Desempenho-termico trabalho, Trabalhos de Engenharia Civil

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Desempenho Térmico e

Eficiência Energética em

Edificações

Conforto Higrotérmico Dirigido à

Concepção Arquitetônica

Trabalho elaborado no âmbito do convênio ECV033/04 realizado entre ELETROBRAS PROCEL e a UFAL ELE TROBR AS PROCEL Presidência José da Costa Carvalho Neto Diretor de Transmissão José Antônio Muniz Lopes Secretário Executivo do Procel Ubirajara Rocha Meira Departamento de Projetos de Eficiência Energética Fernando Pinto Dias Perrone Divisão de Eficiência Energética em Edificações Maria Teresa Marques da Silveira Equipe Técnic a ELETROBRAS PROCEL Divisão de Eficiência Energética em Edificações Clovis Jose da Silva Edison Alves Portela Junior Elisete Alvarenga da Cunha Estefania Neiva de Mello Frederico Guilherme Cardoso Souto Maior de Castro Joao Queiroz Krause Lucas de Albuquerque Pessoa Ferreira Lucas Mortimer Macedo Luciana Campos Batista Mariana dos Santos Oliveira Vinicius Ribeiro Cardoso Colaboradores George Alves Soares José Luiz G. Miglievich Leduc Myrthes Marcele dos Santos Patricia Zofoli Dorna Rebeca Obadia Pontes Solange Nogueira Puente Santos Viviane Gomes Almeida Diagramação / Programação Visual Anne Kelly Senhor Costa Aline Gouvea Soares Kelli Cristine V. Mondaini UFAL Edição Leonardo Bittencourt Autor Cláudia Barroso-Krause Colaborador Fathiane Martins

• INTRODUÇÃO
• 1 O CONFORTO, AS FONTES DE DESCONFORTO E O USUÁRIO
• 1.1 O novo cenário de nossos projetos arquitetônicos: as intervenções humanas e o microclima
• 1.2 O homem e suas necessidades ambientais
• 2 O HOMEM, SUAS NECESSIDADES HIGROTÉRMICAS, A EDIFICAÇÃO..............................
• 2.1 Trocas higrotérmicas entre o homem e o seu entorno livre
• 2.2 As trocas térmicas entre o homem, a edificação e seu entorno....................................................................................
• 3 TROCAS POR RADIAÇÃO ENTRE A CONSTRUÇÃO E O ENTORNO
• 3.1 Arquitetura e trocas por radiação.............................................................................................................................................
• 4 TROCAS POR CONDUÇÃO ENTRE A CONSTRUÇÃO E O ENTORNO
• 4.1 Condução e resistência à passagem de calor
• 4. 2 O conceito de massa térmica
• 4.3 Arquitetura e trocas por condução
• 5 TROCAS POR CONVECÇÃO
• 5.1 Trocas por convecção entre a construção e seu entorno
• 5.2 Arquitetura e trocas por convecção
• 5.3 Cobertura e ventilação
• 5.4 Ventilação e umidificação
• 5.5 Outras situações de conforto higrotérmico no projeto
• PROJETO 6 O DIAGNÓSTICO DO MICROCLIMA: OS INSTRUMENTOS DE PROGNÓSTICO PARA O
• 6.1 O Diagrama bioclimático de Givoni.........................................................................................................................................
• 6.2 O diagnóstico do microclima.
• 6.3 Diagrama solar
• 7 RESUMO DAS PRINCIPAIS DIRETRIZES DE PROJETO
• GLOSSÁRIO
• BIBLIOGRAFIA CONSULTADA E DE APOIO

INTRODUÇÃO

Este guia técnico propõe, em linguagem simples, as informações básicas para o início da abordagem bio- climática do projeto sujeito à climatização mista com opção prioritária pela não climatização. Apresenta, além do texto principal, um glossário simples, que explica os principais conceitos utilizados (sublinhados no texto) e instrumentos úteis para acompanhar o desenvolvimento da concepção do projeto. Ela não pretende resolver os problemas ligados ao bioclimatismo e a conservação de energia em edificações em clima tropical brasileiro, nem apresentar em detalhes todo o resumo do conhecimento disponível sobre o assunto, mas apresentar noções básicas que, compreendidas pelos arquitetos, possam ser incorporadas ao processo de concepção arquitetônica, permitindo a otimização do projeto face ao seu entorno climático e às necessidades de seus futuros ocupantes. A pesquisa em qualidade das construções em clima tropical úmido vai muito mais longe e tem sido objeto de pesquisa intensa. Nossos centros universitários - de Norte a Sul do país - e institutos de pesquisas tecno- lógicas vêm procurando integrar e adequar os princípios físicos da transmissão de calor e as necessidades de caráter ambiental dos diversos tipos de usuários às nossas diversidades climáticas, culturais e às nossas leis de uso do solo. Muitas das informações aqui transmitidas vêm dessa massa multidisciplinar de pesqui- sadores. Outras, de uma geração anterior, cujo pioneirismo deve ser reconhecido. Especificamente a pesquisa em conforto higrotérmico nas edificações tem procurado tomar uma nova atitude frente à arquitetura. Ela procura definir uma abordagem do projeto da construção desde seu início em ligação “íntima” com o lugar, seu entorno, o clima e os hábitos construtivos locais. Ela procura preservar a liberdade de escolha, sem dissociá-la de sua responsabilidade ambiental. Viemos nos dar conta que fomos um pouco longe demais, ao ter confiança cega no uso de equipamentos para resolver a posteriori aspectos do conforto ambiental no interior das edificações. A arquitetura do século XX se caracterizará talvez (ao menos do ponto de vista histórico) por ter dado exa- gerada importância à tecnologia. Esta dependência atual em relação ao controle mecânico do ambiente interior, em detrimento da exploração dos fenômenos climáticos naturais para satisfação de nossas exi- gências de conforto.

1 O CONFORTO, AS FONTES DE DESCONFORTO E O

USUÁRIO

1.1 O novo cenário de nossos projetos arquitetônicos: as intervenções hu-

manas e o microclima

Os grandes centros urbanos assistiram, recentemente, a uma variação importante no seu microclima, em função da mudança de ritmo da atividade humana. Milhares de deslocamentos diários dos automóveis, a refrigeração (ou o aquecimento) e a iluminação in- tensiva dos edifícios e dos locais públicos, e mesmo a presença dos milhares de seres humanos constituem hoje, fonte de calor e de tipos diversos de poluição (ruídos, poeiras, hidrocarbonetos e vários produtos das combustões) que determinam o microclima urbano. Se a estes fatores se associam situações geográficas especiais, assistimos, tanto em São Paulo como em Atenas e na cidade do México - situadas em uma depressão e fora do alcance dos ventos de alta velocidade

• a um acúmulo de alguns dos subprodutos das atividades humanas, gerando um adensamento de gases e uma situação de poluição muito forte. Figura 1: Fachada de escritório, Papeete, Tahiti. Figura 2: Vista São Conrado, Rio de Janeiro. Fonte: Arquivo pessoal, 2003. Fonte: Arquivo pessoal, 2005.

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Construções em “paredão” como observado em Acapulco, no México, ou em Copacabana, no Rio de Janeiro, impedem tanto o acesso dos ventos locais aos quarteirões internos, quanto do Sol às ruas estreitas e aos andares mais baixos das edificações, prejudicando a qualidade do ar em climas úmidos, quer frios, quer quentes. Figura 3: Efeito barreira provocado pelo urbanismo. Figura 4: Disponibilidade de Recursos naturais e ocupação Fonte: Arquivo pessoal, 2003. urbana. Fonte: Arquivo pessoal, 2009. Ou seja, ao concentrar suas atividades em um só lugar - a cidade - o homem modifica seu microclima: acontecem temperaturas médias mais elevadas, modificação do regime de chuvas e o aumento da nebu- losidade, devido à poluição do ar. As chuvas, sendo rapidamente evacuadas para o sistema de esgoto, pelo excesso de solo impermeável, não têm tempo de refrescar o solo e o ar, salvo perto dos parques e jardins. Bairros inteiros passam a sofrer com o calor no verão e na meia-estação. Figura 5: Centro da cidade, Rio. Figura 6: Vista da cidade, Belém. Fonte: Arquivo pessoal, 2004. Fonte: Arquivo pessoal, 2003.

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Levados por imitações e modismos, terrenos têm sua cobertura vegetal retirada e construções passam a ser projetadas em função de modelos nem sempre adaptados a gestão provável de seu usuário e entorno. Figuras 11 e 12: Construções no Morro do Batan, Rio de Janeiro, RJ. Fonte: Arquivo pessoal, 2008. Esta mudança de hábitos impede a livre circulação de ar no interior das construções; e os muros, cada vez mais altos e impenetráveis, afastam os ventos de todo o terreno. Mas não é só o meio urbano que sofre. As zonas rurais por vezes, quando da troca da área de plantio ou da implantação de fábricas, padecem de filosofias agrícolas trabalhando com a técnica de terreno arrasado, mais simples de execução. Se limpa, planifica-se, aterra-se o terreno e em seguida se dá início, com mais “conforto” ao projeto de implantação. Figura 13: Esquema de efeito diferenciado de absorção da radiação solar. Fonte: Arquivo pessoal, 2005.

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Com a retirada da camada fértil do solo e da variedade florestal existente, o microclima se modifica. Partes importantes da fauna e da flora desaparecem e permitem a ocorrência de erosão e do empobrecimento progressivo do solo. Figura 14: Efeito do desmatamento sobre temperatura de superfície de solo. Fonte: www.greenpeace.org.br, 2002. Perde-se o amortecimento da vegetação em relação à ação das chuvas, da correnteza dos rios, dos ventos, da radiação solar. A amplitude de temperatura aumenta. A qualidade da água dos mananciais é comprometida, o que será, segundo alguns, o desafio maior do próximo século. O microclima se degrada e as soluções regionais, tradicionais, de projeto deixam de responder aos anseios de seus usuários. Figura 15: Efeito de assoreamento em rio, Belém, PA. Fonte: Arquivo pessoal, 2004.

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Figura 17: Situações diferenciadas de Conforto^2. Fonte: Arquivo pessoal, 2009. Depreendemos daí que só existe um conforto ambiental, global e indefinível. Porém, existem várias fontes físicas e psicológicas independentes, mas capazes de se somarem, de desconforto. Portanto, enquanto arquitetos, o que nos deve preocupar na realidade não é o conforto, mas o desconforto. É a possibilidade de sua ocorrência que devemos bem conhecer, para melhor determinarmos suas causas. Desta forma, poderemos, no projeto nosso de cada dia, projetar mecanismos para evitar ou minorar suas consequências sobre o usuário. O estudo de conforto ambiental é dividido usualmente em três grandes grupos: conforto térmico, lumínico e acústico, embora sejam apenas algumas das facetas2 de um único conceito que envolve o homem e suas necessidades ambientais. Conhecendo as bases conceituais destes “confortos”, capacitamo-nos ao projeto arquitetônico responsável para com o usuário e o seu entorno. (^2) Como arquitetos, outros confortos igualmente importantes nos são cobrados como respiratório, ergonômico, táctil, visual, etc. Que devem interagir no momento das decisões projetuais.

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Alguns dos recursos apresentados nesta apostila de conforto higrotérmico interagem com outras neces- sidades que os ambientes possuem, os quais pela sua importância ou por estarem incluídos em outros enfoques, estarão desenvolvidos em outros guias técnicos desta coleção. Assim, por exemplo, a ventilação natural, que é o grande recurso de resfriamento passivo, dependendo de seu uso, será tratada aqui em linhas gerais, sendo detalhado em um guia técnico específico sobre esse assunto. O acesso à luz do céu, que permite a iluminação de melhor qualidade e custo zero, possui seus próprios requisitos de projeto. O conforto acústico vem, por vezes, de encontro a alguns princípios de conforto térmico, na medida em que o mesmo ar que traz o arrefecimento do calor pode, dependendo do que esteja ocorrendo em sua origem, trazer a onda sonora que gerará o desconforto acústico. A aplicação fortuita de alguns princípios como a permeabilidade da construção poderá propagar sons. Se forem considerados por quem os emitem como desejáveis ou agradáveis – ensaios musicais, ou animados debates, por exemplo – podem ser compreendidos como ruído pela vizinhança. Figura 18: Parede externa com elemento vazado, Lauro de Freitas, Bahia. Fonte: Arquivo pessoal, 2004. A leitura atenta do conjunto dos guias técnicos e da relação dos fundamentos ali contidos com as decisões de projeto capacitará o arquiteto, face à diversidade de escolhas que vai desde a implantação da edificação até a definição dos materiais à sua disposição, para optar pela melhor escolha global.

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Figura 19: Conforto externo. Fonte: Arquivo pessoal, 2008. Aliás, este exemplo permite ilustrar a diferença entre os aspectos fisiológicos do conforto higrotérmico e a percepção do mesmo, que pode ser retardada ou anulada face a uma situação psicológica favorável. Imaginem que dois jogadores de vôlei, com saúde e níveis técnicos diferenciados, se encontram numa partida onde o mais fraco, por sorte, se superpõe ao mais forte. A percepção do desconforto térmico será menos intensa ou mais retardada - condições psicológicas pre- valecendo – para o que está, inesperadamente, ganhando. Porém, será provavelmente este quem primeiro sentirá os danos físicos, como tontura ou mesmo desmaio – condições fisiológicas prevalecendo - e quem sentirá esses danos de forma mais intensa, a depender de quanto tempo continuará jogando. Resumindo, o conforto higrotérmico é obtido sempre que se consegue manter um equilíbrio entre as necessidades do corpo em cada atividade e a oferta climática do entorno, de forma que a temperatura de equilíbrio interna permaneça constante e em torno de 36,7°C, o que é fundamental para o pleno exercício de todas as atividades humanas.

2.1 Trocas higrotérmicas entre o homem e o seu entorno livre

O conforto higrotérmico pode ser obtido através da obtenção de um equilíbrio dinâmico entre as necessi- dades do corpo e a oferta do seu entorno.

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Se pensarmos inicialmente nas relações do homem com o meio natural, poderemos destacar algumas possibilidades de obtenção deste equilíbrio através da ocorrência de trocas térmicas^3 , ilustradas na figura a seguir: Figura 20: Esquema básico de trocas térmicas entre o homem e entorno. Fonte: Arquivo pessoal, 2005. Legenda da figura: M – Metabolismo, ou a produção de calor interno do corpo. Pode ser incrementada pela ingestão de ali- mentos e líquidos. R – trocas por radiação. Entre o Sol e o corpo, entre o corpo e a abóbada celeste, entre o corpo e os demais corpos (paredes, tetos, móveis etc.) C – trocas por condução, contato. Entre o corpo e toda superfície em que ele toca. Cv – trocas por convecção. Entre o corpo e o ar que está em seu contato direto. E – trocas por evaporação/sudação. Eliminação do calor pela troca pulmonar, na expiração, e através da pele, pelos poros. As trocas higrotérmicas, ilustradas na figura acima, ocorrem todo o tempo e podem mudar de sentido – de perda (ilustradas em azul) para ganho (ilustradas em vermelho) de calor – segundo haja mudança de local, de momento (dia/noite), de vestuário (em função da resistência térmica da vestimenta) ou de atividade (taxa metabólica). (^3) O glossário detalha de forma mais detalhada estas trocas.