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1 Conforto do ambiente construído: clima, edifício e usuário

Carlos Henrique Barreiro

Introdução

Todo projeto arquitetônico deve ter como fim a satisfação e bem estar do ser humano, que implicam necessariamente em alcançar exigências térmicas, lumínicas, acústicas, visuais e de renovação e circulação do ar interior. Obviamente, qualquer ser vivo pode sofrer inúmeros desconfortos e até riscos se o seu habitat não estiver compatível com suas exigências ambientais. Por este motivo e pela aplicabilidade do conteúdo na engenharia civil, para esta temática, daremos maior ênfase para as questões térmicas e de renovação e circulação do ar (meio interno e externo) nos edifícios.

Todas as exigências relativas ao conforto térmico estão diretamente relacionadas com o funcionamento do organismo humano, que produz calor de acordo com a atividade que realiza. Todo ser humano necessita liberar calor em quantidade suficiente para que sua temperatura interna se mantenha próximo a 37ºC. Esta particularidade tem o nome de homeotermia, que pode ser traduzida como a capacidade de um corpo em manter uniforme a sua temperatura.

Desta forma, quando sentimos qualquer sensação de frio ou de calor (realizando ou não uma atividade física qualquer), significa que nosso organismo está em desequilíbrio, necessitando de interferência externa para voltar ao normal. Obviamente, quando a retomada da hometotermia tem que ser alcançada com um esforço adicional do ser humano, haverá sempre uma sobrecarga, com possibilidade de queda do rendimento no trabalho, possibilidade de perda de capacidade para realização de determinada tarefa e até problemas irreversíveis de saúde.

Outro conceito importante que estudaremos é o da Geometria da Insolação. Este conceito foi proposto e desenvolvido pela professora Anésia Barros Frota, da FAU-USP e está descrito no livro Manual de Conforto Térmico, em conjunto com a professora Sueli Ramos Schiffer. O estudo mostra que as diferenças climáticas da Terra são basicamente advindas da energia solar, sendo necessário o conhecimento de elementos geométricos para avaliar qual a carga térmica que determinada edificação ou espaço ao ar livre receberá, nas diversas horas do dia e nas várias épocas do ano (FROTA, 2001).

A Geometria da Insolação fornece um instrumental, a partir de gráficos simplificados (a Carta Solar), para mensurar os horários de insolação para diferentes orientações de fachadas em cada latitude em particular.

A utilização deste conceito nos permite determinar áreas de sombras em áreas urbanas, visto que em grande parte do dia os raios solares diretos podem ser barrados pelas construções vizinhas, modificando, portanto, o horário real de insolação. Também possibilita adequar a orientação das aberturas e dos elementos transparentes e translúcidos da edificação, que permitem o contato com o exterior e a iluminação dos recintos. A proteção solar das aberturas por meio de protetores solares, “brise-soleil” ou quebra-sol, é também um indispensável recurso para promover os controles térmicos naturais. Esse conceito será estudado com mais detalhes no segundo capítulo.

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Vamos abordar também conceitos sobre a orientação dos edifícios, pois segundo Carvalho (1970), depois da estabilidade estrutural, o problema mais importante é o da boa orientação de um edifício em relação aos pontos cardeais.

Precisamos também conhecer as exigências humanas de conforto térmico e do clima, que associadas às características térmicas dos materiais e dos parâmetros arquitetônicos adequados a climas particulares, proporcionam condições de projetar edifícios e espaços urbanos de acordo com critérios técnicos, cuja resposta atenda às exigências de conforto térmico. Estabelecer os parâmetros relativos às condições de conforto térmico requer incorporar, além das variáveis climáticas citadas, estimativas de temperaturas das superfícies presentes no ambiente e das atividades desenvolvidas pelas pessoas no interior dos edifícios.

Em consonância com os autores já citados, pretende-se que com o contínuo desenvolvimento e aprofundamento deste conteúdo, você, futuro engenheiro, conheça e se conscientize de que a racionalização no uso da energia depende da adequação da edificação ao clima, evitando ou, no mínimo, reduzindo o uso de sistemas de condicionamento artificial de ar, seja para resfriar ou aquecer os ambientes. Isso requer o conhecimento mais aprofundado de conceitos sobre clima, aliado ao dos mecanismos de trocas de calor e do comportamento térmico dos materiais, para permitir por parte do futuro engenheiro uma consciente avaliação e, se necessário, intervenção no projeto do edifício.

Ao final deste estudo, você compreenderá que toda edificação deve possuir características que conduzam a uma resposta térmica ambiental satisfatória, que necessariamente não implica em um acréscimo de custo da construção, mas, ao contrário, deve resultar em redução do custo de utilização e de manutenção deste edifício em longo prazo, além de propiciar condições ambientais internas mais agradáveis aos seus usuários.

Vamos começar com a seguinte pergunta: O que é Conforto do Ambiente Construído ou Conforto Ambiental?

Para respondê-la vamos recorrer ao Dicionário Aurélio (2004).

Para a palavra Conforto temos o seguinte:

1. Ato ou efeito de confortar(-se). 2. Estado de quem é confortado. 3. Consolo, alívio.

Para a palavra Ambiente temos:

1. Aquilo que cerca ou envolve os seres vivos ou as coisas; meio ambiente. 2. Lugar, sítio, espaço, recinto: ambiente mal ventilado. 3. Meio. 4. O conjunto de condições materiais e morais que envolve alguém; atmosfera.

Se juntarmos estas definições podemos entender que Conforto Ambiental ou Conforto do Ambiente Construído está relacionado com o bem estar dos seres humanos nas edificações.

Conforme definido, nesse capítulo trataremos somente os aspectos específicos, diretamente relacionados à edificação. Vale destacar que você deve, na medida do possível, se aprofundar nos assuntos, podendo seguir as referências bibliográficas indicadas ou trabalhar em uma pesquisa pessoal sobre o tema, além de estudar e resolver as atividades propostas.

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Objetivos O estudo deste capítulo permitirá que você compreenda conceitos sobre Conforto do Ambiente Construído, por meio de uma contextualização atual, que num primeiro momento passa pela definição do tema, pela definição de conceitos de clima, edifício e usuário e estudo sobre a ventilação no edifício, considerando os meios interno e externo. Neste sentido, ao final deste estudo, você será capaz de:

• entender e interpretar conceitos sobre conforto do ambiente construído; • reconhecer, analisar e projetar equipamentos de proteção solar.

Esquema 1. O Conforto, a arquitetura e a engenharia 1.1 O Clima 1.2 A edificação 1.3 O usuário

2. A carta psicométrica 3. Influências topoclimáticas 3.1 Altitude 3.2 Declividade 3.3 Velocidade do vento 3.4 Fator de reflexão ou refletância 3.5 Conforto térmico

4. Formas de transmissão de calor 4.1 Condução 4.2 Convecção 4.3 Radiação

5. Orientação dos edifícios 6. Aberturas (janelas) 6.1Tipos de aberturas

1. O Conforto, a arquitetura e a engenharia

Você imagina como o ser humano vivia, na pré-história? Como será que ele buscava sua forma de sustento, repouso e de proteção? Qual era a sua relação com seu habitat?

Desde o princípio de sua evolução, o ser humano necessitou lidar com a natureza, uma vez que ela representou durante milênios sua única forma de sustento e de proteção.

O homem sempre teve necessidades. Havia necessidade para se conseguir alimento, água, repouso e proteção contra as intempéries, como sol, chuva, vento e de segurança, contra saqueadores e animais carnívoros. Foi nesta época, das cavernas, que tivemos os primeiros indícios da necessidade humana de conforto, quando se colocavam pedras gigantescas nas entradas das cavernas.

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Chuva Quantidade de precipitações de qualquer tipo, principalmente de água em estado líquido. A precipitação que cai num dado local e num dado período de tempo atinge a superfície quer sob a forma líquida (chuva ou chuvisco) ou sólida (neve, granizo, etc.). A quantidade de precipitação é determinada a partir da água que se acumula sobre uma superfície plana, onde não haja perdas por infiltração, evaporação ou escorrimento. Os aparelhos que servem para medir e registrar a quantidade de precipitação são chamados pluviômetros.

Na pré-história, a fabricação de ferramentas, o domínio do fogo, a agricultura e com ela a domesticação de animais, a descoberta do uso dos metais, as primeiras civilizações e suas grandes obras, como as pirâmides, a construção de algumas máquinas rudimentares, a construção de edificações com algumas preocupações relativas ao conforto. Podemos citar as edificações executadas com pé-direito superior a 4,00m.

Pé-direito Segundo do dicionário eletrônico Aurélio (2004), refere-se altura livre de um andar de edifício, medida do piso ao teto. A partir daí, o ser humano passou a utilizar a manipulação da natureza, para melhorar processos construtivos e para produzir e conquistar riqueza, sempre buscando mais.

Isso evidencia que a insatisfação é própria do ser humano e que continuamente suas exigências estão sendo aprimoradas.

Atualmente, a edificação tem a finalidade de abrigar o homem para as mais variadas atividades e necessidades. E é com esta finalidade que deve servir à sua proteção e ao seu conforto.

A vida e a saúde do homem são melhores quando seu organismo funciona sem fadiga e estresse e, por esse motivo, toda edificação deve oferecer ao seu usuário condições térmicas, lumínicas, acústicas, visuais e de renovação e circulação do ar – sempre em quantidade e qualidade compatíveis com o conforto humano, sejam quais forem às condições de ambiente externo.

6.3 O Clima

Podemos considerar que tempo é um estado atmosférico, que depende da temperatura, da quantidade de ventilação e da quantidade de umidade presente no ar. É, portanto, um estado variável, mas, em determinados lugares, se destinge como algo constante e previsível. E é a isto que chamamos de clima.

Em síntese, o clima é composto por fatores estáticos, por exemplo, a geografia e o relevo e por fatores dinâmicos, por exemplo, a temperatura, a umidade, o movimento do ar e a radiação solar.

Dentre os fatores que interferem no aquecimento da terra, o fenômeno denominado efeito estufa tem assumido papel relevante. Em linhas gerais o efeito estufa é a forma que a Terra encontra para manter sua temperatura constante.

Efeito estufa

Esta definição varia de autor para autor mas, em geral, significa o aquecimento da parte mais baixa da atmosfera, devido principalmente à presença excessiva de CO2, CH4, SO2 e CFCs na atmosfera, que permitem que os raios do Sol aqueçam a Terra, mas impedem que parte desse aquecimento retorne para o espaço, provocando assim, um aumento global da temperatura da terra.

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Para saber mais sobre o efeito estufa, sugerimos que acesse o texto, disponível no link: http://educar.sc.usp.br/licenciatura/2003/ee/Efeito_Estufa.html

Então, como ocorre o efeito estufa?

A atmosfera é altamente transparente à luz solar, porém cerca de 35% da radiação que recebemos vai ser refletida de novo para o espaço, ficando os outros 65% retidos na Terra. Isto se deve principalmente ao efeito sobre os raios infravermelhos de gases como o dióxido de carbono, metano, óxidos de azoto e ozônio presentes na atmosfera (totalizando menos de 1%), que vão reter esta radiação na Terra.

6.4 A edificação

Na construção de edifícios e outras obras de engenharia, o homem interfere no meio, determinando o funcionamento de espaços internos e externos. Como conseqüência desta intervenção, ocorre uma série de alterações climáticas locais e, a partir daí, o comportamento final vai depender da resposta térmica do edifício.

Toda edificação deve fornecer condições térmicas, lumínicas, acústicas, visuais e de renovação e circulação do ar, em quantidade e qualidade compatíveis com o conforto humano, sejam quais forem às condições externas.

As principais variáveis climáticas de conforto (térmico, de iluminação e de ventilação natural), que interferem na edificação são: temperatura, umidade e velocidade do ar e radiação solar incidente.

Estes fatores têm relações diretas com:

• águas superficiais e subterrâneas; • regime de chuvas; • vegetação; • permeabilidade do solo; • topografia; • outras características locais que podem ser alteradas pela presença humana.

Consequentemente, estes fatores também afetam o desempenho térmico do edifício. Mas, há ainda outros fatores devem ser considerados, como:

• diferença de temperatura interna e externa;

Uma curiosidade é que a denominação efeito estufa advém das estufas de jardins utilizadas em regiões de clima temperado para o cultivo de plantas tropicais. Os gases presentes na atmosfera funcionam como o vidro para as estufas de jardim, ou seja, deixa a radiação penetrar para o interior das estufas, mas não deixa que ela retorne.

Saiba mais

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• localização, orientação, forma e altura do edifício; • características das construções da redondeza; • radiação térmica e capacidade isolante do edifício; • ação dos ventos; • existência de aberturas para iluminação e ventilação; • localização dos aparelhos eletrodomésticos.

A análise conjunta destes fatores é importante para garantir a habitabilidade e a redução do consumo de energia no edifício.

Entre os mais evidentes e graves impactos socioambientais produzidos pela urbanização devido à sua intensa transformação do meio natural, encontram-se a contaminação e a formação de um clima urbano específico e, como conseqüência, a perda da qualidade de vida dos habitantes da cidade.

O clima urbano é produzido pela ação do homem sobre a natureza e se relaciona à produção de condições diferenciadas de conforto / desconforto térmico, à poluição do ar, às chuvas intensas, às inundações e aos desmoronamentos das vertentes dos morros – eventos de grande custo social.

Nesta leitura, o autor do texto segue comentando que a perspectiva de um planeta mais urbano no século XXI se confirma cada vez mais. Aglomerações urbanas gigantescas, interconectadas, cobrem a superfície da Terra, multiplicando os efeitos das interações entre a sociedade e a natureza.

Segundo Pinheiro (2008), há uma relação entre a estratificação social do espaço urbano e as condições de conforto térmico dos habitantes. Em relação ao clima urbano, as classes menos favorecidas habitam lugares de maior rigor climático. Como fator agravante, também são estas pessoas que dispõem de menos meios de se proteger do clima, tanto em relação ao acesso à saúde, à alimentação, à energia e a equipamentos condicionadores de água e ar, como as vestimentas adequadas e ao ambiente edificado.

Os problemas relacionados ao conforto térmico, ao desempenho e à saúde das pessoas, ao consumo, à produção e à distribuição de energia para climatização, ao uso do espaço externo pela população, entre outros, devem interferir significativamente no aumento de energia produzido nos espaços urbanos, mas, por outro lado, podem ser conduzidos à uma solução por meio de estudos e propostas de planejadores e gestores urbanos.

Mascaro (1998), descreve que há interferência entre a média de aumento da temperatura (Oc) em função da densidade populacional, conforme visualizado na Figura 01.

Figura 01 - Média de Aumento de Temperatura (oC) X População Fonte: Mascaró (1998)

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6.5 O usuário

Temos quatro fatores dinâmicos do clima (temperatura, umidade, movimento do ar e radiação), que afetam a perda de calor no homem. A ação conjunta desses elementos denomina-se pressão térmica e tem influência na formação dos ventos.

Os ventos, efeito dos deslocamentos do ar atmosférico, surgem com o movimento de algumas zonas da atmosfera. Eles geralmente são ocasionados pelas diferenças da pressão atmosférica, decorrentes de alterações da temperatura. A Figura 02 ilustra a formação de zonas de alta e baixa pressão.

Pressão atmosférica Pressão exercida pela atmosfera sobre qualquer superfície, em virtude de seu peso. Equivale ao peso de uma coluna de ar de corte transversal unitário, que se estende desde um determinado nível até o limite superior da atmosfera. A sua medida pode ser expressa em milibares, em polegadas ou em milímetros de mercúrio (hg). É também conhecida como pressão barométrica. A pressão atmosférica varia de lugar para lugar. Essa variação é causada pela altitude e principalmente pela temperatura.

Figura 02 - Ilustração sobre a influência de zonas de alta e baixa pressão na formação de ventos Fonte: acervo do autor A Figura 02 ilustra deslocamentos de massas de ar com alta e baixa pressão. Na zona de baixa pressão há partículas de ar e água misturadas e, na zona de alta pressão, as partículas de água são expulsas (note que isso ocorre porque nessas condições o ar é incompressível). Isso explica o motivo pelo qual na época de inverno sempre há baixa umidade relativa do ar.

Zona de baixa pressão Região da atmosfera onde a pressão a um nível é baixa em relação ao seu contorno no mesmo nível. Umidade relativa A umidade relativa é a relação entre a quantidade de vapor de água existente na atmosfera, a uma determinada temperatura, e aquela para a qual o ar ficaria saturado a essa mesma temperatura. É dada em percentagem. No caso do ar estar saturado a umidade relativa será de 100%, se o ar estiver

Água

Ventos

Ventos + Baixa Pressão - Alta Pressão

Correntes de Ar

Maior Temperatura Menor Temperatura

Ar

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absolutamente seco será de 0%. A umidade relativa traduz o estado higrométrico do ar e avalia-se por meio de aparelhos denominados higrômetros. Uma massa de ar é uma grande porção da atmosfera, com milhares de quilômetros quadrados de extensão. Forma-se geralmente quando um grande volume de ar permanece em repouso ou se move lentamente sobre superfícies continentais ou oceânicas. As regiões de origem são locais onde uma massa de ar se forma e adquiri características de temperatura, pressão e umidade, que serão as mesmas em sua extensão. Elas se deslocam principalmente em função das diferenças de pressão atmosférica e do movimento de rotação da Terra.

Pressão É a força por unidade de área causada pelo peso da atmosfera sobre um ponto, ou sobre a superfície da Terra. Também conhecida como pressão atmosférica ou pressão barométrica.

Então, como explicar por que as massas de ar (ventos) se deslocam de uma área para outra da superfície terrestre?

Ocorre que a energia solar funciona como uma máquina climática: aquece a atmosfera e a terra e provoca uma evaporação da água dos oceanos, rios, lagos etc. Ela é responsável pelo movimento das massas de ar (vento) e pode-se afirmar que a energia solar é o motor de toda a circulação atmosférica de nosso planeta.

Evaporação

A evaporação é o processo físico pelo qual uma substância líquida (ou sólida) passa lentamente ao estado de vapor, considerando-se a temperatura ambiente. A evaporação implica no consumo de energia. Na atmosfera, em que a água evaporada é proveniente de superfícies livres líquidas ou sólidas (mares, lagos, cursos de água, etc.), a fonte de energia consumida na evaporação natural da água é a radiação solar. Esta evaporação vai para a atmosfera e é condicionada pela temperatura do ar e da superfície evaporante, pela extensão desta e pela umidade do ar. A evaporação é medida em mm, e um mm de água evaporada corresponde a um litro de água que se evaporou de uma superfície de um metro quadrado de área, durante certo intervalo de tempo, normalmente um dia. Para efetuar essa medição usam-se os evaporômetros que podem ser de diferentes tipos.

Os movimentos do ar e massas de ar resultam da distribuição desigual de energia solar nas zonas de baixas, médias e altas latitudes. A diferença de temperatura do ar atmosférico exerce uma função muito importante na formação de áreas de baixa e alta pressão atmosférica e, conseqüentemente, no movimento das massas de ar e dos ventos. Os deslocamentos de massas de ar sempre ocorrem de uma área de alta pressão (baixa temperatura) para uma área de baixa pressão (temperatura alta). – Figura 02.

O ar aquecido das zonas de baixas latitudes próximas ao equador se expande, torna-se leve e sobe (ascende), criando uma área de baixa pressão ou ciclonal. O ar mais frio e denso das áreas de médias e altas latitudes, desce, fazendo surgir uma área de Alta Pressão. Uma vez que há tendência das massas de ar igualar essas pressões, estabelece-se, assim, uma dinâmica atmosférica, ou seja, uma circulação de ar quente entre os trópicos e os pólos passando pelas zonas de latitudes médias.

As áreas frias ou de alta pressão, como as polares, e as subtropicais ou de latitudes médias são dispersoras de massas de ar (ventos) e recebem o nome de anticiclonais. As áreas quentes ou de baixa pressão atmosférica (de baixa latitude), como as equatoriais, são receptoras e de massas de ar (ventos) e recebem o nome de ciclonais.

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2. A carta psicométrica

Um método bastante usual para identificar regiões de conforto para um usuário em determinado local é utilizar mapas ou cartas psicométricas para estimativas e cálculos de capacidade e eficiência de aparelhos de ar condicionado.

Mas, o que vem a ser psicometria?

A psicometria é a medida da duração e da intensidade de processos mentais, por meio de métodos padronizados, também chamado de psicrometria.

Há inúmeras referências com ábacos e mapas de fácil acesso e manuseio. Para nossa abordagem, entretanto, utilizaremos a carta psicrométrica proposta por Olgyay (1973), conforme ilustrado na Figura 03.

Figura 03 - Carta Psicométrica Fonte: Olgyay; Olgyay (1973)

Deve-se ressaltar que o uso de cartas psicrométricas requer habilidade por parte do usuário, o que restringe sua utilização. Assim, para estimativas mais aprimoradas deve-se lançar mão de modelagem matemática e de simulação computacional para dirimir os erros de interpretação e de leitura.

Ressalta-se, entretanto, que para garantir a eficiência de ventilação em ambientes é necessário que o projetista tenha conhecimento técnico e a exata noção do procedimento a ser adotado.

3. Influências topoclimáticas

No Brasil, diante de sua grande extensão territorial, temos duas exigências. No período de verão, que representa a maior parte do território nacional, precisamos reduzir a energia ganha pelo edifício. Já no inverno, que afeta mais especificamente a região sul do país, é

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necessário reduzir a energia que o edifico perde. Devemos considerar ainda que outros agentes interfiram neste processo, dentre eles podemos citar, a altitude, a declividade e o fator de reflexão de estruturas verticais, horizontais e inclinadas.

3.1 Altitude

Há uma relação direta entre a altitude (ou altura), a temperatura e a chuva. A temperatura é inversamente proporcional a altitude. Ou seja, a temperatura diminui quando aumenta a altitude. Porém, há o inverso quando se trata de precipitação (ou chuva) e altitude. Ou seja, a precipitação tende a aumentar com a altitude. Entretanto, para altitudes significativas a maior porcentagem cai como neve e não como chuva.

Precipitação

A ação dos raios solares e do vento sobre as águas da superfície terrestre provoca o fenômeno da evaporação, que é a passagem da água do estado líquido para o estado de vapor. Devido à evaporação uma quantidade enorme de gotículas de água fica em suspensão na atmosfera, gotículas de água concentram-se, formando nuvens. Ao arrefecer, a água das nuvens precipita, em forma de chuva, por isso a chuva é um tipo de precipitação pluvial. A quantidade de chuva que cai num lugar, num certo tempo é medida pelo udômetro e registrada pelo udógrafo. Consideram-se precipitação todas as formas de água, líquida ou sólida, que caem das nuvens, alcançando o solo.

Neve

Precipitação de cristais de gelo translúcidos e brancos, em geral em forma hexagonal e complexamente ramificados, formados diretamente pelo congelamento do vapor de água que se encontra suspenso na atmosfera. É produzida frequentemente por nuvens do tipo estrato, mas também se pode originar das nuvens do tipo cúmulo. Normalmente os cristais são agrupados em flocos de neve.

3.2 Declividade

As declividades influenciam na velocidade e direção do vento e, inversamente, nas temperaturas. A Figura 04 ilustra este conceito.

Figura 04 - Aumento da velocidade do vento com o aumento da altitude Fonte: Mascaro (1998)

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3.3 Velocidade do vento

A velocidade do vento também sofre interferências em função do tipo de anteparos que são instalados sobre o terreno. Um exemplo disso é ilustrado pela Figura 05, que estabelece a percentagem de velocidade do vento sobre o terreno e a altitude.

Velocidade do vento

Quantificação do movimento do ar numa unidade de tempo. Pode ser medida de vários modos. Quando está em observação, é medida em nós, ou milhas náuticas por hora. A unidade adotada no Brasil é a de Km/h (quilômetro por hora).

Figura 05 - Percentagem da velocidade do vento sobre o terreno em função da altura Fonte: Mascaro (1998)

3.4 Fator de reflexão ou refletância

É a relação entre radiação refletida e radiação total recebida por um objeto. Um exemplo é a neve que cai sobre determinada superfície. Ela cria uma superfície branca brilhante que reflete mais de 75% da radiação solar que recebe. Por esse motivo, em climas temperados, com inverno rigoroso, o degelo ocorre de forma lenta.

Os elementos mais importantes para determinar a intensidade de reflexão de determinado objeto (especificamente para o nosso caso as superfícies expostas de uma edificação) são: a cor, o tipo e a textura do material. A Tabela 01 mostra a refletância recomendada em função da superfície.

Refletância

Relação entre o fluxo luminoso refletido por uma superfície e aquele que incide sobre ela. É também conhecido com fator de reflexão.

Tabela 1 - Refletância recomendada em função da superfície

Superfície Refletância

Teto 80 %

Parede 60%

Mesa ou bancada 35%

Máquinas e equipamentos 25% a 30%

Pisos 15% Fonte: Curso Técnico em Segurança do Trabalho, Colégio Alternativo, 2008.

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Já a Tabela 2 nos mostra os fatores de reflexão em função da cor do material.

Tabela 2 – Fatores de reflexão em função da cor do material

Tonalidades Claras Tonalidades Médias Tonalidades Escuras

Branco 85% Amarelo 65 % Cinza 30%

Creme 75% Bege 63 % Vermelho 13%

Amarelo 75% Cinza 55% Havânia 10%

Bege 70% Camurça 52 % Azul 8%

Verde 65% Verde 52% Verde 7%

Azul 55% Alumínio 41% Preto 2%

Rosa 50% Azul 35% Preto Absoluto 0% Fonte: Curso Técnico em Segurança do Trabalho, Colégio Alternativo, 2008. 3.5 Conforto térmico

Para o conforto térmico, o princípio usado nos projetos de edifícios é o de minimizar a radiação solar direta e difusa das fachadas e cobertura do edifício.

Sabemos que a troca térmica pode ocorrer em qualquer ambiente. Deve-se ressaltar, entretanto, que também podem ocorrer diferenças nesta troca, em função da umidade relativa do ar, se úmido ou seco.

De acordo com as referências ilustradas na Figura 06 podemos notar que, em síntese, o ser humano está sujeito aos seguintes efeitos:

1. radiação solar direta; 2. radiação refletida; 3. radiação difusa; 4. convecção; 5. radiação térmica

Figura 06 - Síntese da troca térmica em ambientes Fonte: Acervo do autor

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No verão, para a maior parte do nosso País, as paredes de uma edificação tendem a ficar de 4ºC à 8ºC mais quentes que o exterior. Considerando-se o processo de transferência de calor, o corpo humano acaba recebendo essa radiação. Quando isso ocorre há necessidade de resfriar o ambiente.

No inverno, mais especificamente para a região sul do País, a situação é inversa, ou seja, o corpo perde calor para superfícies frias. Neste caso, há necessidade de aquecer o ambiente.

4 Formas de transmissão de calor

O fluxo de calor ou frio transmite-se de três formas: condução (que ocorre principalmente em materiais sólidos), convecção (ocorre em líquidos e gases) e radiação (no qual não há necessidade de um meio material para a propagação dessa energia).

6.6 Condução

Na condução, a temperatura se propaga de um objeto para outro. Um exemplo é o cabo de uma frigideira, que quando aquecida propaga o calor para suas extremidades. Deve-se notar, entretanto, que alguns materiais são melhores condutores do que outros. O ar, por exemplo, é ineficiente na condução de calor.

As propriedades de uma superfície receptora são representadas por sua emissividade ε (ou poder emissivo) do corpo. Essas propriedades são ilustradas nas Tabelas 3 e 4.

Tabela 3 - Emissividade de superfícies Tipo de Superfície ε

Chapa de alumínio (oxidada) 0,12

Caiação nova 0,90

Telha de barro 0,85 / 0,95

Reboco claro 0,85 / 0,95

Vidro comum de janela 0,90 / 0,95

Chapa de alumínio (nova e brilhante) 0,05

Chapa de aço galvanizada (nova e brilhante) 0,25

Concreto aparente 0,85 / 0,95

Tijolo aparente 0,85 / 0,95

Revestimento asfáltico 0,90 / 0,98 Fonte: Projeto de Norma da ABNT 02:135.07-002 (2003)

A melhor solução, se dúvida alguma, é a de que os projetos de paredes, coberturas e aberturas, sejam elaborados e compatíveis de acordo com a necessidade de cada região.

Importante!

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Tabela 4 - Emissividade de superfícies – Cor/Pintura

Tipo de Cor/Pintura ε

- Branca 0,90

- Amarela 0,90

- Verde claro 0,90

- “Alumínio” 0,50

- Verde escuro 0,90

- Vermelha 0,90

- Preta 0,90 Fonte: Projeto de Norma da ABNT 02:135.07-002 (2003)

6.7 Convecção

Na convecção, a temperatura é transmitida por um fluido em movimento. Um exemplo é a água aquecida em uma chaleira, transformando o líquido em vapor d água. Fenômenos naturais como as brisas marítimas e terrestres, ventos e as correntes oceânicas podem ser explicados através da convecção.

O exaustor eólico, ilustrado na Figura 07, é um equipamento bastante utilizado para aliviar a massa de ar quente em função carga térmica recebida pelo telhado e transferida para o compartimento interno de uma edificação. Sua operação é simples, pois para entrar em funcionamento depende apenas de ventilação externa ou, na falta dela, de pressão interna (ar aquecido), sendo movido por convecção, para eliminar a pressão de vapor formada nas partes altas do edifício. Sua instalação pode ser visualizada conforme ilustrado na Figura 8.

Figura 03 – Exaustor eólico Fonte: Acervo do autor

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Figura 04 – Exaustores eólicos instalados em galpões Fonte: Acervo do autor

Para climas alternados, quentes com períodos frios, deve-se verificar alternativas e restrições para o uso de exaustores eólicos, já que a troca de calor ocorre ininterruptamente.

6.8 Radiação

Na radiação, diversas fontes podem radiar calor como o sol. Um exemplo disso é quando aproximamos a mão em uma lâmpada acesa e sentimos um aquecimento, que é efeito dessa radiação. Vale ressaltar que temos dois tipos de radiação:

• a radiação visível e infravermelha de onda curta, chamada radiação solar porque se origina do sol;

• a radiação infravermelha de onda longa, chamada radiação térmica. Que é resultante da diferença de temperatura entre uma pessoa e os objetos que a rodeiam.

• Para a condução a rapidez com que o calor é conduzido de uma extremidade a outra da

barra vai depender de fatores tais como: comprimento da barra, diferença de temperatura entre suas extremidades, espessura da mesma e do material do qual é feita. Existem materiais que são melhores condutores que outros, tendo uma maior condutibilidade térmica. De acordo com esta propriedade podemos classificá-los em condutores e isolantes.

Condutibilidade térmica

Propriedade que tem os corpos de serem condutores de calor. Segue por analogia as definições de condutibilidade sonora, acústica, etc. • A convecção é a forma de transmissão do calor que ocorre principalmente nos fluidos

(líquidos e gases). Diferentemente da condução onde o calor é transmitido de átomo a átomo sucessivamente, na convecção a propagação do calor se dá através do movimento do fluido envolvendo transporte de matéria.

• A energia transmitida por radiação é denominada energia radiante e apresenta-se na

forma de ondas eletromagnéticas, assim como as ondas de rádio, as microondas, a luz visível, a radiação ultravioleta (UV), os raios X e os raios gama. Essas formas de energia radiante estão classificadas por ordem de comprimento de onda (ou de freqüência) constituindo o espectro eletromagnético.

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7. Orientação dos edifícios

As características construtivas dos edifícios, tanto na forma quanto no volume, têm uma influência determinante nas condições de conforto interior. Se um determinado projeto não levou em conta as condições de clima regional ou se não teve uma escolha correta em seu posicionamento, em relação à carga térmica recebida, dificilmente será considerado um edifício eficiente na utilização de energia para proporcionar conforto ambiental aos seus usuários. Como conseqüência, haverá custos extraordinários para se compensar essa deficiência, de aquecimento ou de resfriamento, muitas vezes impactando diretamente no orçamento doméstico.

Segundo Carvalho (1970), depois da estabilidade, o problema mais importante na esfera da técnica, tanto na Construção Civil como na Arquitetura, é o da boa orientação das peças de um edifício, em relação aos pontos cardeais.

Carvalho (1970) acrescenta que a estabilidade das construções está diretamente relacionada com a preservação da vida humana, e a possibilidade de ocorrência de acidentes. Da mesma forma, a orientação dos compartimentos está também ligada à conservação da vida, pelo simples fato de poder provocar danos e afetar a saúde das pessoas. Estaca que um erro no projeto hidráulico (de água ou de esgotos) pode ser corrigido, entretanto, um edifício mal orientado implica em desastrosas modificações na construção, em geral irreversíveis.

A Figura 09 mostra a radiação solar recebida por um edifício, no verão, em função de sua orientação, para a cidade de Porto Alegre, RS. O Gráfico foi calculado para edifícios de 10 andares, com 2.000m2 de área e relação de lados da planta de 4:1.

Figura 05 – Radiação solar recebida pelo edifício, em função da orientação, em Porto Alegre. Gráfico para prédios de 10 andares, com 2.000m2 de área e relação de lados da planta de 4:1 Fonte: Mascaró (1998) Observe, na Figura 09, que o edifício será rotacionado no sentido horário, de 0º a 90º. Podemos observar que no início, a linha que passa pelo eixo longitudinal do edifício está alinhada com o eixo E (Leste) e W (Oeste) e, nessas condições o ganho de calor é de aproximadamente 1,8 Kcal.103/dia.

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Girando-se mais 22º30’ o ganho cai para aproximadamente 1,75 Kcal.103/dia. Em 45º o ganho salta para 2,85 Kcal.103/dia e, nos próximos giros, 67º30’ e 90º este ganho vai para 3,5 Kcal.103/dia e 4,0 Kcal.103/dia, respectivamente. Portanto, nesta simulação é visível o ganho ou perda de calor do edifício em função de seu posicionamento no terreno.

8. Aberturas (janelas)

Basicamente a janela possui três funções: contato visual com o exterior, iluminação e ventilação. Em termos arquitetônicos, a janela forma a fachada, tem grande importância no visual da obra, além de ser um elemento onde vários materiais e componentes tem de funcionar conjuntamente.

A janela é formada pela esquadria, folhas, selantes, acessórios e pelo envidraçamento. O mínimo desejável de uma janela é um bom desempenho em uso e durabilidade. Para isso, passa pelo controle de qualidade, que se inicia na fase do projeto (escolha do tipo, do material entre outros) e depois da correta instalação e manutenção. A janela tem também funções extremamente importantes, como ventilação, iluminação e conforto térmico.

A janela precisa atender às seguintes exigências de qualidade:

• segurança: comportamento mecânico e comportamento ao fogo; • habilidade: aspectos de estanqueidade, higrotermia, acústica, aspectos e manobras; • durabilidade: coservação das propriedades e aspectos de manutenção e reparos; • qualidade dos dispositivos complementares de estanqueidade e dos acessórios.

Em relação à estanqueidade à água, deve-se considerar o clima, a ação do vento e da chuva. a penetração e água para o interior ocorre devido a ação do vento, levando a água através de frestas ou juntas mal vedadas que se abrem devido a pressão do vento. Esta pode ocorrer através do vazamento (gotas ou filetes de água na face interna da janela) e o escorrimento, filete de água contínuo, que acaba fluindo pela parede.

A isolação acústica depende fundamentalmente:

• do tipo de vidro; • do modo de colocação e fixação do vidro; • da estanqueidade entre o marco e as folhas e entre o marco ou contra o marco e a

alvenaria; • do tipo de material que constitui o caixilho;

Segundo pesquisas da Universidade Federal de Santa Catarina é importante considerar a permeabilidade do ar principalmente em regiões de clima frio e onde é utilizado o tão comum "ar condicionado". O material que melhor desempenha esta função, assim como a estanqueidade e o desempenho acústico é o PVC, devido ao fato de seus perfis serem soldados (o próprio PVC é aquecido e unido) formando quase uma peça única, diferente da madeira ou metal que possui os perfis unidos por soldas ou parafusos, tornando-os vulneráveis ao ar, água, poeira, insetos entre outros. (<http://www.arq.ufsc.br/arq5661/Aberturas/janelas.html>. Acesso em: abr. 2010),

Saiba mais

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Importante destacar que existem normas em relação à isolação sonora, que dependem das condições de exposição ao ruído e da tolerância do usuário.

8.3 Tipos de aberturas

A seguir, temos os tipos de abertura enumerados e na forma gráfica. Observe-os com atenção! 1 - Folha de varrer 2 - Folha basculante inferior 3 - Folha oscilo-basculante 4 - Folha de correr 5 - Folha de dobrar 6 - Folha pivotante horizontal 7 - Folha pivotante vertical 8 - Folha basculante superior

Figura 6 – Principais tipos de Aberturas (janelas) Fonte: Acervo do autor

O conhecimento de variáveis que interferem na eficiência das aberturas é importante para:

• escolhermos adequadamente a orientação das aberturas; • para aperfeiçoar a ventilação e iluminação dos recintos.

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A escolha das aberturas vai depender de cada projeto, entretanto, devemos sempre optar por aquelas que facilitam a saída do ar aquecido e, conseqüentemente, a entrada do ar frio, possibilitando ainda a separação dessas correntes. Para os exemplos apresentados na Figura 10, pode-se inferir que o tipo que mais se aproxima deste critério e o modelo Folha pivotante horizontal.

Em casos extremos deve-se usar dispositivos de proteção solar para as aberturas - “brise-solar” ou quebra-sol.

Resumo

Iniciamos, por meio deste capítulo, os estudos sobre o conforto do ambiente construído. Você pode compreender a importância do conforto para as áreas da engenharia e arquitetura. Estudou para isso o climo, a edificação e o usuário. Viu, também, a carta psicométria que é um instrumento que possibilita fazer o mapeamento das regiões de conforto para o usuário onde foi destacada a utilização da modelagem matemática nesse processo de elaboração. Em seguida, você aprendeu as influências topoclimáticas como a altitude, a declividade, a velocidade do vento e o fato de reflexão ou refletância. Esses conceitos foram mostrados associados à perda e ganho de energia do edifício.Finalizamos, com as formas de transmissão de calor, orientação dos edifícios e aberturas.

Atividades para o capítulo Atividade 1 Sob o aspecto humano, toda edificação deve oferecer condições de conforto ambiental em quantidade e qualidade compatíveis, sejam quais forem às condições externas. Cite 4 condições básicas de conforto ambiental e dê exemplos.

Atividade 2 A ventilação cruzada é importante porque, quando em quantidade e qualidade suficientes, deve propiciar a renovação do ar nos ambientes. Ela ocorre desde que haja uma entrada de ar na parte inferior e uma saída, no lado oposto, na parte superior do compartimento. Pode ocorrer pelo princípio da convecção ou, ainda, a própria força do vento exterior.

Atividade 3 A Psicometria pode ser definida como o ramo da física relacionado com a identificação das condições do ar atmosférico (principalmente com respeito à mistura ar seco e vapor d’água), sendo necessário o conhecimento das condições de umidade e temperatura do ar. Deste modo, a carta, ábaco ou diagrama psicométrico (ou psicrométrico) é importante porque simplifica a medida das propriedades do ar, eliminando cálculos que de outra forma seriam necessários.

Atividade 4 Mencione quais são as principais variáveis climáticas do conforto (térmico, de iluminação e de ventilação natural), considerando-se apenas o edifício e o usuário.

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Atividade 5 Utilizando conceitos técnicos, descreva objetivamente quais os fatores que interferem no movimento de ar em compartimentos internos do edifício.

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Referências

FIGUEIREDO, Silvio Luis. Iluminação. Disponível em: <www.higieneocupacional.com.br/download/ilumina-silvio.doc>. Acesso em: 06 abr. 2010.

FROTA, Anésia Barros. Manual de conforto térmico: arquitetura, urbanismo / Anésia Barros Frota, Sueli Ramos Schiffer. 5. ed.São Paulo, Ed. Studio Nobel, 2001. MASCARÓ, Lúcia R. Energia da edificação: estratégias para minimizar seu consumo. São Paulo, Ed. Projeto, 1998. OLGYAY, V. & OLGYAY, A. Design with climate: bioclimatic approach to architectural regionalism. Princeton: Princeton University Press, 1973. CARVALHO, Benjamim. A. Técnica da orientação dos edifícios. Ed. Ao Livro Técnico, 1970. Novo dicionário eletrônico Aurélio versão 5.0. 3. ed., 1ª. impressão da Editora Positivo, revista e atualizada do Aurélio Século XXI, 2004 by Regis Ltda. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Projeto 02:135.07-001/2: Desempenho térmico de edificações. Parte 2: Métodos de cálculo da transmitância térmica, da capacidade térmica, do atraso térmico e do fator solar de elementos e componentes de edificações. Rio de Janeiro, SET 2003.