ApostilaECV5161_v2007_2

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA

CTC - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

LABORATRIO DE EFICINCIA ENERGTICA EM EDIFICAES

DISCIPLINA: ECV 5161

DESEMPENHO TRMICO DE EDIFICAES

Roberto Lamberts, PhD

Enedir Ghisi, M.Eng. 1a edio, 1994

Ana Lgia Papst de Abreu, M. Eng. 2a edio, 1999

Joyce C. Carlo, M. Eng. 3a edio, 2005

Juliana Oliveira Batista, M. Eng 4a edio, 2006

Deivis Luis Marinoski, M. Eng 5a edio, 2007

Florianpolis, novembro de 2007

Desempenho trmico de edificaes

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SUMRIO 1 Conforto trmico .............................................................................................................5 1.1 Mecanismos de termo-regulao ............................................................................................................ 5 1.2 A pele ..................................................................................................................................................... 5 1.3 Trocas trmicas entre corpo e ambiente ................................................................................................. 6 1.4 As variveis de conforto trmico............................................................................................................ 6 1.4.1 Metabolismo........................................................................................................................................... 6 1.4.2 A vestimenta........................................................................................................................................... 7 1.4.3 Temperatura radiante mdia ................................................................................................................... 9 1.4.4 Temperatura do ar................................................................................................................................. 11 1.4.5 Velocidade do ar................................................................................................................................... 11 1.4.6 Umidade relativa do ar ......................................................................................................................... 12 1.5 ndices de conforto ............................................................................................................................... 13 1.5.1 O voto mdio predito............................................................................................................................ 13 1.5.2 O programa Analysis CST.................................................................................................................... 15 1.6 exerccios.............................................................................................................................................. 17 1.6.1 Exerccio 1............................................................................................................................................ 17 1.6.2 Exerccio 2............................................................................................................................................ 19 2 Bioclimatologia ..............................................................................................................21 2.1 Variveis do clima................................................................................................................................ 21 2.1.1 Radiao solar ...................................................................................................................................... 21 2.1.2 Temperatura.......................................................................................................................................... 22 2.1.3 Umidade ............................................................................................................................................... 24 2.1.4 Vento .................................................................................................................................................... 24 2.2 Estratgias bioclimticas ...................................................................................................................... 26 2.2.1 Zona de conforto................................................................................................................................... 26 2.2.2 Ventilao............................................................................................................................................. 26 2.2.3 Resfriamento evaporativo..................................................................................................................... 27 2.2.4 Inrcia trmica para resfriamento ......................................................................................................... 28 2.2.5 Resfriamento artificial .......................................................................................................................... 28 2.2.6 Umidificao ........................................................................................................................................ 29 2.2.7 Inrcia trmica e aquecimento solar ..................................................................................................... 29 2.2.8 Aquecimento solar passivo................................................................................................................... 30 2.2.9 Aquecimento artificial .......................................................................................................................... 31 2.3 O programa Analysis BIO .................................................................................................................... 31 2.4 Zoneamento bioclimtico ..................................................................................................................... 36 2.5 Exerccio............................................................................................................................................... 37 3 Geometria Solar ............................................................................................................40 3.1 Radiao solar ...................................................................................................................................... 40 3.2 Movimentos da Terra ........................................................................................................................... 41 3.2.1 Rotao................................................................................................................................................. 41 3.2.2 Translao ao redor do Sol ................................................................................................................... 41 3.3 Azimute e altura solar........................................................................................................................... 42 3.4 Diagramas solares................................................................................................................................. 42 3.5 Aplicaes prticas dos diagramas solares ........................................................................................... 45 3.6 Transferidor de ngulos ........................................................................................................................ 48 3.7 A Mscara de Sombra........................................................................................................................... 50 3.8 Tipos de protees solares.................................................................................................................... 56 3.8.1 Traado de mscaras............................................................................................................................. 56 3.8.2 Brise horizontal infinito........................................................................................................................ 56 3.8.3 Brise vertical infinito ............................................................................................................................ 57 3.8.4 Brise horizontal finito........................................................................................................................... 58 3.8.5 Brise vertical finito ............................................................................................................................... 58 3.8.6 Brises mistos......................................................................................................................................... 59 3.9 O programa Sol-ar ................................................................................................................................ 59 3.10 Exemplos resolvidos............................................................................................................................. 61 3.11 Catlogo de brises................................................................................................................................. 66 4 Desempenho trmico de paredes e coberturas ...........................................................82


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4.1 Desempenho trmico de paredes .......................................................................................................... 82 4.2 Formas de transmisso de calor............................................................................................................ 83 4.2.1 Conduo.............................................................................................................................................. 83 4.2.2 Conveco ............................................................................................................................................ 83 4.2.3 Radiao ............................................................................................................................................... 84 4.2.4 Condensao......................................................................................................................................... 84 4.3 Comportamento dos materiais opacos diante da radiao solar ........................................................... 84 4.4 Desempenho trmico de coberturas...................................................................................................... 86 4.5 Exemplos .............................................................................................................................................. 88 5 Desempenho trmico de janelas...................................................................................90 5.1 Vidro comum........................................................................................................................................ 91 5.2 Vidros especiais.................................................................................................................................... 92 5.3 Fluxo de calor atravs da janela............................................................................................................ 92 5.4 Exemplos .............................................................................................................................................. 93 6 Ventilao ......................................................................................................................95 6.1 Ventilao de inverno e de vero.......................................................................................................... 95 6.2 Mecanismos de ventilao.................................................................................................................... 95 6.2.1 Ventilao natural por diferena de temperatura .................................................................................. 95 6.2.2 Ventilao natural por diferena de presso causada pelo vento.......................................................... 96 6.2.3 Clculo de ventilao por efeito do vento ............................................................................................ 96 6.2.4 Exemplo.............................................................................................................................................. 100 7 Exemplo do uso das Diretrizes Construtivas para Habitaes Unifamiliares de

Interesse Social no Zoneamento Bioclimtico Brasileiro ........................................102 7.1 Exemplo.............................................................................................................................................. 104 7.2 Concluindo ..................................................................................................................................... 107 8 Sustentabilidade ..........................................................................................................108 8.1 Certificao ........................................................................................................................................ 110 8.2 Uso final de eletricidade no Brasil...................................................................................................... 111 8.3 Eficincia Energtica.......................................................................................................................... 114 8.3.1 Simulaes.......................................................................................................................................... 117 8.3.2 O programa DOE 2.1E ....................................................................................................................... 117 8.3.3 O programa EnergyPlus...................................................................................................................... 119 8.3.4 O programa E2-ArCondicionado........................................................................................................ 120 9 Referncias bibliogrficas ..........................................................................................122 10 Anexos ..........................................................................................................................125


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Apresentao Esta apostila, preparada para a Disciplina ECV 5161 - Desempenho Trmico de Edificaes - do Curso de Engenharia Civil da Universidade Federal de Santa Catarina est estruturada de forma a tratar do tema Desempenho Trmico de Edificaes atravs de 7 diferentes mdulos.

O primeiro deles est relacionado s variveis de conforto trmico humano em edificaes e aos ndices de avaliao de conforto. A seguir, ressalta-se a importncia da adoo de padres arquitetnicos relacionados ao clima no qual se insere a edificao atravs da bioclimatologia. No terceiro e quarto mdulos avalia-se o desempenho trmico de paredes, coberturas e janelas como forma de alertar para a escolha adequada de componentes construtivos. O projeto e a avaliao de protees solares so apresentadas no quinto mdulo. No sexto mdulo discute-se a necessidade de ventilao do ambiente construdo e apresenta-se um algoritmo para clculo das condies de ventilao em ambientes. No stimo e ltimo mdulo apresenta-se um panorama mundial referente ao consumo de eletricidade em edificaes. Ementa Conforto trmico: variveis e ndices de conforto. Arquitetura bioclimtica. Desempenho trmico de paredes, coberturas e janelas. Protees solares: diagramas solares e projeto de brises. Ventilao: ventilao de inverno e vero, mecanismos de ventilao, clculo de ventilao natural por efeito do vento. Consumo e uso final de eletricidade em edificaes: simulaes computacionais. Fotos da capa: Casa Eficiente Eletrosul, Florianpolis (Direita) Exemplo de aplicao de brise de PVC. Fonte: http://www.brise.com.br/ (Esquerda) Acros Building, Fukuoka, Japo(Abaixo)


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1 CONFORTO TRMICO Define-se Conforto Trmico como o estado mental que expressa a satisfao do homem com o ambiente trmico que o circunda. A no satisfao pode ser causada pela sensao de desconforto pelo calor ou pelo frio, quando o balano trmico no estvel, ou seja, quando h diferenas entre o calor produzido pelo corpo e o calor perdido para o ambiente (Figura 1). A norma internacional para averiguar o conforto trmico em ambientes a ISO 7730 (1994).

Figura 1. Equilbrio no balano trmico gera a sensao de conforto. Fonte: www.innova.dk

1.1 MECANISMOS DE TERMO-REGULAO

Reao ao calor Com o vero existem dificuldades para eliminar o calor devido a alta temperatura do meio. Desta forma, origina-se a vasodilatao. Esta aumenta o volume de sangue, acelerando o ritmo cardaco e provocando a transpirao.

Reao ao frio Com o frio existem as dificuldades para manter o calor devido a baixa temperatura do meio. Desta forma origina-se a vasoconstrio. Esta provoca a diminuio do volume de sangue e do ritmo cardaco. O arrepio e o tiritar provocam atividade, gerando calor. 1.2 A PELE Em funo do que j foi visto, pode-se afirmar que atravs da pele que se realizam as trocas de calor, ou seja, a pele o principal rgo termo-regulador do organismo humano. A temperatura da pele regulada pelo fluxo sangneo que a percorre, ou seja, quanto mais intenso o fluxo, mais elevada sua temperatura. Ao sentir desconforto trmico, o primeiro mecanismo fisiolgico a ser ativado a regulagem vasomotora do fluxo sangneo da camada perifrica do corpo, a camada subcutnea, atravs da vasodilatao ou vasoconstrio, reduzindo ou aumentando a resistncia trmica dessa camada subcutnea.

Calor produzido

Calor perdido


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Outro mecanismo de termo-regulao da pele a transpirao, que tem incio quando as perdas por conveco e radiao so inferiores s perdas necessrias termo-regulao. 1.3 TROCAS TRMICAS ENTRE CORPO E AMBIENTE A quantidade de calor liberado pelo organismo funo da atividade desenvolvida. Este calor ser dissipado atravs de mecanismos de trocas trmicas entre o corpo e o ambiente envolvendo: - trocas secas: - conduo; - conveco;

- radiao; - trocas midas: - evaporao. O calor perdido para o ambiente atravs das trocas secas denominado calor sensvel e funo das diferenas de temperatura entre o corpo e o ambiente. O calor perdido atravs das trocas midas denominado calor latente e envolve mudanas de fase o suor (lquido) passa para o estado gasoso atravs da evaporao. 1.4 AS VARIVEIS DE CONFORTO TRMICO As variveis de conforto trmico esto divididas em variveis ambientais e variveis humanas. As variveis humanas so: - metabolismo gerado pela atividade fsica - resistncia trmica oferecida pela vestimenta E as ambientais so: - temperatura do ar; - temperatura radiante mdia; - velocidade do ar; - umidade relativa do ar. Alm disso, variveis como sexo, idade, raa, hbitos alimentares, peso, altura etc podem exercer influncia nas condies de conforto de cada pessoa e devem ser consideradas. 1.4.1 Metabolismo o processo de produo de energia interna a partir de elementos combustveis orgnicos. Ou seja, atravs do metabolismo, o organismo adquire energia. Porm, de toda energia produzida pelo organismo humano, apenas 20% transformada em potencialidade de trabalho. Os 80% restantes so transformados em calor que deve ser dissipado para que a temperatura interna do organismo seja mantida em equilbrio. Isto acontece porque a temperatura interna do organismo humano deve ser mantida praticamente constante em 37oC (variando entre 36,1 e 37,2oC). Os limites para sobrevivncia esto entre 32 e 42 oC. Como a temperatura interna do organismo deve ser mantida constante, quando o meio apresenta condies trmicas inadequadas, o sistema termo-regulador do homem ativado, reduzindo ou aumentando as perdas de calor pelo organismo atravs de alguns mecanismos de controle, como reao ao frio e ao calor. Quando o organismo, sem recorrer a nenhum mecanismo de termo-regulao, perde para o ambiente o calor produzido pelo metabolismo compatvel com a atividade realizada,


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experimenta-se a sensao de conforto trmico. A tabela 1 apresenta dados relativos ao calor dissipado pelo corpo em funo da atividade do indivduo. O metabolismo pode ser expresso em W/m2 de pele ou em Met, unidade do metabolismo cujo valor unitrio corresponde a uma pessoa relaxada. Assim, 1 Met=58,15W/m2 de rea de superfcie corporal. A figura 2 apresenta algumas atividades expressas em Met.

Tabela 1. Taxa metablica para diferentes atividades segundo ISO 7730 (1994). Atividade Metabolismo

(W/m2) Reclinado 46 Sentado, relaxado 58 Atividade sedentria (escritrio, escola etc.) 70 Fazer compras, atividades laboratoriais 93 Trabalhos domsticos 116 Caminhando em local plano a 2 km/h 110 Caminhando em local plano a 3 km/h 140 Caminhando em local plano a 4 km/h 165 Caminhando em local plano a 5 km/h 200

Figura 2. Atividades metablicas e suas taxas expressas em Met. Fonte: www.innova.dk

1.4.2 A vestimenta A vestimenta equivale a uma resistncia trmica interposta entre o corpo e o meio, ou seja, ela representa uma barreira para as trocas de calor por conveco. A vestimenta funciona como isolante trmico, pois mantm junto ao corpo uma

0.8 Met

1 Met

8 Met

4 Met

0.8 Met

1 Met

8 Met

4 Met


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camada de ar mais aquecido ou menos aquecido, conforme seja mais ou menos isolante, conforme seu ajuste ao corpo e a poro do corpo que cobre. Em climas secos (desertos), onde se atinge elevadas temperaturas, poder-se-ia pensar que a ausncia de roupas poderia garantir condies mais confortveis para os habitantes destas regies. No entanto, em climas secos, vestimentas adequadas podem manter a umidade advinda do organismo pela transpirao e evitar a desidratao. A vestimenta reduz o ganho de calor relativo radiao solar direta, as perdas em condies de baixo teor de umidade e o efeito refrigerador do suor. A vestimenta reduz tambm a sensibilidade do corpo s variaes de temperatura e de velocidade do ar. Sua resistncia trmica depende do tipo de tecido, da fibra, do ajuste ao corpo, e deve ser medida atravs das trocas secas relativas a quem usa. Sua unidade o clo, originada de clothes. Assim: 1 clo = 0,155 m2.oC/W = 1 terno completo. A tabela 2 apresenta o ndice de resistncia trmica (Icl) para as principais peas de roupa, sendo que o ndice de resistncia trmica (I) para a vestimenta de uma pessoa ser, segundo a ISO 7730 (1994), o somatrio de Icl (figura 3), ou seja, I = Icl

Tabela 2. ndice de resistncia trmica para vestimentas segundo ISO 7730 (1994).

Vestimenta ndice de resistncia trmica Icl (clo) Meia cala 0,10 Meia fina 0,03 Meia grossa 0,05 Calcinha e suti 0,03 Cueca 0,03 Cueco longo 0,10 Camiseta de baixo 0,09 Camisa de baixo mangas compridas 0,12 Camisa manga curta 0,15 Camisa fina mangas comprida 0,20 Camisa manga comprida 0,25 Camisa flanela manga comprida 0,30 Blusa com mangas compridas 0,15 Saia grossa 0,25 Vestido leve 0,15 Vestido grosso manga comprida 0,40 Jaqueta 0,35 Cala fina 0,20 Cala mdia 0,25 Cala flanela 0,28 Sapatos 0,04


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Figura 3. Somatrio de peas de roupa que produzem ndice de resistncia trmica final

para a vestimenta. Fonte: www.hku.hk/bse/bbse3004/bbse3004_0405-03.htm 1.4.3 Temperatura radiante mdia A temperatura radiante mdia representa a temperatura uniforme de um ambiente imaginrio no qual a troca de calor por radiao igual ao ambiente real no uniforme (figura 4).

O seu clculo pode ser feito atravs da determinao da temperatura de termmetro de globo (figura 5) e da temperatura do ar. As equaes 1 e 2 apresentam a sua forma de determinao, respectivamente, para conveco natural e forada.

Conveco natural

273)(104,0)273(4 484 ++= agaggr ttxttxxtt

(1)

Conveco forada

273)(105,2)273(4 6,084 ++= aggr ttxxVxtt (2)

Onde tg a temperatura de termmetro de globo (oC); ta a temperatura do ar (oC); V a velocidade do ar (m/s).


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Figura 4. Trocas entre um ambiente real e o corpo e entre um ambiente imaginrio e o

mesmo corpo, atravs da temperatura radiante mdia. Fonte: www.innova.dk Para definir a equao a ser utilizada deve-se determinar o coeficiente de troca de calor por conveco do globo apresentado nas equaes 3 e 4 e adotar-se a temperatura radiante mdia para a forma de conveco que apresentar o maior coeficiente de troca de calor. Conveco natural

h TDcg

= 1 4 4, .

(3)

Conveco forada

h VDcg

= 6 30 6

0 4,,

,

(4)

Onde hcg o coeficiente de troca de calor por conveco do globo; T a diferena de temperatura (tg - ta); D o dimetro do globo (normalmente 15 cm); V a velocidade do ar (m/s).

Figura 5. Termometro de globo, utilizado para medio da temperatura de globo. Fonte:

www.labcon.ufsc.br

Ambiente real Ambiente Imaginrio

RR

Ambiente real Ambiente Imaginrio

RR

t1t1

t2

t2

trtr

t3

t4

Calortrocado porradiao:R=R


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1.4.4 Temperatura do ar

A temperatura do ar a principal varivel do conforto trmico. A sensao de conforto baseia-se na perda de calor do corpo pelo diferencial de temperatura entre a pele e o ar, complementada pelos outros mecanismos termo-reguladores. O calor produzido pelo corpo atravs do metabolismo e suas perdas so menores quando a temperatura do ar est alta ou maiores quando a temperatura est mais baixa.

A diferena de temperatura entre dois pontos no ambiente provoca a movimentao do ar, chamada de conveco natural: a parte mais quente torna-se mais leve e sobe enquanto a mais fria, desce, proporcionando uma sensao de resfriamento do ambiente. A temperatura do ar, chamada de temperatura de bulbo seco, TBS, costuma ser medida com a temperatura de bulbo mido atravs do psicrmetro giratrio. A temperatura de bulbo mido medida com um termmetro semelhante ao usado para medir a TBS, porm com um tecido no bulbo do termmetro de forma que a umidade seja considerada. Este par forma o psicrmetro giratrio (figura 6), ou par psicromtrico. O giro manual do psicrmetro, que pode ser substitudo por um pequeno ventilador, visa retirar a umidade excessiva do tecido que envolve o bulbo de forma que TBU possa ser medida sob os efeitos naturais da perda de calor para evaporao da gua do tecido. Assim, a TBU sempre menor que TBS. Para o conforto, interessante conhecer tambm a temperatura operativa. A temperatura operativa resume as perdas da temperatura do corpo, que est submetido a um ambiente real com efeitos desiguais por todos os lados. A temperatura operativa uma temperatura terica que provoca uma perda de calor equivalente a todos os fenmenos que provocam esta perda caso o corpo estivesse em um ambiente imaginrio submetido apenas a uma temperatura homognea.

Figura 6. Psicrmetro giratrio, utilizado para medio da temperatura de bulbo seco e

temperatura de bulbo mido. Fonte: www.labcon.ufsc.br 1.4.5 Velocidade do ar

A velocidade do ar, que costuma ser abaixo que 1m/s, ocorre em ambientes internos sem necessariamente a ao direta do vento. O ar se desloca pela diferena de temperatura no ambiente, onde o ar quente sobe e o ar frio desce (conveco natural). Quando o ar se desloca por meios mecnicos, como um ventilador, o coeficiente de conveco aumenta, aumentando a sensao de perda de calor (conveco forada). O deslocamento do ar tambm aumenta os efeitos da evaporao no corpo humano, retirando a gua em contato com a pele com mais eficincia e assim, reduzindo a sensao de calor.


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H vrios tipos de anemmetros para medio da velocidade do ar, como o anemmetro giratrio, formado por hlices que se deslocam com o movimento do ar (figura 7, mais apropriado para medir a velocidade do vento) ou o termo-anemmetro (figura 8), mais sensvel e recomendado para medies de velocidade do ar no ambiente interno.

Figura 7. Anemmetro de hlice para medio da velocidade do vento. Fonte:

www.labcon.ufsc.br

Figura 8. Termoanemmetro para medio da velocidade do ar. Fonte:

www.labcon.ufsc.br

1.4.6 Umidade relativa do ar

A umidade caracterizada pela quantidade de vapor dgua contido no ar. Este vapor

se forma pela evaporao da gua, processo que supe a mudana do estado lquido ao gasoso, sem modificao da sua temperatura.

O ar, a uma determinada temperatura, somente pode conter uma certa quantidade de vapor de gua. Quando chegamos a esse valor mximo dizemos que o ar est saturado. Ultrapassado este limite, ocorre a condensao, no qual o vapor excedente passa ao estado lquido, provocando o aumento da temperatura da superfcie onde ocorre a condensao.

Estes processos do lugar a uma forma particular de transferncia de calor: um corpo perde calor por evaporao, que ser ganho por aquele no qual se produz a condensao. A umidade do ar, conjuntamente com a velocidade do ar, intervm na perda de calor por evaporao. Como aproximadamente 25% da energia trmica gerada pelo organismo eliminada sob a forma de calor latente (10% por respirao e 15% por transpirao) importante que as condies ambientais favoream estas perdas. medida que a temperatura do meio se eleva, dificultando as perdas por conveco e radiao, o organismo aumenta sua eliminao por evaporao. Quanto maior a UR, umidade relativa, menor a eficincia da evaporao na remoo do calor. Isto mostra a importncia de uma ventilao adequada. Porm, quando a temperatura do ar superior a da pele, a pessoa estaria ganhando calor por conveco. Mas, ao mesmo tempo se produz um fenmeno de efeito contrrio, j que a circulao do ar acelera as perdas por evaporao. No momento em que o balano


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comea a ser desfavorvel, ou seja, quando apenas ganharamos calor, a umidade do ar torna-se importante. Se o ar est saturado, a evaporao no possvel, o que faz a pessoa comear a ganhar mais calor assim que a temperatura do ar seja superior a da pele. No caso em que o ar est seco, as perdas continuam ainda com as temperaturas mais elevadas.

Assim, a umidade absoluta representa o peso de vapor dgua contido em uma unidade de massa de ar (g/kg) e a umidade relativa, a relao entre a umidade absoluta do ar e a umidade absoluta do ar saturado para a mesma temperatura. A figura 9 apresenta uma carta psicromtrica, onde pode-se obter a umidade relativa do ar em funo das temperaturas de bulbo mido (TBU) e seco (TBS). 1.5 NDICES DE CONFORTO Com o intuito de avaliar o efeito conjunto das variveis de conforto trmico, alguns pesquisadores sugerem diferentes ndices de conforto trmico. De forma geral, estes ndices so desenvolvidos fixando um tipo de atividade e a vestimenta do indivduo para, a partir da, relacionar as variveis do ambiente e reunir, sob a forma de cartas ou nomogramas, as diversas condies ambientais que proporcionam respostas iguais por parte dos indivduos. Existem vrios ndices de conforto trmico, porm, para fins de aplicao s condies ambientais correntes nos edifcios e para as condies climticas brasileiras, ser apresentado apenas o voto mdio predito. 1.5.1 O voto mdio predito Este mtodo foi desenvolvido por Fanger (FANGER, 1972) e considerado o mais completo dos ndices de conforto pois analisa a sensao de conforto em funo das 6 variveis. Faz uma relao das 6 unidades com o voto mdio predito (PMV Predicted Mean Vote) deste com a porcentagem de pessoas insatisfeitas (PPD Predicted Percentage of Dissatisfied). o mtodo usado na ISO 7730. Este prev o voto de um grande grupo de pessoas atravs da escala mostrada na tabela 3.

Tabela 3. Escala trmica de Fanger. Escala Sensao

+3 muito quente +2 quente +1 levemente quente 0 neutro -1 levemente frio -2 frio -3 muito frio

Porm, este ndice deve ser usado apenas para valores entre 2 e +2, pois acima destes limites teramos aproximadamente mais de 80% das pessoas insatisfeitas (ISO 7730, 1984), como se pode perceber na figura 10.


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Figura 9. Carta psicromtrica.


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Figura 10. PMV e PPD.

Devido as diferenas individuais difcil especificar um ambiente trmico que satisfaa a todos, sempre haver uma percentagem de insatisfeitos. Segundo a ISO 7730, um ambiente considerado termicamente aceitvel quando PPD < 10%, ou seja, -0,5 < PMV < +0,5. 1.5.2 O programa Analysis CST Este programa, desenvolvido no LabEEE, visa tornar mais acessvel o mtodo desenvolvido por Fanger. Atravs das condies ambientais e das variveis humanas como atividade e vestimenta, o Analysis CST indica o PMV e o PPD para o ambiente em questo no mdulo de avaliao do conforto trmico, e o estado de stress trmico por frio ou calor no mdulo de stress. O mdulo de conforto indica em relatrios a carga trmica sobre o corpo e as diversas formas de trocas de calor sensvel e latente (conveco, radiao, respirao) e um grfico com o PMV e PPD. As figuras 11, 12 e 13 apresentam um exemplo de desconforto por calor. A figura 11 apresenta a tela de entrada das variveis ambientais, a figura 12 a tela do resultado grfico de PMV e PPD e a figura 13 um exemplo dos resultados ilustrados para avaliao do desempenho trmico de ambientes no programa Analysis CST. J o mdulo de stress trmico, dividido em stress por calor e stress por frio, indica as condies de trabalho a que uma pessoa est submetida que possam gerar stress trmico em ambientes industriais. Apesar de apresentar uma interface igual ao mdulo de conforto trmico, apresenta relatrios com os ndices para stress trmico e pode recomendar a superviso mdica no acompanhamento de atividades.


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Figura 11. Tela de entrada das variveis climticas para avaliao no mdulo de conforto trmico do Analysis CST.

Figura 12. Tela do resultado grfico de PMV e PPD no mdulo de conforto trmico do

Analysis CST.


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Figura 13. Tela da ilustrao das trocas trmicas no mdulo de conforto trmico do

Analysis CST, para as variveis Met= 70W/m2, Vestimenta= 1.85clo, Tar= 27oC , Tglobo= 32oC , TBU= 25oC, Var= 0,7m/s.

1.6 EXERCCIOS

1.6.1 Exerccio 1 Um estudante de medicina da UFSC encaminha-se ao auditrio para defender seu TCC. fevereiro, e a semana permaneceu chuvosa, com uma chuva fina e constante. No caminho para o auditrio, entretanto, ele surpreendido com uma torrente de gua que molha sua roupa. Telefona ento para a namorada, estudante de engenharia, pedindo para levar roupas secas. Ela pergunta quantos clo de roupa ele deseja. Com pressa, ele responde 1,4 clo, ficando depois sem escolha ao ver o que a namorada lhe trouxe. Os amigos, ao ver seus trajes, avaliam que o auditrio estar climatizado e tambm vestem o equivalente a 1,4 clo. Chegando ao auditrio, o ar-condicionado est quebrado e no altera, portanto, a temperatura do ar de 27oC. Considerando a temperatura de globo de 25,5oC e a velocidade do ar de 0,5m/s, indique, usando o Analysis CST:

a) O PMV do apresentador do TCC; b) O percentual de pessoas insatisfeitas na platia; c) A temperatura que o ar-condicionado deveria manter para proporcionar conforto

platia, ao reduzir a umidade relativa a 75% (temperatura de globo de 22oC).


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Resposta: a) Inserindo os dados no Analysis CST: 1,4clo = cueco, macaco, jaqueta trmica e calas, meias, sapatos O apresentador est exercendo uma atividade leve, equivalente a 93W/m2. Dia de chuva, UR ambiente interno = 90% Presso do nvel do mar PMV do apresentador 1,61, com uma sensao trmica de levemente quente a quente. b) O provvel PPD da platia. 1,4 clo = cueco, macaco, jaqueta trmica e calas, meias, sapatos A platia est exercendo uma atividade sedentria, equivalente a 70W/m2. Dia de chuva, UR no ambiente interno = 90% Presso do nvel do mar PPD= 45,71% (figura 13), para um PMV de 1,40.

Figura 14. Tela do resultado grfico do Analysis CST mostranto o PPD de 45,71% em relao ao PMV de aproximadamente 1,40.

c) Tar=16oC (ver figura 14)


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Figura 15. Tela do resultado grfico do Analysis CST mostrando a situao de conforto para a temperatura do ar de 16oC.

1.6.2 Exerccio 2 Dadas as condies:

Vestimenta: 0,84clo; Atividade metablica: 70W/m2 (1,2Met); Temperatura do ar: 20oC; Temperatura radiante mdia: 25 oC; Velocidade do ar: 0,7m/s; Presso atmosfrica: nvel do mar;

a) Determinar, usando o Analysis CST, o PMV para as seguintes temperaturas de

bulbo mido: 19oC, 16oC, 13oC, 10oC. b) Cite uma medida para compensar qualquer situao de desconforto, se houver. Resposta: a) O PMV para as TBU citadas iniciam com uma sensao de ligeiro desconforto por

frio, de -0,81 para a TBU mais alta de 19 oC, passando por um PMV de -0,94 para TBU=16oC, -1,06 para TBU=13oC at uma situao de desconforto por frio de 1,16. A figura 16 mostra a variao do PMV para as condies estabelecidas no exerccio.


20

Figura 16. Reduo do PMV em funo da queda da TBU. b) Para compensar a sensao de desconforto por frio, considerando a pior situao,

pode-se aumentar a vestimenta da pessoa at que o PMV seja maior que 0,5 (e no exceda 0,5). Assim, se a pessoa vestir uma jaqueta, a vestimenta de 0,84clo passar para 1,19clo. Esta medida proporciona um PMV de 0,42 para a TBU mais baixa, de 10oC.

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

00 5 10 15 20

TBU (oC)

PMV

Conforto trmico

Desconforto por frio


21

2 BIOCLIMATOLOGIA A bioclimatologia estuda as relaes entre o clima e o ser humano. Como forma de tirar partido das condies climticas para criar uma arquitetura com desempenho trmico adequado, OLGYAY (1973) criou a expresso Projeto Bioclimtico, que visa a adequao da arquitetura ao clima local.

A classificao das escalas do clima variam de autor para autor. Em geral, podem ser considerados o macroclima, o mesoclima e o microclima.

No macroclima so observadas as caractersticas climticas de uma regio, normalmente medidas em estaes meteorolgicas. As normais climatolgicas so um exemplo de dados medidos em estaes climticas disponveis para caracterizao do clima das cidades. As normais so sries de dados padronizados pela Organizao Meteorolgica Mundial calculadas para perodos de 30 a 30 anos, obtidas a partir de mdias mensais e anuais de totais dirios. A srie de 1931 a 1960 a mais recente, e apresenta mdias mensais de temperatura, mdias das mximas de temperatura, mdia das mnimas de temperatura, temperaturas mximas e mnimas absolutas, presso atmosfrica, umidade relativa, horas de insolao, precipitao, dentre outras. Os dados medidos em estaes podem tambm ser reunidos em arquivos climticos. Os arquivos podem conter dados de anos especficos ou podem representar o macroclima de uma cidade ou regio. Neste caso, h diversas formas de tratamento de dados para que o arquivo seja representativo, em geral, registrando dados de hora a hora, at atingir as 8760 horas que formam um ano completo de 365 dias. O TRY (Test Reference Year) um Ano Climtico de Referncia, resultado de um tratamento de 30 anos de dados climticos em que so eliminados os anos que apresentam a menor e a maior temperatura da srie. Por fim, selecionado o ano cujas temperaturas no apresentam extremos. Apesar do TRY ser gerado a partir de dados de temperatura apresenta ainda dados de umidade, direo e velocidade dos ventos, cobertura de nuvens, presso atmosfrica e, s vezes, radiao solar.

No mesoclima e microclima, so observadas as alteraes locais na radiao solar, temperatura do ar, umidade e vento. Uma grande cidade pode alterar as condies do mesoclima pela poluio que gera ou pelo corte indiscriminado da vegetao, por exemplo. J o microclima est diretamente relacionado escala da edificao e de seu entorno imediato, sendo influenciado pelas consequncias das outras escalas climticas e tambm pela interferncia direta no propriedade onde se encontra a edificao.

2.1 VARIVEIS DO CLIMA 2.1.1 Radiao solar

A radiao solar uma onda eletromagntica curta, responsvel pela energia no planeta por ser sua principal fonte. A trajetria elptica da Terra ao redor so Sol, em conjunto com o movimento de rotao da terra determinam as variaes na intensidade da radiao ao longo do ano e durante o dia, respectivamente.

As estaes do ano so definidas pelo movimento de translao da terra ao redor do sol. A trajetria elptica diferencia o outono (d) e primavera (b) do inverno (a) e vero (c), enquanto a inclinao do eixo de rotao da terra em relao ao plano do equador (23o27) diferencia o vero do inverno (figura 17). As regies que mais recebem a radiao solar localizam-se entre os trpicos: Cncer, no hemisfrico norte e Capricrnio, no hemisfrio sul. Sob o o ponto de vista do observador, o sol se movimenta entre estas regies, limitado pelos


22

solstcios de vero e inverno.

Figura 17. Trajetria do sol diferenciando as estaes do ano.

A radiao solar, quando atinge a atmosfera terrestre, dividida entre a poro direta e difusa. A radiao direta, como diz o prprio nome, a parcela que atinge diretamente a terra. A radiao difusa a parcela que sofre um espalhamento pelas nuvens e pelas partculas da atmosfera, sendo refletida na abbada celeste e nas nuvens e re-irradiada para a terra. Um cu muito nublado pode apresentar uma parcela de radiao difusa maior que a parcela direta, enquanto o cu claro, sem nuvens, apresenta uma parcela maior da radiao direta.

Em climas frios, a penetrao da radiao direta nos ambientes internos desejvel para promover aquecimento, ao contrrio de climas quentes, onde a poro direta deve ser evitada, sendo somente a radiao difusa desejvel para promover a iluminao do ambiente. 2.1.2 Temperatura A temperatura do ar no conseqncia da ao direta dos raios do sol, pois o ar transparente a todos os comprimentos de ondas eletromagnticas. O processo ocorre indiretamente: a radiao solar atinge o solo onde absorvida em parte e transformada em calor. Portanto, a temperatura do solo aumenta e, por conveco, aquece o ar. A temperatura do ar ser conseqncia, portanto, de um balano energtico onde intervm:

A radiao solar incidente e o coeficiente de absoro da superfcie receptora; A condutividade e a capacidade trmica do solo que determinam a transmisso de calor por

conduo; As perdas por evaporao, conveco e radiao.

O resultado destes fenmenos simultneos que a temperatura do ar comea a elevar-

se a partir da sada do sol, chegando a um mximo que ocorre cerca de duas horas aps a passagem do sol pelo meridiano como conseqncia do calor armazenado na Terra.

A partir deste momento, o balano comea a ser negativo: a energia perdida,


23

especialmente por radiao em direo as altas camadas da atmosfera, maior que a recebida, fazendo com que a temperatura da superfcie da Terra comece a descer at alcanar um mnimo pouco antes do nascer do sol.

Por que a amplitude trmica maior em climas secos do que em climas midos? Os climas secos caracterizam-se por sua baixa umidade e pouca nebulosidade. Nos

climas midos, durante o dia, a radiao menor por causa da nebulosidade, alm do que, as perdas por evaporao so favorecidas devido umidade que cobre o solo. Desta forma, a temperatura superficial no atinge os valores dos solos secos.

Durante a noite, as nuvens se interpem entre a superfcie e as camadas altas da atmosfera, que tm uma temperatura muito baixa, originando uma perda menor por radiao. Ao mesmo tempo, ao diminuir a temperatura superficial numa atmosfera saturada de umidade, produz-se elevada condensao acompanhada de liberao de calor, fazendo com que a temperatura atinja valores maiores do que no clima seco.

Pode-se conhecer o comportamento da temperatura em um local a partir das normais climatolgicas. Elas fornecem temperaturas mximas e mnimas cuja diferena, em um perodo de tempo, conhecida como amplitude trmica. A amplitude depende da umidade do ar: quando o ar est mais mido, a amplitude pequena, quando o ar est mais seco, a variao da temperatura pode ser alta, como ocorre em climas ridos como Teresina, capital do Piau. Em Florianpolis, a amplitude no alta, como pode ser vista na figura 18, onde esto apresentadas as temperaturas mximas e mnimas dirias para o TRY de Florianpolis. Na carta, ainda apresentada a zona de conforto segundo Givoni.

comum o efeito da chamada Ilha de Calor nos centros das grandes metrpoles. A Ilha de Calor fenmeno noturno caracterizado pelo aumento da temperatura do ar, provocado pelo adensamento excessivo dos centros urbanos, em relao temperatura do entorno no urbanizado da cidade. Embora os efeitos sejam tambm sentidos durante o dia, o fenmeno se caracteriza pelo pouco resfriamento do ar durante a noite, devido grande massa de concreto que armazena calor durante o dia e o libera, normalmente noite, evitando o resfriamento natural do ar no perodo noturno.

Figura 18. Temperaturas mximas e mnimas dirias para Florianpolis.


24

2.1.3 Umidade

A umidade do ar regulada pela vegetao e pelo ciclo hdrico. O regime de chuvas, aliado a fontes de lagos, rios e mares regula a umidade atravs da evaporao enquanto a vegetao atua na umidade do ar atravs da evapotranspirao.

Outros fatores que pode influenciar na umidade do ar so a topografia e a ocupao urbana. A umidade relativa de mesoclimas podem ser caracterizadas pela topografia, como no caso de vales. As encostas protegem a rea do vento de forma que a umidade dentro do vale se torna alta. Esta alta umidade reala a sensao trmica, razo pela qual os climas de vale so considerados frios no inverno e quentes e abafados no vero. No ambiente urbano, a ocupao e pavimentao excessiva provoca uma carncia da vegetao que acarreta uma reduo da umidade relativa do ar. Esta, por sua vez, pode alterar o regime de chuvas da cidade e sua cobertura de nuvens.

Se a umidade influencia na amplitude trmica, a temperatura influi na quantidade de vapor de gua que o ar pode conter. Quanto maior a temperatura, maior a quantidade de vapor de gua por metro cbico de ar. A carta psicromtrica apresenta esta relao, mostrando as temperaturas mximas que podem conter determinadas quantidades de vapor de gua (temperaturas de ponto de orvalho) para uma presso atmosfrica.

A figura 19 apresenta as umidades relativas mximas e mnimas dirias, juntamente com a zona de conforto definida por Givoni, entre 20% e 80%. Acima de 80%, UR comum Florianpolis, j se considera situao de desconforto, exigindo medidas para compensar a sensao trmica.

Figura 19. Umidade relativa mxima e mnima diria para o TRY de Florianpolis.

2.1.4 Vento

Uma das principais causas da distribuio dos ventos no globo o desequilbrio de radiao entre as latitudes baixas e altas. O aquecimento desigual da Terra e de sua atmosfera pela radiao solar gera energia potencial, parte da qual se transforma em energia cintica pela elevao do ar quente na regio prxima ao equador, abrindo caminho para a entrada do ar frio que vem do norte e do sul.


25

No caso de regies martimas, durante o dia, o movimento do ar acontece do mar para a terra, e durante a noite, da terra para o mar. Isto se deve ao fato da terra se aquecer mais facilmente que a gua. Portanto, durante o dia, o ar prximo ao solo se aquecer, subir e permitir o movimento do ar fresco do mar para a terra. Durante a noite, a terra resfria mais facilmente e a gua que armazenou o calor durante o dia, aquece o ar prximo permitindo a sua subida e a substituio pelo ar fresco vindo da terra.

O vento tambm influenciado pela altitude, pela topografia e pela rugosidade do solo. Regies de topografia acidentada desviam o vento, alterando sua direo e velocidade, ou podem canaliz-lo, aumentando ento sua velocidade. Sua fluidez permite que sua trajetria seja comparada trajetria das guas pluviais.

A rugosidade do solo pode ser formada pelo tipo de solo, pela vegetao ou pela cobertura urbana (edifcios), dependendo da escala de anlise. Quanto maior a rugosidade do solo, menor a velocidade do vento.

Obervando a dinmica dos ventos em uma escala menor, as edificaes da cidade tambm desviam, distribuem ou canalizam os ventos urbanos. A ocupao das cidades deve ento avanar atentando para as principais direes do vento na regio e para os benefcios que se pode obter aproveitando ou evitando estes ventos. Em climas quentes e midos, a ao dos ventos na cidade benfica para promover o conforto trmico. desejvel tambm para agir contra a Ilha de Calor e dispersar a poluio do ar. No ltimo caso, deve-se observar a direo do vento para que ele no leve a poluio gerada por um distrito industrial, por exemplo, para o centro da cidade.

A figura 20 apresenta a rosa dos ventos para Florianpolis. Para cada direa, predomina uma velocidade, que pose ser variada de acordo com a poca do ano. As maiores velocidades ocorrem em todo o ano, na direo nordeste, e durante a primavera, para o norte (6m/s). As demais direes no apresentam velocidades altas, sendo as mais baixas, de 1m/s, durante o inverno, nas direes leste e oeste.

Figura 20. Rosa dos ventos do TRY de Florianpolis, com direo e velocidades mais

freqentes.


26

2.2 ESTRATGIAS BIOCLIMTICAS

Estas estratgias, corretamente utilizadas durante a concepo do projeto da edificao, podem proporcionar melhoras nas condies de conforto trmico e reduo no consumo de energia. A seguir apresenta-se uma discusso breve a respeito de cada estratgia. Porm, informaes mais detalhadas podem ser obtidas em ANDRADE (1996) para Florianpolis ou em LAMBERTS et alii (1997) para o Brasil.

2.2.1 Zona de conforto

Para condies climticas que resultem em pontos delimitados por esta regio existe uma grande probabilidade das pessoas perceberem a sensao de conforto trmico. Desta forma, pode-se verificar que a sensao de conforto trmico pode ser obtida para umidade relativa variando de 20 a 80% e temperatura entre 18 e 29oC.

Figura 21. Zona de conforto.

2.2.2 Ventilao

A ventilao corresponde uma estratgia de resfriamento natural do ambiente construdo atravs da substituio do ar interno (mais quente) pelo externo (mais frio). As solues arquitetnicas comumente utilizadas so ventilao cruzada, ventilao da cobertura e ventilao do piso sob a edificao.

Figura 22. Zona de ventilao.

Figura 23. Ventilao cruzada, em planta. Figura 24. Ventilao pela cobertura


27

Figura 25. Ventilao cruzada, elevao. Fonte: Watson e Labs, 1983

2.2.3 Resfriamento evaporativo

Figura 26. Zona de resfriamento evaporativo.

O resfriamento evaporativo uma estratgia utilizada para aumentar a umidade relativa do ar e diminuir a sua temperatura. O resfriamento evaporativo pode ser obtido de forma direta ou indireta.

O uso de vegetao, de fontes dgua ou de outros recursos que resultem na evaporao da gua diretamente no ambiente que se deseja resfriar constituem-se em formas diretas de resfriamento evaporativo.

Uma forma indireta pode ser obtida atravs de tanques dgua sombreados executados sobre a laje de cobertura.

Figura 27. Resfriamento evaporativo direto com microasperso de gua no ar.

Figura 28. Resfriamento indireto, atravs da cobertura.


28

2.2.4 Inrcia trmica para resfriamento

Figura 29. Zona de inrcia trmica para

resfriamento.

A utilizao de componentes construtivos com inrcia trmica (capacidade trmica) superior faz com que a amplitude da temperatura interior diminua em relao a exterior, ou seja, os picos de temperatura verificados externamente no sero percebidos internamente. Componentes construtivos com elevada capacidade trmica so indicados para climas quente e seco onde a temperatura atinge valores muito altos durante o dia e extremamente baixos

durante a noite. Nestes casos, a capacidade trmica do componente permite o atraso da onda de calor fazendo com que este calor incida no ambiente interno apenas no perodo da noite, quando existe a necessidade de aquecimento.

Figura 30. O solo como estratgia de inrcia trmica para resfriamento.

Figura 31. Paredes com inrcia e sombreadas porporcionam resfriamento no ambiente.

2.2.5 Resfriamento artificial

Figura 32. Zona de resfriamento artificial.

O resfriamento artificial deve ser utilizado quando as estratgias de ventilao, resfriamento evaporativo e massa trmica no proporcionam as condies desejadas de conforto.


29

2.2.6 Umidificao

Figura 33. Zona de umidificao.

A estratgia de umidificao recomendada quando a temperatura do ar apresenta-se menor que 27oC e a umidade relativa abaixo de 20% (EVANS & SCHILLER, 1988). Recursos simples, como recipientes com gua colocados no ambiente interno podem aumentar a umidade relativa do ar. Da mesma forma, aberturas hermticas podem manter esta umidade, alm do vapor dgua gerado por atividades domsticas ou produzido por plantas.

Figura 34. Umidificao com fontes de gua.

2.2.7 Inrcia trmica e aquecimento solar

Figura 35. Zona de inrcia trmica e

aquecimento solar.

Neste caso, pode-se adotar componentes construtivos com maior inrcia trmica, alm de aquecimento solar passivo e isolamento trmico, para evitar perdas de calor, pois esta zona situa-se entre temperaturas de 14 a 20oC.


30

Figura 36. Uso da energia solar e inrcia trmica no forro para

aquecimento

Figura 37. Inrcia trmica nas paredes externas com um pano de vidro (parede Trombe)

recebendo a radiao solar e aquecendo os ambientes.

Figura 38. Inrcia trmica em paredes internas.

Figura 39. Inrcia trmcia associada a varandas fechadas com vidro.

2.2.8 Aquecimento solar passivo

Figura 40. Zona de aquecimento solar passivo.

O aquecimento solar passivo deve ser adotado para os casos com baixa temperatura do ar. Recomenda-se que a edificao tenha superfcies envidraadas orientadas para o sol e aberturas reduzidas nas fachadas que no recebem insolao para evitar perdas de calor. Esta estratgia pode ser conseguida atravs de orientao adequada da edificao e de cores que maximizem os ganhos de calor, atravs de aberturas zenitais, de coletores de calor colocados no telhado e de isolamento para reduzir perdas trmicas.


31

Figura 41. Uso pleno da radiao solar para aquecimento.

Figura 42. Orientao norte permite o controle da radiao solar.

2.2.9 Aquecimento artificial

Figura 43. Zona de aquecimento artificial.

Este tipo de estratgia deve ser utilizado apenas em locais extremamente frios, com temperatura inferior a aproximadamente 10,5oC, em que a estratgia de aquecimento solar passivo no seja suficiente para produzir sensao de conforto. Deve-se usar isolamento nas paredes e coberturas dos ambientes aquecidos para evitar perdas de calor para o ambiente externo.

2.3 O PROGRAMA ANALYSIS BIO Atravs de dados climticos de referncia pode-se determinar as estratgias bioclimticas mais adequadas para cada localidade atravs do programa Analysis Bio. Este pode avaliar dados climticos de normais climatolgicas, de arquivos TRY e ou de dados inseridos manualmente. A figura 40 apresenta a carta bioclimtica para a cidade de Florianpolis produzida com o TRY da cidade, de 1963, e a figura 41 as estratgias bioclimticas para este caso, produzidas pelo relatrio do programa.

inverno

vero


32

Figura 44. Carta bioclimtica para Florianpolis pelo Analysis Bio.

Como pode-se perceber na figura 44, no perodo anual em Florianpolis obtm-se

condies de conforto trmico em apenas 21% deste perodo. Porm, estratgias como ventilao, aquecimento solar passivo e massa trmica podem tornar o ambiente termicamente confortvel em cerca de de 75,69% do perodo anual.

A anlise bioclimtica no deve, no entanto, se restringir carta. Aps verificar que a ventilao pode promover o conforto trmico em 36,4% das horas do ano, importante verificar se h ventos disponveis durante este perodo. Da mesma forma, 35,4% das horas do ano podem oferecer conforto caso seja utilizada a estratgia de massa trmica e aquecimento solar. Deve-se ento, alm de projetar edificao para captar a radiao solar, verificar as condies de nebulosidade durante o inverno para saber se h radiao solar disponvel. Felizmente, no Brasil, o inverno costuma ser seco, sem uma grande cobertura nebulosa durante os meses de junho a setembro. Entretanto, algumas cidades, incluindo Florianpolis, apresentam uma freqncia mais alta de cu nublado do que a mdia nacional.

As figuras 46, 47 e 48 apresentam as cartas bioclimticas para Natal, Braslia e Curitiba. Percebe-se claramente a diferenas na localizao das nuvens de pontos de cada carta, o que acarreta as diferentes estratgias para cada clima, listadas nas tabela 4.


33

ANO TODO ANO: 63 Dia e Mes Inicial: 01/01 Dia e Mes Final: 31/12 Total de Horas: 8760 Presso: 101.49 KPa ________________________________________ GERAL Conforto:21% Desconforto:78.9% -Frio:40.8% -Calor:38.2% ________________________________________ Calor Ventilao: 36.4% Massa p/ Resfr.: 0.936% Resfr. Evap.: 0.89% Ar Condicionado: 1.72% ________________________________________ Frio Massa Termica/Aquecimento Solar: 35.4% Aquecimento Solar Passivo: 3.84% Aquecimento Artificial: 1.53% Umidificao: 0% ________________________________________ POR ZONAS Ventilao: 35.5% Ventilao/Massa: 0.0571% Ventilao/Massa/Resfriamento Evaporativo: 0.879% Massa Trmica p/ Resfriamento: 0% Massa/Resfriamento Evaporativo: 0% Aquecimento Artificial: 1.53% Conforto: 21% Massa Trmica/Aquecimento Solar: 35.4% Aquecimento Solar Passivo: 3.84% Ar Condicionado: 1.72% Resfriamento Evaporativo: 0.0114% Umidificao: 0% ________________________________________ SOMBREAMENTO Porcentagem: 56.7 % ________________________________________

Figura 45. Parte do relatrio do Analysis Bio contendo as estratgias bioclimticas para Florianpolis.

As temperaturas de Natal (figura 46) so mais altas o ano todo, concentrando-se na zona

2, cuja estratgia para proporcionar conforto a ventilao. A nuvem de pontos de Braslia mais dispersa, apresentando temperaturas altas e baixas, assim como nveis variveis de umidade. A baixa umidade de Braslia exige que a estratgia de resfriamento evaporativo das zonas 11 e 12 seja utilizada (figura 47). Por fim, percebe-se que Curitiba apresenta baixas temperaturas, exigindo o uso de estratgias para aquecimento (figura 48).


34

Figura 46. Carta bioclimtica para Natal

Figura 47. Carta bioclimtica para Braslia

05

10

15

20

25

30

0

5

10

15

20

25

30

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

TBS[C]

TBU

[C

]

W[g

/Kg

]

ZONAS:

1

1. Conforto

2

2. Ventilacao

3

3. Resfriamento Evaporativo

4

4. Massa Trmica p/ Resfr.5

5. Ar Condicionado

6

6. Umidificao

7

7. Massa Trmica/ Aquecimento Solar

8

8. Aquecimento Solar Passivo

9

9. Aquecimento Artificial1 1

11.Vent./ Massa/ Resf. Evap.1 2

12.Massa/ Resf. Evap.

U FS C - ECV - LabEE E - N PC

05

10

15

20

25

30

0

5

10

15

20

25

30

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

TBS[C]

TBU

[C

]W

[g/K

g]

ZONAS:

1

1. Conforto

2

2. Ventilacao

3


55. Ar Condicionado

6

6. Umidificao

7


8


9

9. Aquecimento Artificial

1 111.Vent./ Massa/ Resf. Evap.

1 212.Massa/ Resf. Evap.



35

Figura 48. Carta bioclimtica para Curitiba Esta anlise pode ser confirmada na tabela 4, onde as estratgias bioclimticas do relatrio do Analysis Bio esto listadas. Braslia apresenta o maior nmero de horas do ano com condies de conforto sem o uso de nenhuma estratgia bioclimtica, em contraste com 20% das horas do ano de Curitiba e 14% de Natal. A estratgia bioclimtica predominante para Natal a ventilao, necessria em 84,2% das horas do ano. Em Braslia, a massa trmica combinada ao aquecimento solar recomendada para 34,1% do ano e em Curitiba, esta necessria em 42,5% do ano. Curitiba ainda exige que seja utilizado o aquecimento solar passivo para proporcionar conforto em 18,9% do ano e, ainda adotando estas estratgias, o aquecimento artificial a nica estratgia que poder proporcionar conforto em 11,8% do ano. J o sombreamento recomendado nas edificaes e em suas aberturas por praticamente todo o ano, em Natal (99,4% das horas do ano), pela metade do ano em Braslia (54,5% das horas do ano) e recomendvel que seja adotado somente no vero em Curitiba, por ser necessrio em apenas 23,2% das horas do ano.

05

10

15

20

25

30

0

5

10

15

20

25

30

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

TBS[C]

TBU

[C

]

W[g

/Kg

]

ZONAS:

1

1. Conforto

2

2. Ventilacao

3


55. Ar Condicionado

6

6. Umidificao

7


8


9

9. Aquecimento Artificial

1 111.Vent./ Massa/ Resf. Evap.

1 212.Massa/ Resf. Evap.



36

Tabela 4: Estratgias bioclimticas para 3 cidades brasileiras indicadas pelo Analysis Bio.

Natal Braslia Curitiba ANO: 59 Dia e Mes Inicial: 01/01 Dia e Mes Final: 31/12 Total de Horas: 8760 Presso: 100.73 KPa

ANO: 62 Dia e Mes Inicial: 01/01 Dia e Mes Final: 31/12 Total de Horas: 8760 Presso: 89.783 KPa

ANO: 69 Dia e Mes Inicial: 01/01 Dia e Mes Final: 31/12 Total de Horas: 8760 Presso: 91.279 KPa

GERAL Conforto:14% Desconforto:85.9% -Frio:0.582% -Calor:85.4%

GERAL Conforto:41.4% Desconforto:58.6% -Frio:41.2% -Calor:17.4%

GERAL Conforto:20% Desconforto:80% -Frio:73.2% -Calor:6.84%

CALOR Ventilao: 84.2% Massa p/ Resfr.: 14.2% Resfr. Evap.: 12.9% Ar Condicionado: 1.04%

CALOR Ventilao: 17.3% Massa p/ Resfr.: 3.28% Resfr. Evap.: 3.28% Ar Condicionado: 0.0228%

CALOR Ventilao: 6.84% Massa p/ Resfr.: 1.02% Resfr. Evap.: 1.02% Ar Condicionado: 0%

FRIO Massa Termica/Aquecimento Solar: 0.582% Aquecimento Solar Passivo: 0% Aquecimento Artificial: 0% Umidificao: 0%

FRIO Massa Termica/Aquecimento Solar: 34.1% Aquecimento Solar Passivo: 6.16% Aquecimento Artificial: 0.993% Umidificao: 0%

FRIO Massa Termica/Aquecimento Solar: 42.5% Aquecimento Solar Passivo: 18.9% Aquecimento Artificial: 11.8% Umidificao: 0%

SOMBREAMENTO Porcentagem: 99.4 %



2.4 ZONEAMENTO BIOCLIMTICO

A norma ABNT Desempenho Trmico de Edificaes estabeleceu uma subdiviso das

condies climticas brasileiras para projeto em 8 zonas bioclimticas. A figura 49 mostra o zoneamento bioclimtico do Brasil apresentado pelo Projeto de Norma 135 (ABNT, 2003). So oito zonas bioclimticas definidas de acordo com o clima e com as necessidades humanas de conforto. Para cada zona, so relacionadas as estratgias consideradas adequadas para adoo nas edificaes. Maiores detalhes sobre a norma Desempenho Trmico de Edificaes sero apresentados na unidade.


37

Figura 49: Zonas bioclimticas definidas pela Norma Desempenho Trmico de

Edificaes (ABNT, 2003).

2.5 EXERCCIO

Dada a residncia abaixo localizada em Porto Alegre, indique, usando o Analysis Bio, quais as estratgias bioclimticas mais adequadas. Indique tambm solues de projeto para cada estratgia.


38

Figura 50. Planta de uma residncia hipottica na cidade de Porto Alegre. Resposta: O Analysis Bio indicou as estratgias de uso da ventilao em 23,4% do ano para

evitar o desconforto por calor e o uso da massa trmica/aquecimento solarem 33,7% das horas do ano e aquecimento solar passivo em 11,7% das horas do ano para evitar o desconforto por frio.

Baseado nestas indicaes, sugerido: 1. Para proporcionar a ventilao cruzada: Aumentar a rea de vidro da parede norte da sala de estar e abrir janelas na parede

sul Alterar a janela do quarto 1 para a parede norte, e abrir uma janela estreita na

poro sul da parede externa do quarto 1. Transferir as janelas da sute da parede sul para as paredes leste e oeste.

2. Para proporcionar o aquecimento solar com massa trmica: As paredes tm 25cm, esta medida j promove o uso de massa trmica.

necessrio que haja incidncia de radiao solar nestas paredes. As paredes sul recebero menos sol, as paredes oeste iro fornecer mais sol.

Transferir a janela da sala de jantar para a parede norte, onde se tem mais controle


39

da radiao solar. O mesmo ir ocorrer com a janela da parede norte do quarto 1. A instalao de um domus com iluminao zenital na circulao desejvel, desde

que haja controle da radiao solar. A radiao solar incidente durante o inverno deve incidir sobre a parede mais espessa do quarto 2, promovendo o aquecimento.

3. Para proporcionar o aquecimento solar passivo: As janelas, ao serem transferidas para as paredes norte, podero ter um

sombreamento que permita que o sol no entre no vero mas que penetre nos ambientes no inverno.

Deve-se projetar um dispositivo para evitar que a radiao solar do vero venha a incidir sobre o vidro do domus. No inverno, quando o sol est mais baixo, esta radiao desejvel.

As janelas oeste da sute e do quarto 2 devem ser sombreadas com brises ou outro dispositivo de proteo que permita que a radiao solar penetre no ambiente no inverno e seja evitada no vero.

A figura abaixo mostra a modificaes na planta:

Figura 51. Planta com modificaes sugeridas para adequar a edificao ao clima.


40

3 GEOMETRIA SOLAR

No Brasil, o conhecimento da geometria solar fundamental para engenheiros e arquitetos, pois a maior parte de nosso territrio tem veres quentes com grandes perodos de sol, tendo o sombreamento como uma das estratgias bioclimticas mais indicadas. Assim, incidncia da radiao direta e as sombras geradas por obstrues sero estudadas neste captulo. As protees solares so utilizadas quando a radiao direta no desejada dentro do ambiente. O projeto das protees exige o conhecimento dos movimentos do Sol e da Terra, e de seus efeitos sob a viso do observador. Este pode ser um ponto, uma reta, um plano como uma parede ou janela ou um volume, no caso de uma edificao. 3.1 RADIAO SOLAR

O intervalo inteiro dos diferentes tipos de radiao eletromagntica, ou ondas eletromagnticas, chamado de espectro eletromagntico (Figura 52). Este espectro abrange um grande conjunto de comprimentos de onda (ou freqncias). Ele abrange desde ondas muito longas, de baixas freqncias, que so as ondas de rdio, passando pelas ondas infravermelhas e ondas de luz visvel, at chegar a freqncias muito altas (o que corresponde a comprimentos de ondas curtos ou, simplesmente, ondas curtas) dos raios X e raios gama.

10 -3 -210 10 -1 10 0 10 1 10 2 10 3 10 4 10 5 10 6 10 7 10 8 10 9 10 10 10 11 10 12

Gama

Raios X

UV

Visvel

Infravermelho

Microondas

Rdio

Comprimento de onda(Nanmetros)

Especto Eletromagntico

310 10 4UV Visvel Infravermelho

Trmico

(Nanmetros)Comprimento de onda Especto Trmico

1000500250 1500 2000 2500

Solar

VisvelUV Infravermelho

Especto Solar(Nanmetros)Comprimento de onda

Figura 52. Espectro Eletromagntico. Fonte: CARMODY et al., 1996 (adaptado).


41

A radiao solar um dos mais importantes contribuintes para o ganho trmico em edifcios. Na escala da edificao, a transferncia de calor por radiao pode ser dividida em cinco partes principais: radiao solar direta (onda curta), radiao solar difusa (onda curta), radiao solar refletida pelo solo e pelo entorno (onda curta), radiao trmica emitida pelo solo aquecido e pelo cu (onda longa) e radiao trmica emitida pelo edifcio (onda longa).

A radiao solar de onda curta que entra por uma abertura no edifcio incide nos corpos, que se aquecem e emitem radiao de onda longa. O vidro, sendo praticamente opaco radiao de onda longa, no permite que o calor encontre passagem para o exterior, superaquecendo o ambiente interno. Este fenmeno conhecido como efeito estufa e o maior transformador da radiao solar em calor no interior de uma edificao. 3.2 MOVIMENTOS DA TERRA 3.2.1 Rotao A rotao ao redor de um eixo Norte-Sul, que passa por seus plos, origina o dia e a noite (Figura 53).

Figura 53. Rotao da Terra.

3.2.2 Translao ao redor do Sol A Terra realiza um movimento elptico ao redor do Sol conforme mostra a Figura 54.

Figura 54. Translao da Terra ao redor do Sol. O movimento de translao da Terra ao redor do Sol determina as quatro diferentes

21 DEZ

21 JUN

21 MAR

21 SET


42

estaes do ano. A Tabela 5 apresenta a data de incio destas estaes no hemisfrio sul, bem como a sua denominao.

Tabela 5. Datas de incio das estaes do ano para o hemisfrio sul. Data Denominao 21 de maro Equincio de outono 21 de setembro Equincio de primavera 21 de junho Solstcio de inverno 21 de dezembro Solstcio de vero

3.3 AZIMUTE E ALTURA SOLAR

A localizao do sol na abbada celeste pode ser identificada atravs de dois ngulos: a altura solar e o azimute. O azimute (A) o ngulo que a projeo do sol faz com a direo norte, enquanto a altura solar (H) o ngulo que o sol faz com o plano horizontal. Ambos os ngulos variam conforme a latitude do local, hora do dia e dia do ano.

Na Figura 55 vemos estes ngulos para um raio de sol s 10 horas da manh no equincio. A projeo horizontal desse raio de sol o azimute para quela hora e dia do ano. O ngulo vertical formado entre essa projeo e o raio de sol, a altura solar. O azimute solar medido no sentido horrio a partir do norte geogrfico (azimute zero) e a altura solar medida a partir do plano horizontal (0) at o znite (90).

Figura 55. Azimute e altura solar para um dia qualquer s 10h

(Ilustrao: Luciano Dutra) 3.4 DIAGRAMAS SOLARES

Os diagramas ou cartas solares podem ser interpretados como a projeo das trajetrias solares ao longo da abbada celeste durante todo o ano.


43

A projeo estereogrfica, que a mais utilizada (Figura 56), projeta qualquer ponto da abbada celeste num ponto terico chamado nadir. Os crculos de alturas so traados nas posies onde as projees ao nadir interceptam o plano horizontal. (OBS.: Definies: Znite: Interseo da vertical superior do lugar com a esfera celeste. Nadir: Interseo inferior da vertical do lugar com a esfera celeste, e que o ponto diametralmente oposto ao znite.)

Para traar os diagramas solares, considera-se a Terra fixa e o Sol percorrendo a trajetria diria da abbada celeste, variando de caminho em funo da poca do ano, conforme mostra Figura 57. Nela, v-se os limites da trajetria anual que consistem nos solstcios de inverno de vero, enquanto a linha do meio indica o equincio.

Figura 56. Projeo Estereogrfica

Figura 57. Movimento aparente do Sol no hemisfrio sul.

A Figura 58 apresenta um exemplo de projeo estereogrfica para a latitude 27o Sul e a Figura 59, o diagrama solar para esta latitude.


44

Figura 58. Projeo estereogrfica para a latitude 27o Sul (vista em corte).

Figura 59. Diagrama solar para a latitude 27o Sul (vista em planta).

A Figura 60 mostra as informaes que podem ser lidas no diagrama solar: trajetria solar, hora do dia, altura solar, azimute solar e nmero de horas de sol.

Figura 60. Informaes contidas no diagrama solar. (Ilustrao: Luciano Dutra)

J a Figura 61 apresenta o diagrama solar para a latitude 28o Sul, muito prxima latitude de Florianpolis (27o 66 Sul).


45

Figura 61. Diagrama solar para Florianpolis (latitude 27o Sul),

projeo estereogrfica. 3.5 APLICAES PRTICAS DOS DIAGRAMAS SOLARES

Para saber exatamente qual o azimute e a altura solar em cada horrio desejado ao longo de um ano inteiro, preciso saber interpretar o diagrama solar para o local de projeto. A carta solar torna-se, assim, uma ferramenta de auxlio ao projeto bastante til, pois diz a posio exata do sol num determinado momento, informao essencial para se saber, por exemplo, se o sol vai penetrar por uma abertura, se vai ser sombreado por uma edificao vizinha e se deve ou no ser sombreado por protees solares para determinada orientao. Sombreamento do entorno

Um diagrama solar pode ser utilizado para a determinao do sombreamento que um edifcio faz no seu entorno. Horas de sol

possvel calcular o nmero de horas de sol durante certo dia do ano para uma certa localidade atravs do diagrama solar. Para isso, basta obter o horrio do nascer e do pr do sol para o dia desejado.

Azimute = 10o

Altura solar = 40o

Latitude: -27,66 Florianpolis


46

Penetrao da luz solar Com um diagrama solar, pode-se tambm desenhar a penetrao solar em um

ambiente para dias e horrios especificados. Este procedimento til quando se quer que o sol incida diretamente em certo ponto do ambiente ou quando se quer evitar que o sol penetre por uma abertura.

A Tabela 6 apresenta os azimutes e alturas solares para os solstcios e equincios na cidade de Florianpolis em trs horrios.

Tabela 6. Azimutes e alturas solares para solstcios e equincios (Florianpolis, latitude 27 Sul)

Horrio DIA 9h 12h 15h

21/dez A = 95 H = 50 A = 0

H = 86 A = 265 H = 50

21/mar/set A = 65 H = 39 A = 0

H = 63 A = 295 H = 39

21/jun A = 45 H = 24 A = 0

H = 39 A = 315 H = 24

OBS.: Os azimutes ao meio dia so sempre 0, considerando-se o horrio solar; As alturas solares, para um mesmo dia, s 9h e 15h sero sempre as mesmas e os azimutes sero complementares, ou seja, ambos com a mesma distncia angular do norte.

Exemplos de sombreamento do entorno: 1 Verificar o comprimento e a direo da sombra projetada por um poste de 8 metros de altura, localizado em Florianpolis, no dia 21 de junho as 9:00 horas da manha (ver esquema abaixo). Resoluo: a) A partir do diagrama solar para cidade de Florianpolis temos: A9h = 45 H 9h = 24 b) Calcular o comprimento da sombra:

mTan

Sombra junH 0,18)24(0,8

21,9 ==

c) Marcar a direo da sombra a partir do Norte:


47

Vista superior

Vista frontal

Projeo da sombra

Comprimento da sombra

NG

8,0

0 m

H=24

A=45

18,0 m

18,0 m

=>

NG

8,0

0 m

Rua

Poste

Esquema Sombreamento

2 Verificar o sombreamento do entorno causado por uma edificao na cidade de Florianpolis, no dia 21 de maro, s 9:00h, 12:00h, 15:00h (ver esquema abaixo). a) A partir do diagrama solar temos:

A9h = 65 H 9h= 36

A12h = 0 H 12h= 63

A15h = 295 H 15h= 39

b) Calcular o comprimento da sombra:

mTan

Sombra marH 0,9,30)39(0,25

21,9 ==

mTan

Sombra marH 7,12)63(0,25

21,12 ==

mTan

Sombra marH 9,30)39(0,25

21,15 ==

c) Marcar a direo da sombra a partir do Norte:


48

25,0

m

NG

A=65

9h15h

12h

A=295

Projeo das sombras

Comprimeto das sombras

9h = 15h

12h

25,0

m

NG

Vista superior

Vista frontal

15h

12h

9h

=>12h

12,7 m

30,9 m

30,9 m 30,9 m

12,7

m

12,7

m

H=39 H=63

Edificao

Esquema da edificao Sombreamento

OBS.: Verificar o sombreamento do entorno para a mesma edificao nos dias 21 de dezembro e 21 de junho, nos trs horrios anteriores (9h; 12h; 15h). 3.6 TRANSFERIDOR DE NGULOS O transferidor de ngulos utilizado para converter em ngulos a geometria solar de elementos construtivos como obstrues, aberturas, protees solares, edifcios, vegetao entre outros. til para a anlise mais rpida e fcil do sombreamento do entorno, penetrao solar e protees solares.

O transferidor consiste em um crculo de mesmas dimenses do diagrama solar. Neste crculo existem linhas radiais e linhas curvas, cada uma representando uma possvel aresta do elemento a ser analisado. Cada plano de um determinado elemento sob anlise pode ser convertido em uma combinao de duas ou mais destas linhas.

Para entender o funcionamento do transferidor de ngulos, necessrio conhecer-se os trs principais tipos de ngulos existentes, o (alfa), o (beta) e o (gama).


49

ngulo = o ngulo formado entre o znite e a direo da incidncia do raio solar visto em corte, variando de 0, quando coincidente com o plano vertical, at 90, quando atinge o plano horizontal. O traado de alfa no transferidor de ngulos uma linha curva que representa a projeo da aresta horizontal de um plano. OBS.: O ngulo Alfa pode ser medido interno ou externo (Figura 62). O valor externo medido a partir do plano horizontal at o znite.

Z

N

Plano horizontal

Alfa internoZ

N

Plano horizontal

'

Alfa externo

0

90

90

0

Figura 62. ngulos alfa interno e externo.

ngulo = o ngulo formado entre a projeo do ngulo vertical e a direo da

incidncia do raio solar visto em planta. Seu valor pode variar de 0 a 90 em cada um dos quatro quadrantes da circunferncia. O auxilia no traado de arestas verticais sobre a carta.

ngulo = traado da mesma forma que o , porm rotacionado em 90 em relao a este e pode delimitar os ngulos e .

Para facilitar o traado de mscaras deve-se utilizar o transferidor de ngulos

apresentado na Figura 63.

Figura 63. Transferidor de ngulos.

A Figura 64. Ilustra o traado dos ngulos alfa, beta e gama utilizando o transferidor.

10o

20o

30o

40o

50o

60o

90o

80o 70o

60o

50o

40o

30o

20o

10o 10o

20o

30o

40o

50o

60o

70o 80o

70o 80o


50

Figura 64. ngulos alfa, beta e gama. 3.7 A MSCARA DE SOMBRA

Quando uma pessoa est ao ar livre em um local descampado ela pode ver toda a abbada celeste. Mas em vrias situaes determinadas partes da abbada celeste so obstrudas por diversos tipos de barreiras (vegetao, relevo, edificaes vizinhas, salincias da prpria edificao, etc).

A mscara de sombra representa graficamente, nos diagramas solares, obstculos que impedem a viso da abbada celeste por parte de um observador (ou elemento) fixo em algum ponto.

Os exemplos a seguir apresentam a seqncia de construo da mscara de sombra para obstruo frente a um observador.

1 Desenhar a mscara de sombreamento devido obstruo causada por uma edificao, para um observador voltado para o leste, conforme o esquema abaixo. Resoluo:

a) Determinar os ngulos formados entre a direo dos vrtices e a direo da vista do observador:


51

== 4,18155arctga

== 4555arctgb

== 6,715

15arctgc

5,0 m

15,0 m b

5,0 m 15,0 m

c

a

Observador

Direo da viso do observador

EdificaoLin

ha d

e base

1

2 3

4

(vrtices projetados)

Esquema 1: vista superior

b) Projetar os vrtices na linha de viso do observador e determinar os ngulos de obstruo verticais:

== 76520arctgd

== 1,531520arctge

v1=v2 v3=v4

e

5,0 m 15,0 m

d1,0 m

21,0 m

Z

Direo da viso do observador

Observador

Esquema 2: vista lateral projetada


52

c) Construir a mscara com o auxlio do transferidor de ngulos, delimitando a rea

formada pelas intersees da projeo dos ngulos verticais e horizontais:

Interseo da projeo dos ngulos c - e

Linha do Horizonte

Interseo da projeo dos ngulos a - d

Interseo da projeo dos ngulos b - d

Sombreamento

53,1

76

18,4

71,6

45

Esquema 3: mscara de sombra

2 Desenhar a mscara de sombreamento para uma janela (dimenses 2,0m x 1,0m) voltada para uma direo qualquer, devido obstruo causada por uma rvore, conforme o esquema abaixo: Resoluo:

a) Determinar os ngulos formados entre a direo dos pontos tangenciais da extremidade da rvore e dos limites da janela:


53

2,0

4,08,0

rvore

=

= 5,36)12,12(

)3,8(arctga

=+

= 3,47)15,9(

)4,11(arctgb

10,0 m

Direo perpendicular ao plano da janela

rvore

Linha de base(fachada) 1m 1m

11,0 m

ab

9,5 m 12,2 m

11,4 m

8,3 m

1(vrtices projetados)

Janela

2

3


b) Projetar os vrtices na direo perpendicular ao plano da janela e determinar os ngulos de obstruo verticais:

Assumindo a altura dada para o centro da rvore:

== 7,50,10

1arctgc

=

= 0,310,10

)28(arctgd

1,0 m

Z

8,0 m

c

d

Janela

2,0 m


11,4 m8,3 mv1 v3

10,0 mv2


c) Construir a mscara com o auxlio do transferidor de ngulos, delimitando a rea formada pelas intersees da projeo dos ngulos verticais e horizontais:


54

Interseo da projeo dos ngulos a - c

Interseo da projeo dos ngulos b - c

Linha do Horizonte 47,3

36,5Sombreamento

5,7

31,0

Linha de base

Interseo da projeo dos ngulos b - d

Interseo da projeo dos ngulos a - d


3 Desenhar a mscara de sombreamento para uma janela voltada para uma direo

qualquer, devido a obstruo causada por uma montanha de 1000m de altura, conforme o esquema abaixo: Resoluo:

a) Determinar os ngulos formados entre a direo dos pontos tangenciais da extremidade da montanha e dos limites da janela:

Neste caso devido grande distncia e a pequena proporo entre o tamanho da janela e da montanha, a janela pode ser considerada como um ponto.

== 9,3620001500arctga

== 4,6310002000arctgb

== 1,5315002000arctgc

Montanha

1000m

Linha de base500m

2000m

1500m

500m

1000m

1500m

2000m


Janela

abc

(vrtices projetados)

1

2

3



55

b) Projetar os vrtices na direo perpendicular ao plano da janela e determinar os ngulos de obstruo verticais:

== 6,2620001000arctgd

1000m

v2

d500m

1000m

1500m

2000m

Janela


v1=v3

2000m1500m500m

Z


c) Construir a mscara com o auxlio do transferidor de ngulos, delimitando a rea formada pelas intersees da projeo dos ngulos verticais e horizontais:

Linha do Horizonte

36,9

63,4

Sombreamento

26,6

Linha de base

Cume da montanha

53,1

(Interseo da projeo dos ngulos c - d)



56

3.8 TIPOS DE PROTEES SOLARES Entendido o movimento aparente do sol percebido por um observador na Terra, pode-se utilizar este conhecimento para o traado de protees solares (brises) que impeam a entrada de raios solares no interior do ambiente durante as horas do dia e os meses do ano em que se deseja esta proteo. O tipo de brise e suas dimenses so funo da eficincia desejada. Portanto, um brise ser considerado eficiente quando impedir a entrada de raios solares no perodo desejado. 3.8.1 Traado de mscaras Para projetar protees solares, a segunda informao que deve ser conhecida o tipo de mascaramento que cada tipo de brise proporciona. Portanto, o traado de mscaras a ferramenta utilizada no projeto de protees solares. 3.8.2 Brise horizontal infinito

Os brises horizontais impedem a entrada dos raios solares atravs da abertura a partir do ngulo de altitude solar. O traado do mascaramento proporcionado por este brise determinado em funo do ngulo e apresentado na Figura 65.

Figura 65. Mascaramento proporcionado pelo brise horizontal infinito.

Pode-se perceber que h incidncia do sol no interior do ambiente apenas quando o seu ngulo de altitude estiver entre a linha do horizonte e o ngulo .


57

3.8.3 Brise vertical infinito

Os brises verticais impedem a entrada dos raios solares atravs da abertura a partir do ngulo de azimute solar. O traado do mascaramento proporcionado por este brise determinado em funo do ngulo e apresentado na Figura 66.

Figura 66. Mascaramento proporcionado pelo brise vertical infinito.

Neste caso, a incidncia de raios solares no ambiente ocorre quando o ngulo de azimute solar est entre os dois ngulos determinados. Como em situaes reais difcil a existncia de brises que podem ser considerados infinitos, surge a necessidade de definio de um terceiro ngulo, o . Este ngulo limita o sombreamento produzido pelos ngulos e .


58

3.8.4 Brise horizontal finito

Este tipo de brise tem a sua eficincia limitada pois a sua projeo lateral limitada pelos ngulos , como mostra a Figura 67.

Figura 67. Mascaramento proporcionado pelo brise horizontal finito.

3.8.5 Brise vertical finito

Para o brise vertical o sombreamento produzido pelos ngulos ser limitado pelos ngulos , como mostra a Figura 68.


59

Figura 68. Mascaramento proporcionado pelo brise vertical finito.

3.8.6 Brises mistos Atravs do masc

ApostilaECV5161_v2007_2

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