Pro- jeto arquitetônico: O aquecimento solar passivo deve ser adotado para os casos com baixa tempe- ratura do ar. Recomenda-se que a edificação tenha superfícies envidraçadas orien- tadas para o sol e aberturas reduzidas nas fachadas que não recebem insolação para evitar perdas de calor. Esta estratégia pode ser conseguida através de orienta- ção adequada da edificação e de cores que maximizem os ganhos de calor, através de aberturas zenitais, de coletores de calor colocados no telhado e de isolamento para reduzir perdas térmicas (LAMBERTS, 1997, p. 110). 18 19 Exemplos de aquecimento solar passivo: https://goo.gl/qRS9Qw Ex pl or Zona de Aquecimento Artificial A Zona de Aquecimento Artificial ocorre em locais com temperaturas a seguir de 10,5oC, ou seja, de extremo frio e, portanto, o aquecimento solar não é suficiente. Nesses casos, o aquecimento artificial é necessário, pois as demais alternativas não se mostram suficientemente eficientes para aquecer os ambientes. Além do uso dos tradicionais aquecedores e ladeiras, atualmente, é possível uti- lizar aquecedores de pisos para melhorar o conforto interno dos ambientes. As figuras a seguir mostram alguns exemplos de como aquecer os ambientes: Exemplo de aquecedor de piso: https://goo.gl/zRGvX3 Ex pl or Figura 15 – Exemplo de aquecedor Fonte: iStock/Getty Images Figura 16 – Exemplo de lareira Fonte: iStock/Getty Images 19 UNIDADE Arquitetura Bioclimática e Exemplos de Aplicação Arquitetura Bioclimática Importante! Para finalizar a Unidade, devemos falar de Arquitetura bioclimática. Baseada em todos os conceitos teóricos citados durante o texto, a Arquitetura bioclimática irá aplicar so- luções de Arquitetura e Design de Interiores, visando a um maior conforto do usuário, respeitando as variáveis climáticas e de localização. Importante! Na Arquitetura Bioclimática [...] o principal aspecto é a relação com os fatores climáticos e com o que a natureza oferece de maneira gratuita e genuína, de acordo com a localização geográfica. A ideia é que respeitar e agregar esses elementos à construção garante mais conforto para as pessoas (ARCHTRENDS PORTOBELLO, 2017). As aplicações quanto à Arquitetura bioclimática pode ser observada nos materiais escolhidos, nos isolamentos provenientes da escolha desses materiais, nas abertu- ras que controlam a ventilação, nos tipos de ventilação, na incidência de radiação e nas formas de utilização e aproveitamento da radiação solar e do controle de aber- turas, entre outras estratégias. No exemplo a seguir, podemos observar diversas estratégias de Projeto, como posição de aberturas para aproveitar a ventilação e a iluminação naturais, umidifi- cação dos ambientes por meio do uso de água e vegetação, aberturas na cobertura para saída de ar quente e utilização de captadores solares para gerar energia limpa, entre outras. Exemplo dd croqui bioclimático: https://goo.gl/7VbNWv Ex pl or Uma sequência de algumas soluções utilizadas num Projeto de reforma no Bair- ro de Jabaquara, em São Paulo, com aplicações bioclimáticas, pode ser observada nas fotos a seguir. 20 21 Figura 17 Fonte: Acervo do Conteudista Para saber alguns materiais que podem auxiliar em soluções ecoefi cientes, baixe o Guia de Soluções Ecoefi cientes. Disponível em: https://goo.gl/2Zpj7M.Ex pl or 21 UNIDADE Arquitetura Bioclimática e Exemplos de Aplicação Material Complementar Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade: Sites Laboratório de Eficiência Energética em Edificações – LabEEE Campus Universitário Reitor João David Ferreira Lima Trindade. Florianópolis, Santa Catarina, Brasil. Publicações. https://goo.gl/Ri6GNw Guia de Soluções Ecoeficientes https://goo.gl/2Zpj7M Projeteee Projetando Edificações Energeticamente Eficientes. Ministério do Meio Ambiente. https://goo.gl/KxzTfW Vídeos Título do vídeo TV Cultura. Reportagem Arquitetura Bioclimática. Vídeo. https://youtu.be/0wgRfTEnNkY ARQ. 3. CASA REPORT. Casa Bioclimática, Pedro Santiago. Vídeo https://youtu.be/pfaC1VGx0Do 22 23 Referências AMBIENTE CONSTRUÍDO, Porto Alegre, v. 8, n. 4, p. 87-101, out./dez. 2008. Associação Nacional de Tecnologia do Ambiente Construído. BITTENCOURT, Leonardo; CÂNDIDO, Christina. Ventilação Natural em Edifi- cações. Rio de Janeiro: PROCEL EDIFICA, 2010. FERNANDES, Julia T. Código de Obras e Edificações do DF: inserção de con- ceitos bioclimáticos, conforto térmico e eficiência. 2009. 249p. (Dissertação de Mestrado em Arquitetura e Urbanismo) – Universidade de Brasília, Brasília, 2009. FROTA, A. B. Manual de conforto térmico. São Paulo: Studio Nobel, 2009. LAMBERTS Roberto. Apostila de Desempenho Térmico das Edificações. Aula 3 – Arquitetura e Clima. ECV 5161. Florianópolis: UFSC, 2013. 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