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UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC
CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL – DEC
AMANDA STEFFEN
CONFORTO TÉRMICO E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA: CONCEITOS,
CORRELAÇÃO E UM ESTUDO DA APLICAÇÃO DA ETIQUETAGEM
PROCEL EDIFICA EM UMA EDIFICAÇÃO COMERCIAL
JOINVILLE – SC
2011
UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA – UDESC
CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS – CCT
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL – DEC
AMANDA STEFFEN
CONFORTO TÉRMICO E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA: CONCEITOS,
CORRELAÇÃO E UM ESTUDO DA APLICAÇÃO DA ETIQUETAGEM
PROCEL EDIFICA EM UMA EDIFICAÇÃO COMERCIAL
Trabalho de Graduação apresentado ao Departamento de Engenharia Civil da Universidade do Estado de Santa Catarina como requisito para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil
Orientadora: Profª. Drª. Ana Mirthes Hackenberg
JOINVILLE – SC
2011
AMANDA STEFFEN
CONFORTO TÉRMICO E EFICIÊNCIA ENERGÉTICA: CONCEITOS,
CORRELAÇÃO E UM ESTUDO DA APLICAÇÃO DA ETIQUETAGEM
PROCEL EDIFICA EM UMA EDIFICAÇÃO COMERCIAL
Trabalho de Graduação aprovado como requisito parcial para obtenção do título de
Bacharel em Engenharia Civil pelo Centro de Ciências e Tecnológicas – CCT da
Universidade do Estado de Santa Catarina – UDESC.
Banca Examinadora:
Orientadora: ___________________________________________ Profª. Drª. Ana Mirthes Hackenberg Universidade do Estado de Santa Catarina – UDESC
Membro: ___________________________________________ Profª. MEng. Kelly Cristina G. Loureiro Dencker Universidade do Estado de Santa Catarina - UDESC
Membro: __________________________________________ Profª. MSc. Andreza Kalbusch Universidade do Estado de Santa Catarina - UDESC
Joinville, 17 de junho de 2011
À minha avó paterna, Lidia Klappoth Steffen (in memorian), por ter acreditado em mim desde o começo, quando nem eu mesma acreditava que conseguiria chegar tão longe.
AGRADECIMENTOS
Aos meus pais, Roberto e Eliana Carla Steffen, pela minha formação como
pessoa e por todo o apoio e paciência, principalmente durante os períodos mais
difíceis da minha vida.
À Maria Elisa Bernstorff Crivellaro, por ter me incentivado a fazer Eng. Civil.
À Profª. Drª. Ana Mirthes Hackenberg pelo incrível apoio na elaboração deste
trabalho, à M² Arquitetura, sobretudo ao arquiteto Marcos José Deretti Lopes, por ter
cedido os projetos para o estudo de caso, e à Anagê Centro, sobretudo ao gerente
administrativo Rodrigo Alves da Silva, por ter me autorizado a realizar visitas na
imobiliária para coleta de dados.
Aos tios Julio Fialkoski e Claudia Galetti pelo apoio incondicional, às famílias
Crivellaro, Arcuri e tantas outras que me incentivaram e me ajudaram.
Ao Coral UDESC-Joinville, minha segunda família, em particular aos meus
amigos Alexandre Orthey, Alessandra Duarte, Susan Laufer, Helena Iunzkovski,
Tamara Silveira e à ex-maestrina Liara Roseli Krobot.
À Maristela H. Farias, que desde o dia da minha matrícula no CCT se tornou
meu anjo da guarda, e a seu marido João Carlos “Dr. Água” Farias.
Aos meus amigos e futuros colegas de profissão, cujos nomes são muitos
para colocar neste papel, mas que sabem que moram no meu coração.
Aos meus chefes e ex-chefes: Prof. Dr. Doalcey Antunes Ramos e Profª. MSc.
Andreza Kalbusch, do PURA CCT-UDESC; à Profª. Drª. Carmeane Effting,
coordenadora da Eng. Civil da SOCIESC; ao Engº. Civil Robson Dayan Baur e à
Arquiteta Cristiane Oechsler, da Baur Engenharia. Aprendi muito com todos vocês,
tanto a nível profissional quanto pessoal.
Às minhas irmãs de coração, Gabriela N. E. Machado e Silvia Cristina
Schwartz, por 15 anos de imenso amor.
E por último, mas não menos importante, aos meus anjos de 4 patas:
Pollyanna Carolina, Cindy Maria, Dinha Aparecida e Zoraide Cristina, por terem dado
alegria, conforto e amor incondicional a mim e a meus pais durante todos estes
anos.
“The more you want to feel free/The deeper your roots need to be”
Frank M. Spinath
RESUMO
STEFFEN, Amanda. Conforto térmico e eficiência energética: conceitos,
correlação e um estudo da aplicação da etiquetagem Procel Edifica em uma
edificação comercial. 2011. 205 f. Monografia (Bacharelado em Engenharia Civil).
Universidade do Estado de Santa Catarina. Joinville, 2011.
Durante os dois últimos anos (de 2001 a 2002) do governo do presidente Fernando Henrique Cardoso, o Brasil entrou em uma crise popularmente denominada “apagão”, na qual foi obrigado a racionalizar energia durante certos períodos e em determinadas regiões, principalmente no Sudeste e Centro-Oeste. Esse evento, aliado ao bombardeio de dados estatísticos e previsões pessimistas a respeito do futuro do meio ambiente a nível global, fez com que se começasse a despertar a consciência a respeito, entre outros fatores, da utilização racional de água e de energia elétrica, ainda que a passos pequenos. Como grande parte do consumo de energia elétrica, tanto em residências quanto em estabelecimentos comerciais, é empregada no aquecimento e arrefecimento de ambientes, surge uma necessidade maior de estudar maneiras de se estabelecer o conforto térmico dos usuários dos edifícios com a otimização do consumo energético. A norma 15575:2008 da ABNT, atualmente em revisão, especifica os requisitos mínimos de conforto térmico para edificações de até 05 (cinco) pavimentos, podendo ter ampla aplicabilidade; normas de eficiência energética, como a alemã Passivhaus, têm sido implantadas com sucesso no exterior; e com a sanção de uma lei que dispõe sobre a Política Nacional de Uso e Conservação de Energia, em 2001, a Eletrobrás instituiu um selo de etiquetagem, o Procel Edifica, para edifícios comerciais (em residenciais só a partir do final de 2010). Este trabalho visa mostrar os conceitos de conforto térmico e eficiência energética, correlacioná-los, apresentar parâmetros da Passivhaus e do Procel Edifica para a obtenção desses dois itens e, para finalizar, um estudo de caso em uma edificação comercial de Joinville através de análise de requisitos de envoltória fornecidas pelo selo de etiquetagem brasileiro.
PALAVRAS-CHAVE: Conforto térmico, Eficiência Energética, NBR 15575, Procel Edifica, Passivhaus.
ABSTRACT
STEFFEN, Amanda. Thermal comfort and energy efficiency: concepts,
correlation and a study on the aplication of Procel Edifica certification seal in a
commercial building. 2011. 205 f. Monography (Bacharelado em Engenharia Civil).
Universidade do Estado de Santa Catarina. Joinville, 2011.
During the last two years (from 2001 to 2002) of President Fernando Henrique Cardoso’s governament, Brazil has entered into a crisis popularly called "blackout", in which it was obliged to rationalize energy during certain periods and in certain regions, especially in the Southeast and Midwest. This event, coupled with the barrage of statistics and dire predictions about the future of the environment globally, made people begin to raise awareness about, among other factors, the rational utilization of water and electricity, initially at small steps. Because much of the power consumption in both residential and commercial establishments, are employed in heating and cooling environments, there is a greater need to study ways to establish the thermal comfort of the buildings’ users to optimize energy consumption. ABNT Standard 15575:2008, currently under review, specifies the minimum requirements for thermal comfort in buildings up to 05 (five) floors and may have wide applicability; efficiency standards, such as the German Passivhaus, have been successfully implanted overseas, and with the sanction of a law which provides for the National Policy on Use and Conservation of Energy in 2001, Eletrobrás imposed an energy labeling called Procel Edifica for commercial buildings (in residential buildings only by the end of 2010 ). This paper shows the concepts of thermal comfort and energy efficiency, correlate both terms and provide parameters from Passivhaus and Procel Edifica to obtain these two items; also, as a closure to the theme, a case study made in a business building located in Joinville, using the envelope criteria provided by the Brazilian efficiency label .
KEYWORDS: Thermal comfort, energy efficiency, ABNT Standard 15575, Procel Edifica, Passivhaus.
0
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Consumo de energia em diversos países do mundo, com destaque para o Brasil. ........................................................................................................................19
Figura 2 – Consumo energético residencial por uso final nas regiões Norte e Nordeste do Brasil.....................................................................................................21
Figura 3 - Consumo energético residencial por uso final nas regiões Sudeste e Sul do Brasil. ...................................................................................................................22
Figura 4 – Consumo energético por uso final no Brasil.............................................22
Figura 5 – Distribuição do consumo de energia por uso final em edificações comerciais. ................................................................................................................23
Figura 6 - Distribuição do consumo de energia por uso final em edificações de serviços públicos. ......................................................................................................23
Figura 7 - Trajetória elíptica da Terra ao redor do Sol, os solstícios (letras a e c) e equinócios (letras b e d). Em destaque, a inclinação do eixo terrestre em relação ao plano que passa pela linha do Equador. ...................................................................29
Figura 8 - Exemplo de carta solar. ............................................................................30
Figura 9 – Termômetros de bulbo seco (esquerda) e úmido (direito)........................32
Figura 10 – Carta psicrométrica. ...............................................................................33
Figura 11– Ciclo hídrico. ...........................................................................................34
Figura 12 – Movimento do ar em regiões marítimas. ................................................37
Figura 13 – Rosa dos ventos do TRY (Test Reference Year, ou Ano de Referência Climático) de Florianópolis, com direção e velocidades mais frequentes. ................38
Figura 14– Somatório de Icl de diferentes peças de roupa em diferentes combinações. ............................................................................................................44
Figura 15 – Relação da temperatura de conforto com a temperatura média, a partir de estudos realizados em todo o mundo (quadro da esquerda); no quadro da direita, relação obtida a partir de estudos utilizando um padrão climático em particular, porém em diferentes épocas do ano, na Europa (linha contínua) e no Paquistão (linha tracejada).........................................................................................................49
Figura 16 – Porcentagem de indivíduos satisfeitos em pesquisa a escritórios no Paquistão, apenas com a presença de ventiladores e a possibilidade de mudanças na vestimenta. ...........................................................................................................50
Figura 17– Comparação entre valores medidos com preditos pelo PMV para edificações com sistema central de ar condicionado. ...............................................51
Figura 18 – Comparação entre valores medidos com preditos pelo PMV para edificações com sistema central de ventilação natural..............................................52
Figura 19 – Exemplo de carta bioclimática de Olgyay para habitantes de clima quente utilizando vestimenta de 1 clo. ......................................................................54
Figura 20 – Carta bioclimática de Givoni para países desenvolvidos. ......................56
Figura 21– Carta bioclimática de Givoni adaptada para países em desenvolvimento...................................................................................................................................56
Figura 22 – Carta de Givoni adaptada ......................................................................57
Figura 23 – Reta representativa do clima em um determinado mês. ........................59
Figura 24 – Reta correspondente a um dado mês em Brasília-DF. ..........................59
Figura 25 – O clima de Brasília. ................................................................................60
Figura 26 – Zoneamento bioclimático brasileiro. .......................................................61
1
Figura 27 – Esquema do MMT..................................................................................64
Figura 28 – Quadro I do MMT. ..................................................................................65
Figura 29 – Quadro II do MMT. .................................................................................66
Figura 30 – Carta de limites de bem estar.................................................................66
Figura 31 - Quadro II - Condições climáticas para a detecção de cada indicador.....67
Figura 32 - Quadro II - Indicadores detectados mês a mês. .....................................67
Figura 33 – Quadro III do MMT. ................................................................................68
Figura 34 – Diferentes estratégias de ventilação natural para uma edificação. ........70
Figura 35 – Efeito chaminé em uma edificação.........................................................71
Figura 36 - Pressões positivas (+) e negativas (-) ao redor de diferentes configurações de edificações. ...................................................................................72
Figura 37 – Ventilação unilateral. ..............................................................................72
Figura 38 – Ventilação cruzada.................................................................................73
Figura 39 – Exemplos de iluminação zenital em edificações. ...................................74
Figura 40 – Teto jardim na cobertura de salão de festas de um condomínio de Florianópolis – SC. Fonte: .........................................................................................75
Figura 41 – Brise horizontal.......................................................................................77
Figura 42 – Brise vertical...........................................................................................77
Figura 43 – Gelosia. ..................................................................................................78
Figura 44 – Muxarabi da Biblioteca Antônio Torres, em Diamantina (MG). ..............79
Figura 45 – Persiana interna. ...................................................................................80
Figura 46 – Janela com veneziana............................................................................81
Figura 47 – Piso aquecido ou radiante......................................................................82
Figura 48 – Sistema de ar condicionado tipo split. ....................................................82
Figura 49 – Ventilador de teto. ..................................................................................83
Figura 50 – Peitoril ventilado. ....................................................................................84
Figura 51 – Redutor de velocidade. ..........................................................................85
Figura 52 – Comportamento da radiação solar emitida em materiais transparentes e opacos.......................................................................................................................87
Figura 53 – Radiação solar incidente sobre um corpo opaco....................................89
Figura 54 – Radiação solar incidente em um corpo transparente. ............................90
Figura 55 – Relação entre condutividade e densidade. ............................................94
Figura 56 – Relação entre densidade e calor específico...........................................94
Figura 57 – Fechamento opaco com mais de uma camada de material. ..................95
Figura 58 – Esquema do fluxo de calor em um fechamento opaco...........................97
Figura 59 – Modelo em 3D da proposta Passivhaus para o Reino Unido proposta pelo SBE. ................................................................................................................113
Figura 60 – Estratégia de ventilação no verão para a casa Passivhaus do Reino Unido.......................................................................................................................114
Figura 61 – Estratégia de ventilação no inverno para a casa Passivhaus do Reino Unido.......................................................................................................................114
Figura 62 - Necessidade energética de uma casa Passivhaus no Reino Unido –UK Passivhaus – em comparação com uma casa típica da região – Standard B. Reg. ‘06. ..........................................................................................................................115
Figura 63 – Casa de baixo consumo energético em Sevilha. .................................115
Figura 64 – Estratégia de ventilação e iluminação natural no verão para a casa Passivhaus espanhola. ...........................................................................................116
Figura 65 – Estratégia de iluminação natural no inverno para a casa Passivhaus espanhola................................................................................................................117
2
Figura 66 – Estimativa da necessidade energética anual de casas típicas – Standard House – em Sevilha – Seville - e Granada, em comparação com casas Passivhaus.................................................................................................................................117
Figura 67 – Esquema 3D da casa Passivhaus de Portugal. ...................................118
Figura 68 – Estratégia de ventilação no verão para a casa Passivhaus de Portugal.................................................................................................................................119
Figura 69 - Estimativa da necessidade energética anual de uma casa típica – Standard House - portuguesa em relação à casa Passivhaus – Portugal Passivhaus.................................................................................................................................120
Figura 70 – Casa Passivhaus construída em Cherasco, Cuneo, norte da Itália......121
Figura 71 - Estratégias de inverno para a casa Passivhaus italiana. .....................122
Figura 72 - Estratégias de verão para a casa Passivhaus italiana. ........................122
Figura 73 – Necessidades energéticas de aquecimento – em vermelho – e arrefecimento – em azul – de casas Passivhaus localizadas, respectivamente, em Milão, Roma e Palermo...........................................................................................123
Figura 74 – Esquema da casa Passivhaus na França. ...........................................124
Figura 75 – Estratégia de verão para a Passivhaus francesa. ................................125
Figura 76 – Estratégia de inverno para a Passivhaus francesa. .............................125
Figura 77 – Necessidades anuais de aquecimento em uma casa típica, na Passivhaus em Nice e na Passivhaus Carpentras, respectivamente......................126
Figura 78 – Modelo de ENCE, neste caso apresentando níveis de eficiência A. ....129
Figura 79 - Fluxograma contido no RAC-C que resume o processo de autorização do uso da ENCE...........................................................................................................131
Figura 80 – Esquema de aberturas e condicionamento de ar do pavimento térreo.................................................................................................................................141
Figura 81 – Esquema de aberturas e condicionamento de ar do pavimento superior.................................................................................................................................141
Figura 82 – Definição da área de projeção de cobertura em caso de recuo superior à espessura da parede...............................................................................................142
Figura 83 – Medição do AVS...................................................................................146
Figura 84 – Medição do AHS. .................................................................................146
3
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Composição do ar atmosférico.................................................................31
Tabela 2– Taxa metabólica para diferentes atividades. ............................................41
Tabela 3 – Resistência térmica para peças individuais de roupa..............................43
Tabela 4 – Resistência térmica para combinações comuns de roupa. .....................44
Tabela 5 – Distribuição dos votos de sensação térmica individual para diferentes valores de votos médios............................................................................................48
Tabela 6- Novas zonas bioclimáticas e suas respectivas estratégias de condicionamento térmico...........................................................................................57
Tabela 7 - Resultados para Brasília-DF. ...................................................................60
Tabela 8 – Critérios para Classificação Bioclimática.................................................61
Tabela 9– Estratégias de projeto e construção para as zonas bioclimáticas brasileiras 1 a 4. ........................................................................................................63
Tabela 10 - Estratégias de projeto e construção para as zonas bioclimáticas brasileiras 5 a 8. ........................................................................................................63
Tabela 11 - Absortância (α) para radiação solar (ondas curtas). ..............................88
Tabela 12 - Emissividade de superfícies. .................................................................91
Tabela 13 - Condutividade térmica para alguns materiais isolantes convencionais. 92
Tabela 14 – Calor específico de alguns materiais empregados na construção civil..93
Tabela 15 – Resistência superficial do ar interna e externa......................................96
Tabela 16 - Resistência da câmara de ar..................................................................96
Tabela 17 – Alternativas de cor para simulação computacional..............................103
Tabela 18 – Determinação das propriedades térmicas de materiais.......................104
Tabela 19 – Transmitância térmica de paredes externas........................................105
Tabela 20 – Capacidade térmica de paredes externas. ..........................................106
Tabela 21 – Aberturas para ventilação....................................................................107
Tabela 22T – Critérios de transmitância térmica para coberturas. ..........................107
Tabela 23 – Análise do custo do ciclo de vida (LCCA) das propostas Passivhaus. 127
Tabela 24 – Classificação final do Procel Edifica. ...................................................133
Tabela 25 – Limites de transmitância térmica para coberturas, para todas as zonas bioclimáticas............................................................................................................134
Tabela 26 – Limites de transmitância térmica para paredes externas, de acordo com a zona bioclimática..................................................................................................134
Tabela 27 – Limite de absortância para coberturas e revestimento externo. ..........134
Tabela 28 – Percentuais de abertura zenital e fator solar. ......................................135
Tabela 29 – Itens a serem cumpridos de acordo com o nível de eficiência pretendido.................................................................................................................................136
Tabela 30 - Limite máximo aceitável de densidade de potência de iluminação para o nível de eficiência pretendido. .................................................................................137
Tabela 31 – Área da envoltória da edificação. ........................................................143
Tabela 32 – Quadro de áreas da edificação estudada............................................144
Tabela 33 - Absortância das fachadas da edificação de acordo com as cores empregadas. ...........................................................................................................148
Tabela 34 - Relação entre FS e PAZ. .....................................................................148
Tabela 35 – Parâmetros de ICmáxD. ......................................................................149
Tabela 36 – Parâmetros de ICmín. .........................................................................149
Tabela 37 – Limites dos intervalos dos níveis de eficiência. ...................................150
Tabela 38 – Determinação dos limites máximos e mínimos para cada categoria. ..151
4
Tabela 39 - Valores finais das propriedades térmicas da parede original e da parede de reforma do estudo de caso.................................................................................152
Tabela 40 – Propriedades térmicas finais da cobertura. .........................................152
5
LISTA DE EQUAÇÕES
Equação 1– Balanço térmico.....................................................................................27
Equação 2– Determinação da resistência térmica a partir do Icl de peças de roupa...................................................................................................................................45
Equação 3 – Cálculo do PMV....................................................................................46
Equação 4 – Determinação do PPD através do PMV. ..............................................47
Equação 5 – Temperatura média de um mês. ..........................................................58
Equação 6 – Estimativa da umidade mínima. ...........................................................58
Equação 7 – Estimativa da umidade máxima............................................................58
Equação 8 – Absortância. .........................................................................................87
Equação 9 – Refletância. ..........................................................................................88
Equação 10 – Relação entre refletância e absortância em corpos opacos...............89
Equação 11 – Transmitância.....................................................................................89
Equação 12 – Relação entre absortância, refletância e transmitância em corpos transparentes. ...........................................................................................................90
Equação 13 – Emissividade. .....................................................................................90
Equação 14 – Condutividade térmica........................................................................91
Equação 15 – Calor específico..................................................................................92
Equação 16 – Densidade da massa aparente...........................................................93
Equação 17 – Resistência térmica. ...........................................................................95
Equação 18 – Resistência térmica total. ...................................................................95
Equação 19 – Transmitância térmica. .......................................................................95
Equação 20 – Densidade de fluxo de calor...............................................................97
Equação 21 – Temperatura sol-ar.............................................................................97
Equação 22 – Relação entre os valores mínimos para temperatura do ar externo e interno. ....................................................................................................................101
Equação 23 – Índice A de aberturas para ventilação. .............................................106
Equação 24 – Pontuação final da edificação: distribuição dos pesos para cada requisito...................................................................................................................132
Equação 25 – Pontuação total da edificação. .........................................................132
Equação 26 – Determinação de K para ambientes em geral. .................................137
Equação 27 – Determinação de K para ambientes retangulares. ...........................137
Equação 28 – Determinação de K para iluminação indireta....................................137
Equação 29 – Cálculo do FA da edificação.............................................................144
Equação 30 – Cálculo do FF da edificação.............................................................144
Equação 31 – Subdivisão para o intervalo entre os índices de consumo. ..............149
Equação 32 – ICenv para Zonas Bioclimáticas 4 e 5 com Ape menor ou igual a 500 m². ...........................................................................................................................150
Equação 33 – Cálculo dos índices de consumo da envoltória. ...............................151
6
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
ACS – Adaptive Comfort Standard
ASHRAE – American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning
BEN – Balanço Energético Nacional
CIB - Conseil International du Bâtiment
EN – European Standard
ENCE – Etiqueta Nacional de Conservação de Energia
GU – Grupo de Unidade
INMETRO - Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial
ISO – International Organization for Standardiation
IWU – Institut für Wohnen und Umwelt
LabEEE – Laboratório de Eficiência Energética em Edificações
LCCA – Life-Cycle Cost Analysis
LEED – Leadership in Energy and Environmental Design
MMT – Método de Mahoney Tradicional
NBR – Norma Brasileira
OIE – Oferta Interna de Energia
PBE – Programa Brasileiro de Eiquetagem
PHPP – PassivHaus Planning Package
PIB – Produto Interno Bruto
PMV – Predicted Mean Vote
PPD – Percentage of People Dissatisfied
PROCEL – Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica
RAC-C – Regulamento de Avaliação da Conformidade do Nível de Eficiência
Energética de Edifícios Comerciais, de Serviços e Públicos
RTQ-C – Requisitos Técnicos da Qualidade para o Nível de Eficiência Energética em
Edifícios
SBE – School of the Built Environment
SBS – Sick Building Syndrome
TBS – Temperatura de Bulbo Seco
TBU – Temperatura de Bulbo Úmido
7
TMA – Temperatura Média Anual
TMY – Typical Meteorological Year
TRY – Test Reference Year
UK – United Kingdom
US – United States
USGBC – United States Green Building Council
UV - Ultravioleta
ZB – Zona Bioclimática
8
SUMÁRIO
0
1 INTRODUÇÃO .......................................................................................................17
1.1 A CRISE ENERGÉTICA E O DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL ...............17
1.2 CONSUMO DE ENERGIA NO BRASIL E NO MUNDO ......................................18
1.3 OBJETIVOS GERAIS..........................................................................................20
1.4 OBJETIVO ESPECÍFICO....................................................................................20
1.5 JUSTIFICATIVAS................................................................................................20
2 CONFORTO TÉRMICO .........................................................................................25
2.1 INTERAÇÃO HOMEM X AMBIENTE ..................................................................25
2.1.1 Trocas de Calor................................................................................................26
2.1.2 Balanço Térmico ..............................................................................................27
2.2 FATORES CLIMÁTICOS.....................................................................................28
2.2.1 Radiação Solar.................................................................................................28
2.2.2 Umidade ...........................................................................................................30
2.2.3 Temperatura.....................................................................................................34
2.2.4 Vento.................................................................................................................... 2.2.4 Test Reference Year (TRY)..............................................................................39
2.3. FATORES INDIVIDUAIS....................................................................................40
2.3.1 Metabolismo .....................................................................................................40
2.3.2 Vestimenta .......................................................................................................42
2.3.3 Voto Médio Predito (PMV)................................................................................45
2.3.4 Modelo de Conforto Adaptativo ........................................................................48
3 ARQUITETURA BIOCLIMÁTICA ..........................................................................53
3.1 CARTA BIOCLIMÁTICA DE OLGYAY ................................................................54
3.2 CARTA BIOCLIMÁTICA DE GIVONI...................................................................55
3.3 ZONAS BIOCLIMÁTICAS ...................................................................................62
3.4 MÉTODO DE MAHONEY....................................................................................64
3.5 RECURSOS NATURAIS.....................................................................................69
3.5.1 Ventilação Natural ............................................................................................69
3.5.1.1 Ventilação natural causada por diferença de temperatura ............................70
3.5.1.2 Ventilação natural por diferença de pressão causada pelo vento .................71
3.5.2 Radiação Solar.................................................................................................73
3.5.3 Vegetação ........................................................................................................74
3.6 Recursos Técnicos..............................................................................................76
3.6.1 Sombreamento.................................................................................................76
3.6.2 Sistemas artificiais de controle .........................................................................81
3.6.3 Controle dos ventos..........................................................................................83
4 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DOS MATERIAIS.................................................86
4.1 ABSORTÂNCIA...................................................................................................87
4.2 REFLETÂNCIA....................................................................................................88
9
4.3 TRANSMITÂNCIA À RADIAÇÃO SOLAR...........................................................89
4.4 EMISSIVIDADE...................................................................................................90
4.5 CONDUTIVIDADE TÉRMICA..............................................................................91
4.6 CALOR ESPECÍFICO .........................................................................................92
4.7 DENSIDADE DE MASSA APARENTE................................................................93
4.8 RESISTÊNCIA TÉRMICA E TRANSMITÂNCIA TÉRMICA.................................94
4.9 DENSIDADE DE FLUXO DE CALOR E TEMPERATURA SOL-AR....................96
4.10 INÉRCIA TÉRMICA...........................................................................................98
5 A NBR 15575 E O CONFORTO TÉRMICO.........................................................100
5.1 NBR 15575-1 – REQUISITOS GERAIS ............................................................100
5.1.1 Requisitos para simulação computacional .....................................................102
5.1.2 Requisitos para avaliação por medição..........................................................104
5.2 NBR 15575-4 – VEDAÇÕES VERTICAIS EXTERNAS E INTERNAS ..............105
5.3 NBR 15575-5 – COBERTURAS........................................................................107
6 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA.................................................................................109
6.1 A NORMA ALEMÃ PASSIVHAUS.....................................................................109
6.1.1 Propostas Passivhaus na Europa ..................................................................112
6.1.1.1 Passivhaus no Reino Unido ........................................................................112
6.1.1.2 Passivhaus na Espanha..............................................................................115
6.1.1.3 Passivhaus em Portugal..............................................................................118
6.1.1.4 Passivhaus na Itália.....................................................................................120
6.1.1.5 Passivhaus na França.................................................................................123
6.1.1.6 Análise do custo do ciclo de vida ................................................................126
6.2 SELO DE ETIQUETAGEM PROCEL EDIFICA .................................................127
6.2.1 Processo de etiquetagem...............................................................................131
6.2.1.1 Pré-requisitos gerais....................................................................................133
6.2.1.2 Envoltória ....................................................................................................133
6.2.1.3 Iluminação ...................................................................................................135
6.2.1.3.1 Pré-requisitos específicos ........................................................................135
6.2.1.3.2 Classificação e determinação da eficiência..............................................136
6.2.1.4 Condicionamento de ar ...............................................................................138
6.2.1.5 Bonificações ................................................................................................138
7 ESTUDO DE CASO .............................................................................................140
7.1 OBJETO DE ESTUDO ......................................................................................140
7.2 METODOLOGIA................................................................................................141
8 CONSIDERAÇÕES FINAIS .................................................................................154
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.......................................................................156
ANEXOS .................................................................................................................166
APÊNDICES ...........................................................................................................183
17
1 INTRODUÇÃO
1.1 A CRISE ENERGÉTICA E O DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL
Antes de 1973, o consumo de energia da economia mundial crescia a taxas
semelhantes às do PIB, tanto em países desenvolvidos quanto em países em
desenvolvimento, embora o progresso técnico sempre conduzisse a uma redução
dos requerimentos energéticos por unidade de produção material. Alguns países em
desenvolvimento, em particular o Brasil, se inseriram nesse processo, gerando uma
sociedade de consumo, baseada no petróleo importado barato, dirigida a uma
minoria privilegiada de sua população (FURTADO, 2003).
Ainda segundo o autor, a crise de 1973, também chamada de “ruptura
energética”, não foi causada porque a economia mundial havia esgotado sua base
de recursos naturais, mas sim pelo novo quadro da oferta internacional de petróleo,
no qual se alterou a relação de poder entre países exportadores, de um lado, e
grandes empresas do cartel internacional e os países capitalistas desenvolvidos, por
outro.
A partir desse período, a energia, antes barata, passou a ser cara; iniciou-se,
então, uma profunda reformulação da trajetória de desenvolvimento tecnológico da
sociedade industrial em direção a inovações poupadoras de energia. Um novo
paradigma, intensivo em informação, começa a se consolidar difundindo tecnologias
propensas a economizar recursos energéticos e materiais (FURTADO, 2003).
Introduzida pela primeira vez no Clube de Roma em 1968, e motivada Pela
crise energética de 1973, o conceito de “desenvolvimento sustentável”1 surgiu como
uma contestação ao modelo econômico adotado pelos países industrializados. Essa
idéia tem tido uma grande evolução nos últimos anos e ajudou a impulsionar o
1 Definido como “desenvolvimento que supre as necessidades do presente sem comprometer a habilidade das gerações futuras de suprir suas próprias necessidades” (CIB apud KALBUSCH, 2007)
18
desenvolvimento e uso de energias limpas e renováveis (LAMBERTS; TRIANA,
2007).
Ainda segundo os autores, a partir da Eco-92 os países comprometeram-se a
responder às premissas do desenvolvimento sustentável através da análise da
totalidade do ciclo de vida dos materiais, do desenvolvimento do uso de matérias
primas e energias renováveis, e da redução das quantidades de materiais e energia
utilizados na extração de recursos naturais, sua exploração, e a destruição ou
reciclagem dos resíduos.
Muitas reuniões têm acontecido após esse evento, como a de Kyoto em 1996,
Haya em 2000 e Johanesburgo em 2002. Embora alguns países tenham colocado
em primeiro plano os interesses econômicos próprios, tem-se tido grandes avanços
em vários deles, uma vez que muitos governos estão considerando a
sustentabilidade como um tema central para direcionar o seu desenvolvimento,
produzindo leis e incentivos para edificações que sejam projetadas considerando
variáveis que as deixem mais sustentáveis (LAMBERTS; TRIANA, 2007).
1.2 CONSUMO DE ENERGIA NO BRASIL E NO MUNDO
O consumo de energia tem aumentado no mundo todo devido ao modo de
vida e às crescentes exigências de conforto da população; países mais
desenvolvidos, como Estados Unidos e Canadá, possuem um dos maiores
consumos de energia per capita do mundo, com a diferença de que vem
apresentando um forte decréscimo nos últimos anos; nos países em via de
desenvolvimento, como o Brasil, o grande aumento da população e o êxodo rural
aumentaram a demanda de energia, porém esta continua muito abaixo da demanda
mundial (ver Figura 1); já em países como a China e a Índia, onde a economia tem
crescido de forma feroz, as expectativas de conforto vem aumentando de forma que,
se eles passarem a consumir energia da mesma forma que os americanos, os
recursos naturais não serão suficientes, podendo se esgotar rapidamente.
19
Figura 1 – Consumo de energia em diversos países do mundo, com destaque para o Brasil. Fonte: LAMBERTS (2007).
Segundo Lamberts e Triana (2007), à diferença de outros grandes países, em
termos da matriz energética nacional, o Brasil apresenta uma alta auto-suficiência, já
que a indústria de energia no Brasil correspondeu em 2004, de acordo com dados
do Balanço Energético Nacional (BEN) de 2005, a 84,1% do consumo nacional,
sendo os 15,9% restantes importados, principalmente de carvão mineral, gás
natural, petróleo e seus derivados; a dependência externa de petróleo também
passou de 23,6% em 2001 para 12,8% em 2002 e a tendência è a auto-suficiência
nos próximos anos. Além disso, o país apresenta uma matriz energética mais
baseada em recursos renováveis: num comparativo sobre a Oferta Interna de
Energia (OIE) segundo dados de 2002 a proporção de energia vinda de fontes
renováveis no mundo foi de 13,6%, sendo nos países desenvolvidos somente de
6%.
Em 2001, o Brasil enfrentou uma crise energética popularmente conhecida
como “apagão”, na qual certas regiões do país necessitaram fazer racionamento de
energia durante algumas épocas do ano. Isso fez com que o consumo de energia
elétrica no ano seguinte ficasse em 1.955 kWh/hab em 2002, comparativamente
baixo se comparado com os 12.722 kWh/hab dos Estados Unidos ou os 15.274
kWh/hab do Canadá (LAMBERTS; TRIANA, 2007). Após esse período, porém, o
consumo energético voltou a crescer; no entanto, o evento de 2001, somado aos
alertas mundiais sobre a futura escassez de fontes não-renováveis de energia e o
20
aquecimento global, fez com que começassem a surgir iniciativas de promover a
eficiência energética no país.
1.3 OBJETIVOS GERAIS
Os objetivos do presente trabalho são:
- definir conforto térmico e seus fatores de influência;
- definir eficiência energética, apresentando a norma alemã Passivhaus
e o selo brasileiro Procel Edifica;
- estudar a envoltória de uma edificação comercial utilizando o selo de
etiquetagem Procel Edifica.
1.4 OBJETIVO ESPECÍFICO
Através da correlação entre conforto térmico e eficiência energética, despertar
a importância de um estudo mais aprofundado do desempenho térmico das
edificações, tanto na escolha apropriada de materiais quanto na de estratégias que
possibilitem o maior conforto possível dos usuários com o menor gasto possível de
energia elétrica.
1.5 JUSTIFICATIVAS
As edificações, segundo Wines apud Lamberts e Triana (2007), são uma
grande consumidora dos recursos naturais, consumindo segundo 16% do
fornecimento mundial de água pura, 25% da colheita de madeira, e 40% de seus
combustíveis fósseis e materiais manufaturados; esta energia é gerada na sua
grande maioria por fontes de combustíveis fosseis não renováveis que estão
diminuindo, provocando também, os resíduos da conversão destes recursos em
energia, ocasionando assim um alto um impacto ambiental negativo, como o efeito
estufa que desencadeia o aquecimento global. Por isso, os esforços na redução do
consumo desses recursos devem estar focados nos projetos, para torná-los mais
21
eficientes, fazendo com que as edificações utilizem menos recursos naturais,
materiais e energia na sua construção e operação, e sejam confortáveis e saudáveis
para viver e trabalhar.
Segundo Lamberts (2007), um levantamento do Procel em 2007 apontou o
uso de energia elétrica em edificações residenciais nas regiões brasileiras e no país
como um todo, cujos valores podem ser vistos nas Figuras 2, 3 e 4 a seguir. Já no
setor comercial e de serviços públicos, a distribuição de consumo de energia por uso
final está apresentada nas Figuras 5 e 6.
Figura 2 – Consumo energético residencial por uso final nas regiões Norte e Nordeste do Brasil. Fonte: PROCEL apud LAMBERTS (2007).
22
Figura 3 - Consumo energético residencial por uso final nas regiões Sudeste e Sul do Brasil. Fonte: PROCEL apud LAMBERTS (2007).
Figura 4 – Consumo energético por uso final no Brasil. Fonte: PROCEL apud LAMBERTS (2007).
23
Figura 5 – Distribuição do consumo de energia por uso final em edificações comerciais. Fonte: PROCEL apud LAMBERTS (2007).
Figura 6 - Distribuição do consumo de energia por uso final em edificações de serviços públicos. Fonte: PROCEL apud LAMBERTS (2007).
Como é possível perceber pelos dados apresentados nas figuras anteriores, o
consumo de energia para a iluminação e controle de ambientes, apesar de depender
da região na qual a edificação está inserida, continua sendo significativa em relação
ao consumo para outras funções. Portanto, a redução do consumo energético dos
edifícios em seu uso final deve estar focada em uma maior utilização de estratégias
de climatização e iluminação naturais conforme ressaltam Vettorazzi, Russi e Santos
(2010):
24
Durante muitos anos, os edifícios foram condicionados artificialmente por meio de aparelhos mecânicos e elétricos para aquecer, arrefecer, ventilar e iluminar. Com isso, o envoltório do edifício deixou de ser o principal moderador do clima exterior no ambiente interno e os projetistas passaram a abdicar da responsabilidade da climatização natural e da suficiência de energia. Com a crescente preocupação ambiental e energética, torna-se cada vez mais necessária a busca de alternativas para solucionar essa dependência por meio de estratégias passivas de climatização natural e de geração de energia de maneira alternativa.
1.6 ESTRUTURA DO TRABALHO
O presente trabalho pode ser dividido em duas partes principais: o Capítulo 2
aborda o conceito de conforto térmico e as variáveis climáticas e individuais que o
influenciam; o Capítulo 3 aborda as estratégias arquitetônicas a serem utilizadas de
forma a se obter o conforto térmico durante todo o ano; o Capítulo 4 explica as
propriedades físicas dos materiais e como elas influenciam nas trocas de calor da
edificação; por último, para fechar o bloco sobre conforto térmico, o Capítulo 5 define
as especificações da NBR 15575 (ABNT, 2008) para obtenção do conforto térmico
em edificações de até 05 pavimentos.
O capítulo sobre eficiência energética começa a partir do Capítulo 6, este
mostrando sua definição, apresentando a norma alemã Passivhaus e abordando o
Procel Edifica. Por último, é apresentado o estudo de caso utilizando os critérios
para estudo de envoltória do selo de etiquetagem brasileiro, de forma a correlacionar
ambas as partes do trabalho.
25
2 CONFORTO TÉRMICO
Lamberts (2007, p.5) define conforto térmico como sendo o estado mental no
qual o homem expressa satisfação com o ambiente térmico que o circunda. A não
satisfação pode ser causada pela sensação de desconforto pelo calor ou pelo frio,
quando o balanço térmico não é estável, ou seja, quando há diferenças entre o calor
produzido pelo corpo e o calor perdido para o ambiente.
Alva apud Fricke (1999, p. 58) define conforto térmico como o ponto de
equilíbrio entre a temperatura do organismo humano e a temperatura ambiente,
capaz de permitir a realização das atividades regulares sob condições satisfatórias.
Por ser um parâmetro subjetivo, não é possível que todos em um ambiente
estejam termicamente confortáveis. No entanto, segundo Lamberts apud Fricke
(1999, p. 58), o conforto térmico ótimo é atingido quando a maioria das pessoas está
neste estado; a ISO 7730 (1994) estabelece que o estado ótimo de conforto térmico
em um ambiente é atingido quando 80% das pessoas no ambiente estão
confortáveis.
A ausência de ambientes que proporcionam conforto térmico pode interferir
diretamente nas atividades físicas e mentais dos indivíduos. Em sua avaliação da
pós-ocupação das salas de aula no Estado do Mato Grosso, Nogueira e Nogueira
(2003) apontam a importância do conforto do ambiente para o aproveitamento
escolar, destacando que escolas que não oferecem plenas condições do ambiente
construído proporcionam baixos índices de aprendizagem; Hackenberg (2000)
realizou um levantamento do desconforto térmico em indústrias de Joinville e
Campinas, constatando assim que ainda há a necessidade de conscientizar a
sociedade a respeito do benefício que condições térmicas adequadas trazem ao ser
humano, sobretudo em ambientes industriais, onde a exposição a climas extremos
traz enorme desconforto aos trabalhadores.
2.1 INTERAÇÃO HOMEM X AMBIENTE
26
2.1.1 Trocas de Calor
Conforme o organismo humano realiza suas atividades, o calor é liberado e
dissipado através de mecanismos de trocas térmicas entre o homem e o ambiente
onde ele se encontra (LAMBERTS, 2007, p.6). Essas trocas envolvem:
- condução: de acordo com Castro apud Hackenberg (2000, p.4), é
quando a superfície do corpo está em contato direto com outros
objetos, dependendo da diferença de temperatura entre eles. No
entanto, como o corpo humano dificilmente se encontra em contato
direto com os elementos sólidos, esta troca de calor raramente
ocorre;
- convecção: “é a transferência de energia entre um fluido e uma
superfície sólida” (SCHMIDT apud HACKENBERG, 2000, p.4).
Dependendo do gradiente térmico entre o ar e o corpo, este perde ou
ganha energia através da troca de calor; a perda de calor só
acontece quando a temperatura do ambiente é mais baixa que a do
corpo. A troca de calor por convecção pode ser natural, quando
apenas a diferença de temperatura do ambiente gera o movimento do
ar, ou forçada, quando há movimentação do ar com velocidade
própria (HACKENBERG, 2000, p.4);
- radiação: é a transferência de energia por ondas eletromagnéticas,
podendo ocorrer simultaneamente com a convecção e a condução.
Macintyre apud Hackenberg (2000, p.4) explica que, dependendo da
temperatura das superfícies dos corpos, a radiação pode ocorrer
entre o corpo humano, as paredes e os objetos próximos, e a
propagação se realiza sob a forma de energia radiante que, ao ser
absorvida, é transformada em calor;
- evaporação: a transmissão de calor por este meio “requer uma troca
inicial do estado líquido para o gasoso que ocorre na superfície da
pele e a subseqüente difusão do vapor através da camada de ar em
27
contato com a pele em direção ao ambiente em geral” (CASTEJAN
VILELLA apud HACKENBERG, 2000, p.4). Assim, os intercâmbios
ocorrem através da expiração contendo vapor d’água, pela
transpiração - que libera o mesmo pelos poros - e pelo suor
(CASTRO apud HACKENBERG, 2000, p.4).
Os três primeiros processos citados representam, segundo Lamberts (2007),
as chamadas trocas secas, cujo calor liberado é denominado calor sensível, ou seja,
é função da diferença de temperatura; a evaporação, por outro lado, é uma troca de
calor úmida que resulta em perda de calor latente, este envolvendo mudança de
fase do suor de líquido para gasoso.
2.1.2 Balanço Térmico
Givoni apud Hackenberg (2000, p.8) considera a manutenção do equilíbrio
térmico entre o ser humano e seu ambiente como sendo um dos primeiros requisitos
para saúde, boa existência e conforto, envolvendo assim “a manutenção da
temperatura do cerne do tecido do corpo com uma pequena amplitude, indiferente a
amplitude da variação relativa do ambiente externo”.
Conforme mostrado anteriormente, as trocas térmicas entre o corpo humano
e o meio onde ele está situado devem-se à condução, convecção, radiação e
evaporação. Givoni apud Hackenberg (2000, p.8) cita a fórmula básica de balanço
térmico, mostrada na Equação 1.
ECRMQ +++=
Equação 1– Balanço térmico.
Onde:
Q – capacidade de troca de calor do corpo indicando a variação na
média da temperatura do mesmo;
M – metabolismo;
R, C, E – trocas de calor por radiação, convecção e evaporação
respectivamente.
28
As condições nas quais o balanço térmico é realizado, bem como a condição
do corpo vestido quando encontra equilíbrio com o ambiente, dependem de dois
tipos de fatores:
- fatores independentes ou primários: metabolismo, temperatura e
movimento do ar, temperatura média radiante, pressão de vapor, tipo
de vestimenta e seu material;
- fatores dependentes ou secundários: temperatura e umidade da
roupa e da pele, movimento do ar abaixo da roupa, suor e sua
eficiência de refrescamento.
Conforme explica Hackenberg (2000): “os fatores primários podem variar
independente dos outros e usualmente essa variação causará trocas em alguns
fatores secundários”.
2.2 FATORES CLIMÁTICOS
2.2.1 Radiação Solar
De acordo com Estefanel et al (1990, p.204), o Sol é a fonte primordial,
praticamente inesgotável e não poluente que sustenta a vida na Terra, cuja
importância cresce à medida que se esgotam as reservas energéticas tradicionais.
Os movimentos terrestres determinam a variação da intensidade da radiação
solar ao longo do ano, graças à translação, e do dia, graças à rotação.
As estações do ano se diferenciam graças à trajetória elíptica da Terra (ver
Figura 7). Durante os solstícios, o eixo do planeta em relação ao plano do Equador
inclina-se em 23º27’33” (RIBEIRO, 2009, p.26), diferenciando o inverno do verão
através da maior radiação recebida pela região entre os Trópicos de Capricórnio –
hemisfério Sul – e Câncer – hemisfério Norte.
29
Figura 7 - Trajetória elíptica da Terra ao redor do Sol, os solstícios (letras a e c) e equinócios (letras b e d). Em destaque, a inclinação do eixo terrestre em relação ao plano que passa pela linha do Equador. Fonte: LAMBERTS, 2007.
Lamberts (2007, p.22) acrescenta que a radiação solar, quando atinge a
atmosfera terrestre, é dividida entre a porção direta e difusa. A primeira, como diz o
próprio nome, é a parcela que atinge diretamente a Terra; a segunda é a parcela
que sofre um espalhamento pelas nuvens e pelas partículas da atmosfera, sendo
refletida na abóbada celeste e nas nuvens e re-irradiada para a terra. De acordo
com a situação do céu num determinado dia, pode-se receber mais ou menos
porções de radiação direta e difusa.
Uma forma de se estudar a possibilidade de aproveitamento da radiação solar
é através do uso das cartas solares que representam todas as posições do Sol ao
longo do ano em uma projeção estereográfica da abóbada celeste, num plano
horizontal (ver Figura 8).
As cartas solares diferem umas das outras conforme a localidade. Nela, as
linhas curvas horizontais indicam a projeção da trajetória solar durante os meses do
ano; as horas do dia – das 06h às 18h - são representadas pelas linhas verticais.
Conhecendo a orientação de edifício e a posição do Sol, podem ser
determinadas as sombras projetadas pelo edifício, em função da data e da hora,
30
sobre pisos dos espaços externos, sobre outros prédios e sobre si mesmo,
dependendo de sua forma e orientação (RIBEIRO, 2009, p. 27-28).
Figura 8 - Exemplo de carta solar. Fonte: FOLHAAZERO (2011).
2.2.2 Umidade
Segundo Rodrigues (2011), psicrometria é a parte da Física que estuda as
propriedades termodinâmicas da mistura de ar atmosférico com vapor d’água.
O conhecimento das propriedades físicas e psicrométricas do ar é
fundamental para o projeto das instalações agrícolas e dos equipamentos de
controle das variáveis ambientais, bem como para conhecimento dos mecanismos
de troca de calor animal.
31
A composição do ar atmosférico seco é aproximadamente constante, e é
mostrada na Tabela 1.
Tabela 1 - Composição do ar atmosférico.
Elemento Constituinte Volume (%)
Nitrogênio 78,08 Oxigênio 20,95 Argônio 0,93 CO2 0,03 Outros gases 0,01
Fonte: adaptado de RODRIGUES (2011).
Além desses componentes citados, nas regiões industrializadas e populosas
grande quantidade de agentes poluentes – poeiras, fumaças, gases industriais – é
encontrada no ar. Já a quantidade de vapor d’água varia de acordo com a região do
planeta, sendo quase nula em regiões secas e desérticas e até 4% em regiões
quentes e úmidas.
A obtenção das propriedades psicrométricas é de fundamental importância
nos processos de climatização, refrigeração, resfriamento e congelamento,
umidificação e desumidificação do ar, secagem e desidratação de produtos úmidos,
como também em controle ambiental e em meteorologia (JESUS; SILVA, 2002,
p.63).
As principais grandezas psicrométricas são:
- temperatura de bulbo seco (TBS): é a temperatura do ar medida com
um termômetro comum, protegido contra os efeitos da radiação
ambiente. Expressa em ºC;
- temperatura de bulbo úmido (TBU): é a temperatura do ar medida
com um termômetro cujo bulbo está envolto em uma gaze com água
destilada (ver Figura 9), sobre o qual atua um exaustor, forçando
assim uma convecção entre a gaze e o ar;
32
Figura 9 – Termômetros de bulbo seco (esquerda) e úmido (direito). Fonte: RIVATERM (2011).
- temperatura de ponto de orvalho: temperatura na qual o vapor d’água
no ar úmido começa o processo de condensação;
- pressão de vapor: segundo Rodrigues (2011), a pressão atmosférica
é igual à soma das pressões de cada um dos gases nela contidos. A
pressão de vapor é a pressão parcial da atmosfera exercida pelo
vapor d’água. Quanto maior a temperatura do ar, maior a quantidade
de vapor d’água que pode ser por ele retida;
- pressão de vapor de saturação: é a pressão de vapor quando o ar
está saturado, ou seja, quando não pode mais reter vapor d’água;
- umidade relativa: é o quociente da umidade absoluta do ar pela
umidade absoluta do ar saturado para a mesma temperatura,
expresso em % (ABNT, 2003);
- umidade absoluta: é a relação entre a massa de vapor d’água pela
massa de ar seco que a contém, expressa em g/kg.
A carta psicrométrica (Figura 10) apresenta a relação entre as grandezas
mencionadas, mostrando as temperaturas máximas que podem conter determinadas
quantidades de vapor de água (temperaturas de ponto de orvalho) para uma
pressão atmosférica.
33
Figura 10 – Carta psicrométrica. Fonte: MONOGRAFÍAS (2011).
A umidade do ar é regulada pela evapotranspiração da vegetação e também
pelo ciclo hídrico (ver Figura 11), podendo ser influenciada pela topografia e a
ocupação urbana.
34
Figura 11– Ciclo hídrico. Fonte: O CICLO (2011).
De acordo com Lamberts (2007, p.21), a umidade relativa de mesoclimas
pode ser caracterizada pela topografia, como no caso de vales, onde a umidade se
torna alta devido ao bloqueio do vento pelas encostas, o que realça a sensação
térmica, razão pela qual os climas de vale são considerados frios no inverno e
quentes e abafados no verão. No ambiente urbano, a ocupação e pavimentação
excessiva provoca uma carência da vegetação que acarreta uma redução da
umidade relativa do ar. Esta, por sua vez, pode alterar o regime de chuvas da cidade
e sua cobertura de nuvens.
Costa (2007, p.14) acrescenta que, em escalas mais próximas à edificação, a
umidade do ar pode ser modificada pela presença de água ou vegetação. As
massas d’água evaporam sob a ação do Sol, fazendo com que o ar das
proximidades se torne mais úmido. Por isso, a inclusão de vegetação em elementos
arquitetônicos e paisagísticos é bastante útil em locais de clima seco, enquanto que
para locais onde a umidade relativa é alta pode provocar sensação de desconforto
térmico, devido à dificuldade de evaporação do suor do corpo.
2.2.3 Temperatura
35
A variação de temperatura no globo terrestre, segundo Costa (2007, p.13),
ocorre devido à insolação desigual das diferentes regiões e ao fluxo de grandes
massas de ar.
O aumento de temperatura na superfície da Terra não ocorre diretamente
devido ao Sol, pois o ar é transparente a todos os comprimentos de ondas
eletromagnéticas; ele acontece, portanto, de forma indireta: a radiação solar incide
sobre a superfície, esta absorve parte e transforma em calor, que aquece o ar por
convecção, formando um balanço energético que depende das propriedades
térmicas de cada material.
O resultado, de acordo com Lamberts (2007, p.22-23), é que a temperatura
do ar começa a elevar-se a partir do nascer do Sol, chegando a um máximo que
ocorre cerca de duas horas após a passagem do sol pelo meridiano como
conseqüência do calor armazenado na Terra. A partir deste momento, o balanço
começa a ser negativo: a energia perdida, especialmente por radiação em direção as
altas camadas da atmosfera, é maior que a recebida, fazendo com que a
temperatura da superfície da Terra comece a descer até alcançar um mínimo pouco
antes do nascer do sol.
Pode-se conhecer o comportamento da temperatura em um local a partir das
normais climatológicas. Elas fornecem temperaturas máximas e mínimas cuja
diferença, em um período de tempo, é conhecida como amplitude térmica. A
amplitude depende da umidade do ar: quando o ar está mais úmido, a amplitude é
pequena, quando o ar está mais seco, a variação da temperatura pode ser alta,
como ocorre em climas áridos.
Os climas secos caracterizam-se por sua baixa umidade e pouca
nebulosidade. Nos climas úmidos, durante o dia, a radiação é menor por causa da
nebulosidade, além do que, as perdas por evaporação são favorecidas devido à
umidade que cobre o solo. Desta forma, a temperatura superficial não atinge os
valores dos solos secos.
Durante a noite, as nuvens se interpõem entre a superfície e as camadas
altas da atmosfera, que têm uma temperatura muito baixa, originando uma perda
menor por radiação.
Ao mesmo tempo, ao diminuir a temperatura superficial numa atmosfera
saturada de umidade, produz-se elevada condensação acompanhada de liberação
36
de calor, fazendo com que a temperatura atinja valores maiores do que no clima
seco.
Comum nos centros das grandes metrópoles, a Ilha de Calor é um fenômeno
noturno caracterizado pelo aumento da temperatura do ar, provocado pelo
adensamento excessivo dos centros urbanos, em relação à temperatura do entorno
não urbanizado da cidade. A grande massa de concreto que armazena calor durante
o dia e o libera à noite evita o resfriamento natural do ar no período noturno, e seus
efeitos são sentidos inclusive durante o dia.
Para minimizar os efeitos da temperatura do ambiente no interior das
edificações, o uso de vegetação no entorno e a utilização de materiais e técnicas
construtivas com características térmicas isolantes são algumas das estratégias que
podem ser empregadas.
2.2.4 Vento
Os ventos são as massas de ar em movimento. Esse movimento é resultado
do desequilíbrio de radiação entre as latitudes altas e baixas, de modo que a
ocorrência dos ventos muda conforme a região do globo terrestre. O aquecimento
desigual da Terra e de sua atmosfera pela radiação solar gera energia potencial,
parte da qual se transforma em energia cinética pela elevação do ar quente na
região próxima ao Equador, abrindo caminho para a entrada do ar frio que vem do
Norte e do Sul.
No caso de regiões marítimas, durante o dia, o movimento do ar acontece do
mar para a terra, e durante a noite, da terra para o mar (ver Figura 12), devido ao
menor calor específico da terra em relação à água.
37
Figura 12 – Movimento do ar em regiões marítimas. Fonte: PORTAL (2011).
Portanto, durante o dia, o ar próximo ao solo se aquecerá, subirá e permitirá o
movimento do ar fresco do mar para a terra; durante a noite, a terra resfria mais
facilmente e a água que armazenou o calor durante o dia, aquece o ar próximo
permitindo a sua subida e a substituição pelo ar fresco vindo da terra.
O vento é também influenciado pela altitude, pela topografia e pela
rugosidade do solo; sua velocidade e direção são alteradas por obstáculos naturais
ou artificiais. Nos centros urbanos, normalmente, a velocidade do vento é menor que
em áreas abertas (campo) pela existência mais concentrada de obstáculos, o que
provoca também maior turbulência devido às alterações na direção do vento próximo
à superfície; os obstáculos também podem canalizar o ar, aumentando sua
velocidade, aproveitando ou rejeitando determinadas correntes.
É possível conhecer as características de ocorrência de ventos em
determinado local com o auxílio de um diagrama chamado Rosa-dos-ventos, o qual
representa as direções dominantes para a ocorrência dos ventos naquele local,
conforme mostra a Figura 13.
38
Figura 13 – Rosa dos ventos do TRY (Test Reference Year, ou Ano de Referência Climático) de Florianópolis, com direção e velocidades mais frequentes. Fonte: LAMBERTS, 2007.
Lamberts (2007, p.24-25) afirma que a fluidez dos ventos permite que sua
trajetória seja comparada à das águas pluviais. A ocupação das cidades deve
avançar atentando para as principais direções do vento na região e para os
benefícios que se pode obter aproveitando ou evitando-os. Em climas quentes e
úmidos, a ação dos ventos na cidade é benéfica para promover o conforto térmico. É
desejável também para agir contra a Ilha de Calor Urbano e dispersar a poluição do
ar, cuidando para que esta não seja, por exemplo, levada de um distrito industrial
para o centro da cidade.
Os ventos não só promovem a renovação do ar dentro das edificações, mas
também contribuem para a obtenção de conforto térmico, pois reduzem os efeitos da
temperatura sobre o corpo humano e contribuem para a redução da umidade do ar.;
entretanto, conforme as características climáticas do local, os ventos que ocorrem
podem ser adequados ou não para tanto (COSTA, 2007, p.11).
39
2.2.4 Test Reference Year (TRY)
De acordo com Goulart, Lamberts e Firmino (1998, p.7): “alguns dos
programas de simulação de desempenho térmico de edificações como ESP, DOE-
2.1E e COMFIE utilizam os dados climáticos de um ano típico para o cálculo do
consumo de energia”.
A ASHRAE, segundo Goulart apud Barbosa (1997, p.51), identifica duas
fontes de ano climático desenvolvidas para cálculos de energia utilizados no Estados
Unidos: o Typical Meteorological Year (TMY) preparado pelo Sandia Laboratories na
cidade de Albuquerque, e o Test Reference Year (TRY), do National Climatic Center,
sendo este o mais utilizado para estudos, sobretudo no Brasil.
O TRY (Test Reference Year) é um Ano Climático de Referência, resultado de
um tratamento de 30 anos de dados climáticos gerado a partir de dados de
temperatura, podendo ainda apresentar dados de umidade, direção e velocidade dos
ventos, cobertura de nuvens, pressão atmosférica e, às vezes, radiação solar
(LAMBERTS, 2007, p.21); esses dados climáticos, acrescenta Barbosa (1997, p.51),
são referentes a um período de registro disponível de no mínimo 10 anos.
Stamper apud Goulart, Lamberts e Firmino (1998, p.7) explica o processo de
determinação do TRY da seguinte forma:
O procedimento utilizado para selecionar o ano climático para um local específico, é baseado na eliminação de anos de dados, os quais contém temperaturas médias mensais extremas (altas ou baixas), até permanecer um ano, somente. Para isto, os meses são classificados em ordem de importância para cálculo de energia, analisando-se os valores médios mensais de temperatura do ar, anotando-se o mês mais quente e o mês mais frio, o segundo mês mais quente e o segundo mês mais frio e assim por diante, conforme aparecem as maiores e as menores temperaturas médias mensais, respectivamente. Após fecharem os doze meses, repete-se a seqüência dos meses, porém invertendo-se o sentido de análise, ou seja, onde é quente passa a ser frio e vice-versa. Com isso, os anos que apresentarem temperaturas médias mensais extremas (mais altas ou mais baixas) poderão ser eliminados de acordo com o procedimento. As temperaturas médias mensais, para cada ano do período de registros disponível, são calculadas e examinadas de acordo com a sequência listada. O ano com o mês mais quente é anotado. Depois, o ano que contém o mês mais frio. O processo continua, anotando-se os anos nos quais ocorrem os extremos. Estes anos são, então, eliminados e o procedimento é repetido até restar somente um. Este ano é designado como Ano Climático de Referência.
40
Uma vez determinado o TRY, ele pode ser plotado em uma Carta
Bioclimática, podendo assim ser obtidas as principais estratégias de projeto para
adaptar a edificação ao clima local, utilizando-se dos conceitos de Arquitetura
Bioclimática.
A principal vantagem em se adotar um arquivo climático com dados das 8.760
horas de um ano, segundo Barbosa (1997, p.51-52), é a de se obter resultados mais
representativos das variações sazonais de um ciclo anual quando feitas as
simulações computacionais; enquanto que, na prática usual de se utilizar apenas o
dia típico de verão e inverno, a análise fica restrita às variações extremas do ano,
utilizando o TRY ou o TMY é possível ter uma visão global das variações, e
garantem a estabilização do método dinâmico de interações nos cálculos de
simulação térmica em regime transiente, para qualquer estação, mês, dia ou hora do
ano que se queira simular.
Barbosa (1997, p.52) enumera uma das principais desvantagens em se
utilizar o método:
Por outro lado, trabalhar com dias típicos significa operar com uma porcentagem de possibilidades de ocorrências de variações climáticas das duas estações extremas do ano, sendo que esse modelo de representação climática é de difícil compreensão para a maioria das pessoas não familiarizadas com métodos estatísticos.
Outra desvantagem apontada por Akutsu et al apud Barbosa (1997, p.52) é a
de que a utilização do TRY ou do TMY não considera as variações ocorridas no
clima durante os dias precedentes ao dia típico, o que é importante quando se trata
de edificações com certa inércia térmica; em experimentos elaborados pelos
autores, foi concluído ser necessário no mínimo três dias precedentes ao dia de
cálculo, no intuito de se evitar conclusões totalmente diversas a respeito do
desempenho térmico da edificação. Ainda assim, a pesquisa confirmou a vantagem
de se utilizar os dados horários de um ano típico ou climático de referência.
2.3. FATORES INDIVIDUAIS
2.3.1 Metabolismo
41
O corpo humano, quando em jejum e repouso físico e intelectual, e exposto a
uma temperatura ambiente de 20ºC, gera uma quantidade de calor mínima através
da degradação de energia necessária para a manutenção das funções vitais. Esse
calor é denominado metabolismo basal. Através do trabalho físico, o gasto
energético total é aumentado consideravelmente, principalmente no coração e nos
músculos, diminuindo o trabalho das vísceras em geral (CASTEJAN VILELLA apud
HACKENBERG, 2000, p.10).
Para manter a temperatura praticamente constante em 37ºC (variando entre
36,1 e 37,2ºC), o organismo adquire energia através do metabolismo, transformando
20% dela em potencialidade de trabalho, enquanto que os 80% restantes se
transformam em calor dissipado. A faixa de temperatura interna na qual o ser
humano sobrevive está entre 32 e 42ºC (LAMBERTS, 2007, p.6).
Ainda segundo o autor, quando a temperatura do meio apresenta condições
inadequadas, o sistema termo-regulador do homem é ativado, reduzindo ou
aumentando as perdas de calor através de mecanismos de controle, como reação
ao frio e ao calor. O conforto térmico é atingido quando o organismo perde para o
ambiente o calor produzido pelo metabolismo compatível com a atividade realizada,
sem necessidade de recorrer a mecanismos de termo-regulação.
O metabolismo pode ser medido em W/m² de pele ou em Met, sendo que 1
Met=58,15 W/m² de área corporal; o valor unitário representa o metabolismo de um
indivíduo relaxado. A Tabela 2 a seguir apresenta alguns valores de Met para
diferentes atividades.
Tabela 2– Taxa metabólica para diferentes atividades.
Atividade Metabolismo
(W/m²) Metabolismo
(Met)
Sentado/Relaxado 58 1,0 Reclinado 46 0,8 Atividade sedentária (escritório, escola, etc.) 70 1,2 Fazer compras, atividades laboratoriais 93 1,6 Trabalhos domésticos 116 2,0 Caminhando em local plano a 2 Km/h 110 1,9
Caminhando em local plano a 3 Km/h 140 2,4 Caminhando em local plano a 4 Km/h 165 2,8 Caminhando em local plano a 5 Km/h 200 3,4
Fonte: Adaptado de ISO 7330 apud Lamberts (2007).
42
2.3.2 Vestimenta
A vestimenta representa uma barreira para as trocas de calor por convecção
entre o homem e o meio, funcionando como um isolante térmico; conforme sua
capacidade isolante e sua área, ela mantém junto ao corpo uma camada de ar mais
ou menos aquecido, além de reduzir o ganho de calor relativo à radiação solar
direta, as perdas em condições de baixo teor de umidade, diminuindo a sensibilidade
às variações de temperatura e velocidade do ar (LAMBERTS, 2007, p.7-8).
O autor acrescenta que em climas secos, onde se atinge elevadas
temperaturas, ao contrário do que se imagina são as roupas, e não a ausência
delas, que garantem condições mais favoráveis aos habitantes dessas regiões; isso
ocorre porque a vestimenta mantém a umidade advinda do organismo pela
transpiração, evitando assim a desidratação do indivíduo.
A resistência térmica da vestimenta depende do tipo de tecido, da fibra, do
ajuste ao corpo, e deve ser medida através das trocas relativas a quem as usa. Sua
unidade é clo, originária da palavra clothes (roupas), sendo que seu valor unitário
representa um terno completo: 1 clo = 0,155 m².ºC/W.
A ISO 7730 (ISO, 1994, p.24-26) apresenta uma tabela de índices de
resistência térmica Icl para as principais peças de roupa – apresentada de forma
resumida nas Tabelas 3 e 4 - sendo que o índice de resistência térmica I para a
vestimenta de um indivíduo é obtido pelo somatório de Icl, como mostram a Equação
2 e a Figura 14 a seguir.
43
Tabela 3 – Resistência térmica para peças individuais de roupa.
Peça de roupa Icl (clo)
Meia calça 0,10
Meia fina 0,03
Meia grossa 0,05
Calcinha e sutiã 0,03
Cueca 0,03
Cuecão 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 Calça fina 0,20 Calça média 0,25 Calça flanela 0,28 Sapatos 0,04
Fonte: adaptado de ISO apud LAMBERTS (2007).
44
Tabela 4 – Resistência térmica para combinações comuns de roupa.
I I Roupa de trabalho clo m².K/W Roupa casual clo m².K/W
Roupas íntimas, macacão (EPI), meias, sapatos 0,70 0,110
Calcinha, camiseta, shorts, meias leves, sandálias 0,30 0,050
Roupas íntimas, camisa, macacão (EPI), meias, sapatos 0,80 0,125
Roupas íntimas, camisa, calças leves, meias, sapatos 0,60 0,095
Roupas íntimas curtas, camisa, calças, paletó, meias, sapatos 1,00 0,155
Roupas íntimas, roupas de ginástica, meias longas, tênis 0,75 0,115
Roupas íntimas curtas, camisa, calças, jaqueta, jaqueta isolante, meias, sapatos 1,25 0,190
Calcinha, camisa, saia, suéter de gola rolê, meias grossas até o joelho, sapatos 0,90 0,140
Roupas íntimas curtas, camisa, calças, jaqueta, jaqueta acolchoada pesada e avental protetor, meias, sapatos 1,85 0,285
Calcinha, meias, camisa, saia, colete, jaqueta 1,00 0,155
Roupas íntimas compridas, jaqueta isolante e calças, parka acolchoada pesada, macacão acolchoado pesado, meias, sapatos, chapéu, luvas 2,55 0,395
Roupas íntimas curtas, camisa, calças, colete, jaqueta, meias de cano longo, sapatos 1,50 0,230
Fonte: adaptado de ISO (1994).
Figura 14– Somatório de Icl de diferentes peças de roupa em diferentes combinações. Fonte: LAMBERTS (2007).
45
∑= clII
Equação 2– Determinação da resistência térmica a partir do Icl de peças de roupa.
Apesar de rica em dados sobre vestimentas, segundo Ruas (1999, p.61), não
há informações precisas na norma sobre a influência no isolamento térmico de
fatores como a velocidade do ar, a postura e o movimento do corpo. No Brasil, ainda
segundo o autor, existe o agravante de não se dispor de trabalhos abordando
diretamente esse assunto, faltando assim parâmetros que permitam comparar as
roupas utilizadas aqui com as listadas na norma.
2.3.3 Voto Médio Predito (PMV)
Desenvolvido por Fanger em 1972, através de uma pesquisa com 1300
indivíduos, o método do Voto Médio Predito ou Predicted Mean Vote (PMV) é
considerado por muitos como o mais completo método de avaliação de conforto
térmico, tornando-se base, posteriormente, para a ISO 7730 ( ISO, 1994).
O PMV é um índice que prevê o valor médio de sensação térmica de um
grupo grande de pessoas através de uma escala térmica de 7 pontos, que varia de
+3 a -3. Esse índice pode ser determinado quando a atividade metabólica, bem
como a resistência da vestimenta podem ser estimados e quando os principais
parâmetros climáticos podem ser medidos; os dados são então lançados na
Equação 3 a seguir.
46
>+
≤+=
<−
>−−=
−++−+×
×−−−=
−−+−+×
×−−−
−×
−−−×
−−−−⋅×
−−+=
−
−
−
−
−
WCmIseIcl
WCmIseIclf
vttparav
vttparatth
tthftt
fIWMt
onde
tthftf
ftM
pM
WM
pWM
WMePMV
cl
clcl
araclar
araclacl
c
aclccltcl
clclcl
aclccltcl
cla
a
a
M
/².º078,0:,645,005,1
/².º078,0:,290,100,1
1,12)(38,21,12
1,12)(38,2)(38,2
)}(])273()273[(
1096,3{)(028,07,35
:
)}(])273()273[(
1096,3)34(0014,0
)5867(10
7,1]15,58)[(
42,0])(99,65733[10
05,3)){(028,0303,0(
25,0
25,025,0
44
8
44
8
5
3
036,0
Equação 3 – Cálculo do PMV.
Onde:
PMV – voto médio estimado;
M – taxa metabólica, em W/m²;
W – trabalho externo, em W/m²;
Icl – resistência térmica da vestimenta, em m².ºC/W;
clf – fator de área superficial do corpo vestido/área superficial do corpo nu,
adimensional;
at – temperatura do ar, em ºC;
tt – temperatura radiante média, em ºC;
arv – velocidade d ar relativa ao corpo humano, em m/s;
ap – pressão parcial do vapor d’água, em Pa;
ch – coeficiente de transmissão de calor por convecção, em W/m².C;
47
clt – temperatura superficial da vestimenta, em ºC.
Através da Equação 3 anterior, o PMV pode ser obtido para diferentes
combinações de taxa metabólica, vestimenta, temperatura do ar, temperatura
radiante do ar, temperatura radiante média, velocidade e umidade do ar; as
equações para clt e ch podem ser resolvidas por iteração (ISO, 1994, p.2).
A norma recomenda o uso do índice PMV apenas para valores entre -2 e +2,
além de fazer o mesmo quando algumas das principais variáveis da equação
estejam em um determinado intervalo de valores, os quais não convêm o
aprofundamento no presente trabalho.
Além de desenvolver o PMV, também elaborou o índice de Porcentagem
Estimada de Insatisfeitos ou Predicted Percentage of Dissatisfied (PPD), que estima
a porcentagem provável, em um grande grupo de pessoas, sentir mais frio ou mais
calor na escala de 7 pontos do PMV (HACKENBERG, 2000, p.33). Portanto, o PPD
pode ser obtido pelo PMV através da Equação XX a seguir.
)2179,003353,0( 24
95100 PMVPMVePPD ×+×−×−=
Equação 4 – Determinação do PPD através do PMV.
A ISO 7730 (ISO, 1994, p.4) apresenta um estudo da distribuição dos votos
de sensação térmica individual para diferentes valores de PPD e PMV, cujos
resultados estão dispostos na Tabela 5 a seguir.
48
Tabela 5 – Distribuição dos votos de sensação térmica individual para diferentes valores de votos médios.
Porcentagem estimada de pessoas que votaram PMV PPD 0 -1, 0 ou +1 -2, -1, 0, +1 ou +2
2 75 5 25 70
1 25 27 75 95
0 5 55 95 100
-1 25 27 75 95
-2 75 5 25 70 Fonte: ISO (1994).
Como se pode perceber, mesmo em um ambiente classificado como 0 no
PMV, apenas 55% dos indivíduos classificaram o nível de conforto dessa forma;
conclui-se, portanto, que é impossível desenvolver um ambiente no qual todas as
pessoas que nele se encontram estejam termicamente confortáveis. A fim de
viabilizar a elaboração de projetos, a recomendação da norma é a de que pelo
menos 90% dos ocupantes estejam neste estado, e que 85% destes não se sintam
incomodados com as correntes de ar que circulem pelo ambiente.
2.3.4 Modelo de Conforto Adaptativo
Apesar da grande utilização do método PMV, autores questionaram o
“método racional” de determinação do conforto térmico, principalmente por se tratar
de um estudo baseado em países de clima moderado da América do Norte e da
Europa.
Nicol e Humphreys (2001, p.46) afirmam que o problema principal de
pesquisas de campo é, primeiramente, a dificuldade em se medir as condições
ambientais com precisão; em, segundo lugar, os resultados de uma determinada
pesquisa na maioria das vezes não se aplicam aos dados de outra mesmo em
circunstâncias semelhantes, o que dificulta a generalização a partir de dados
49
estatísticos. Portanto, fórmulas como as do PMV, apresentado na ISO 7730 são
passíveis de erro quando aplicadas em regiões diferentes das estudadas
originalmente.
Em abril de 2001, na Universidade de Loughborough em Windsor (Reino
Unido), alguns autores apresentaram trabalhos de introdução a um modelo de
conforto térmico denominado Modelo de Conforto Adaptativo (ACS – Adaptive
Comfort Standard), com o objetivo de complementar normas de conforto térmico
como a ISO 7730 (1994) e a ASHRAE 55 (2004). O princípio adaptativo, de acordo
com Nicol e Humphreys (2001, p.46), estabelece a ação do indivíduo como mais
uma variável na determinação do conforto térmico, além das fisiológicas e climáticas
anteriormente enumeradas; quanto maiores as oportunidades de se adaptar ao meio
ou de adaptar o meio às suas exigências, menores as chances do ocupante do meio
sentir desconforto.
Em citação a trabalhos próprios de 1973 e 1976, os autores apresentaram
uma pesquisa onde o voto médio de conforto térmico do PMV mudou menos no
ambiente interno em climas diferentes do que era esperado. A variação da mudança
do voto de conforto com a temperatura é, peculiarmente, muito menor entre uma
pesquisa a outra do que quaisquer outras pesquisas em particular; em pesquisas de
campo realizadas, concluiu-se que a temperatura de conforto é diretamente
relacionada com a temperatura média medida, conforme mostra a Figura 15 a
seguir.
Figura 15 – Relação da temperatura de conforto com a temperatura média, a partir de estudos realizados em todo o mundo (quadro da esquerda); no quadro da direita, relação obtida a partir de estudos utilizando um padrão climático em particular, porém em diferentes épocas do ano, na Europa (linha contínua) e no Paquistão (linha tracejada). Fonte: Nicol e Humphreys (2001).
50
Em edifícios onde o condicionamento do ar é centralizado, ou seja, há pouco
ou nenhum controle individual sobre a temperatura, qualquer mudança no ambiente
é vista como algo negativo, uma vez que os ocupantes acabam por se sentirem
adaptados a uma temperatura em particular. Já em ambientes cujo controle da
temperatura está nas mãos dos próprios ocupantes, estes acabam por ajustar as
condições climáticas internas conforme desejam, e quaisquer mudanças são vistas
como algo positivo (LEAMAN e BORDASS apud NICOL e HUMPHREYS, 2001,
p.50).
Conforme pesquisa realizada em escritórios no Paquistão por Nicol et al apud
Nicol e Humphreys (2001), a sensação de conforto térmico foi estabelecida na faixa
entre 20 e 30ºC, apenas realizando mudanças nas vestimentas e uso de
ventiladores para controle da temperatura, como mostra a Figura 16.
Figura 16 – Porcentagem de indivíduos satisfeitos em pesquisa a escritórios no Paquistão, apenas com a presença de ventiladores e a possibilidade de mudanças na vestimenta. Fonte: Nicol e Humphreys (2001).
TAKI et al (2001, p.92-93) realizaram um estudo em Ghadames, na Líbia, com
30 edificações de, em média, 600 anos de idade, construídas de modo tradicional
local (argila com elementos orgânicos, gesso nos interiores e tronco e folhas de
palmeiras como cobertura), entrevistando 135 ocupantes. Chegou-se à conclusão de
que a temperatura neutra foi de 31,6ºC, e de que há uma tendência dessa
temperatura aumentar proporcionalmente à temperatura externa. Isso sugere que a
adaptação do ambiente e comportamental, aliados à climatização pessoal e
51
questões socioculturais, possuem grande influência na percepção do conforto
térmico humano, e que estes fatores geram grandes consequências na construção e
utilização das edificações.
A norma original da ASHRAE 55, segundo Brager e deDear (2001, p.61),
tornou o design muito limitado no quesito conforto térmico. Foram, então, propostas
revisões que incluem a ACS, esta permitindo temperaturas mais quentes durante o
verão para edifícios com ventilação natural. Através de um levantamento de dados
de 160 edifícios localizados em 4 continentes, em diferentes zonas climáticas, com
edificações que utilizam sistemas de ar condicionado e ventilação natural, cujos
resultados, comparados aos do PMV, estão apresentados nas Figuras 17 e 18 a
seguir.
Figura 17– Comparação entre valores medidos com preditos pelo PMV para edificações com sistema central de ar condicionado. Fonte: BRAGER e de DEAR (2001).
52
Figura 18 – Comparação entre valores medidos com preditos pelo PMV para edificações com sistema central de ventilação natural. Fonte: BRAGER e de DEAR (2001).
Nicol e Kessler apud Nicol e Humphreys (2001, p.58) ressaltam, no entanto,
que de nada adianta os indivíduos possuirem dispositivos de controle se os mesmos
não funcionam; há também de se levar em conta qye a utilidade de alguns
mecanismos em particular podem variar de entre uma estação e outra.
53
3 ARQUITETURA BIOCLIMÁTICA
A bioclimatologia é o estudo das relações entre o clima e o ser humano. A
caracterização das diversas escalas de clima varia entre os autores, porém em geral
são considerados o macroclima, o mesoclima e o microclima.
No macroclima são observadas as características climáticas de uma região,
normalmente medidas em estações meteorológicas; no mesoclima e microclima, são
observadas as alterações locais na radiação solar, temperatura do ar, umidade e
vento.
A poluição e o corte discriminado de vegetação, característico das grandes
cidades, pode afetar o mesoclima; já o microclima está diretamente relacionado à
escala da edificação e de seu entorno imediato, sendo influenciado pelas
consequências das outras escalas climáticas e também pela interferência direta na
propriedade onde se encontra a edificação (LAMBERTS, 2007, p.21).
Segundo Fricke (1999, p. 51), em 1973 Victor Olgyay, ainda pertencente ao
Grupo de Arquitetura Solar do MIT, utilizou o termo bioclimatic design – traduzido
como “projeto bioclimático” - como sendo a adequação da arquitetura ao clima local,
tirando partido das condições climáticas para criar uma arquitetura com desempenho
térmico adequado.
Corbella apud Fricke (1999, p. 51) define a proposta da Arquitetura
Bioclimática como sendo de harmonizar o edifício ao clima e às características
locais, pensando no homem que morará ou trabalhará nele, considerando a
tecnologia, os conhecimentos atuais, os materiais e suas características físicas,
químicas, óticas, mecânicas e estéticas, os recursos humanos, os materiais e a
energia de que se dispõe.
Tombazis apud Fricke (1999, p.53) afirma que o projeto bioclimárico baseia-
se de uma forma imperativa na “moral ecológica”, não significando um retorno aos
princípios reinantes na pré-história, mas sim um avanço no emprego controlado e
equilibrado dos recursos.
54
3.1 CARTA BIOCLIMÁTICA DE OLGYAY
De acordo com Hackenberg (1994, p.63), a carta bioclimática de Olgyay,
mostrada na Figura 19, correlaciona a temperatura com a umidade relativa do ar
com o objetivo de analisar as condições de conforto térmico; com linhas adicionais,
ela também mostra como melhorar as condições de conforto com a utilização da
ventilação natural e da radiação solar.
Figura 19 – Exemplo de carta bioclimática de Olgyay para habitantes de clima quente utilizando vestimenta de 1 clo. Fonte: KOENIGSBERGER et al apud LAMBERTS; GHISI; PAPST (2000).
Izard e Guyot apud Barbosa (1997, p.35) acrescenta que o diagrama
bioclimático de Olgyay sugere que as condições de temperatura e umidade sejam
plotadas como curvas fechadas ou ciclogramas das médias diárias para cada mês,
de uma dada localidade, servindo para comprovar ao mesmo tempo a exigência
humana, o rigor do clima local e a resposta qualitativa global de soluções
arquitetônicas.
55
Deve-se atentar que, para combinações de temperatura de bulbo seco e
umidade relativa que recaiam para pontos acima e abaixo da zona de conforto,
pode-se obter o conforto térmico com a incidência de ventos, para o primeiro caso
ou de radiação solar, no segundo (LAMBERTS; GHISI; PAPST, 2000, p. 10).
3.2 CARTA BIOCLIMÁTICA DE GIVONI
Enquanto que a carta bioclimática de Olgyay, aplicada estritamente para as
condições externas, é desenhada em dois eixos, sendo o eixo vertical o das
temperaturas de bulbo seco e o horizontal o das umidades relativas, em 1969 Givoni
apresentou uma carta bioclimática para edificações, construída sobre uma carta
psicrométrica convencional (BARBOSA, 1997, p.35). Através da carta, informações
de temperatura e umidade, representadas graficamente, apontam em quais zonas
estão as características climáticas e qual a estratégia indicada para obter o conforto
térmico sob aquelas condições.
Inicialmente, Givoni apresentou uma carta apenas para países desenvolvidos,
contendo seis estratégias, conforme mostra a Figura 20. As zonas, numeradas de
01 a 06 representam, respectivamente, as seguintes estratégias: conforto térmico;
condições aceitáveis de conforto térmico; inércia térmica; ventilação natural;
sistemas mecânicos de refrigeração; sistemas mecânicos de aquecimento
(HACKENBERG, 1994, p.63).
56
Figura 20 – Carta bioclimática de Givoni para países desenvolvidos. Fonte: FROTA et al apud HACKENBERG (1994).
Em 1992, uma adaptação feita por Givoni para edificações de países em
desenvolvimento aumentou o número de estratégias para nove (ver Figura 21),
sendo respectivamente: conforto térmico, ventilação, resfriamento evaporativo,
massa térmica para resfriamento, ar condicionado, umidificação, massa térmica para
aquecimento, aquecimento solar passivo e aquecimento artificial.
Figura 21– Carta bioclimática de Givoni adaptada para países em desenvolvimento. Fonte: GIVONI apud PEREIRA; SOUZA (2007).
57
Por fim, como parte de um projeto de normalização sobre o desempenho de
habitações populares, Roriz, Ghisi e Lamberts (2001) sugeriram uma adaptação
extra, resultando em um zoneamento no qual climas admitidos como distintos foram
agrupados em uma mesma zona e climas semelhantes em zonas diferentes, como
mostra a Figura 22. No lugar de 9 zonas (numeradas de 1 a 9 na Figura 16 anterior),
estão 11 zonas, identificadas com letras de A até K, de acordo com a Tabela 06.
Figura 22 – Carta de Givoni adaptada Fonte: RORIZ;GHISI;LAMBERTS (2001).
Tabela 6- Novas zonas bioclimáticas e suas respectivas estratégias de condicionamento térmico.
Zona Estratégia
A Sistema artificial de aquecimento B Aquecimento solar da edificação C Aquecimento solar da edificação D Conforto térmico (baixa umidade) E Conforto térmico F Desumidificação (renovação do ar)
G+H Resfriamento evaporativo H+I Massa térmica de refrigeração I+J Ventilação K Sistema artificial de refrigeração L Umidificação do ar
Fonte: adaptado de RORIZ;GHISI;LAMBERTS (2001).
Conforme visto nas cartas de Givoni, o eixo das abscissas representa a
temperatura de bulbo seco (em ºC) e o das ordenadas a razão de umidade ou
58
umidade absoluta (em g/kg); as linhas inclinadas representam as temperaturas de
bulbo úmido (em ºC) e as curvas a umidade relativa (em %).
Para determinar o tipo climático de uma localidade através da carta, é
necessário ter posse dos dados mensais de temperatura – máxima e mínima – e de
umidade média para um dado ano, este podendo ser o de referência (TRY) ou um
ano qualquer escolhido para estudo. Em um dado mês, é calculada a média entre as
temperaturas máxima (Tmáx) e mínima (Tmín), conforme a Equação 5; ela se torna
a abscissa de um ponto “a”; ao cruzar o valor de Tméd com a curva UR, é obtida a
ordenada, que representa umidade absoluta média (Uméd) do mês.
2
TmínTmáxTméd
+=
Equação 5 – Temperatura média de um mês.
De acordo com LAMBERTS et al apud Roriz, Ghisi e Lamberts (2001, p.3), a
variação média diária da umidade absoluta do ar pode ser considerada igual a 3
gramas de vapor d’água por quilograma de ar seco. Logo, para estimar as umidades
absolutas mínima (Umín) e máxima (Umáx), basta proceder aos cálculos das
Equações 6 e 7 abaixo:
5,1−= UmédUmín
Equação 6 – Estimativa da umidade mínima.
5,1+= UmédUmáx
Equação 7 – Estimativa da umidade máxima.
A interseção entre as retas que passam por Tmín e Umín define o ponto “b”, e
entre Tmáx e Umáx o ponto “c”; traça-se uma reta conectando os três pontos, esta
representando todas as horas de um dia médio do mês considerado, conforme
mostra a Figura 23.
59
Figura 23 – Reta representativa do clima em um determinado mês. Fonte: RORIZ; GHISI; LAMBERTS (2001).
A partir da reta encontrada, calcula-se, por regra de três, a percentagem
dessas horas que corresponda a cada zona da carta bioclimática, considerando o
comprimento total como 100% do tempo. Essa operação é repetida para todos os
demais meses, obtendo-se posteriormente as percentagens de cada zona
acumuladas ao longo de um ano.
Roriz, Ghisi e Lamberts (2001, p.4) utilizou como exemplo a cidade de
Brasília-DF, cujo clima foi determinado graças às retas nas Figuras 24 e 25. Na
Figura 16, percebe-se que as temperaturas mais frias estão na região C, enquanto
que as mais quentes estão na região D.
Figura 24 – Reta correspondente a um dado mês em Brasília-DF. Fonte: RORIZ; GHISI; LAMBERTS (2001).
60
Figura 25 – O clima de Brasília. Fonte: RORIZ; GHISI; LAMBERTS (2001).
Ao elaborar as percentagens acumuladas, valores menores que 1% devem
ser desprezados, e as 05 principais estratégias são selecionadas para a
determinação da zona climática correspondente ao local. No caso do estudo de
Roriz, Ghisi e Lamberts (2001, p.4), para Brasília os resultados foram os seguintes
(ver Tabela 7):
Tabela 7 - Resultados para Brasília-DF.
Zona B C D F I
% tempo 1,5 12,7 11,9 15,2 3,7 Fonte: adaptado de RORIZ; GHISI; LAMBERTS (2001).
Estas 5 estratégias (BCDFI) permitem classificar o clima da cidade em uma
das 8 Zonas Bioclimáticas brasileiras, através dos critérios apresentados na Tabela
8 a seguir, que deve ser percorrida de cima para baixo, procurando-se a primeira
Zona cujos critérios correspondam às estratégias características do clima analisado.
Por exemplo, para uma cidade ser classificada na Zona 1, precisa ter “A” entre suas
estratégias, mas não pode ter “I” nem “J”. De acordo com o exemplo, vê-se que
Brasília pertence à Zona 4, como é confirmado ao se observar a Figura 26.
61
Tabela 8 – Critérios para Classificação Bioclimática.
Zona A B C D H I J 1 SIM NÃO NÃO 2 SIM 3 SIM NÃO NÃO 4 SIM 5 SIM NÃO NÃO 6 SIM 7 NÃO 8 NÃO
Fonte: RORIZ;GHISI;LAMBERTS (2001).
Figura 26 – Zoneamento bioclimático brasileiro. Fonte: RORIZ;GHISI;LAMBERTS (2001).
62
As zonas bioclimáticas brasileiras serão detalhadas no item a seguir.
3.3 ZONAS BIOCLIMÁTICAS
Segundo o Procel (2009d, p.55), zona bioclimática é uma “região geográfica
homogênea quanto aos elementos climáticos que interferem nas relações entre
ambiente construído e conforto humano”, esta definida através do cruzamento de
três tipos de dados: zonas de conforto térmico humano, dados objetivos climáticos e
estratégias de projeto e construção para a obtenção do conforto térmico no local.
Conforme visto no item 3.2, pode-se determinar a zona bioclimática de uma
localidade baseada em dados climáticos plotados na Carta Bioclimática de Givoni ou
por visualização do mapa de zoneamento bioclimático brasileiro definida pela NBR
15220-3 (ABNT, 2003c) e vista na Figura XX anterior. Além do mapa, a norma
também disponibiliza uma lista de cidades e as zonas nas quais elas se enquadram;
as cidades da Região Sul do Brasil (PR, SC, RS) estão apresentadas no Anexo E do
presente trabalho.
O Brasil possui 8 zonas bioclimáticas, cujas principais estratégias são listadas
a seguir nas Tabelas 9 e 10.
63
Tabela 9– Estratégias de projeto e construção para as zonas bioclimáticas brasileiras 1 a 4.
ZB1 ZB2 ZB3 ZB4 Aberturas para ventilação Médias Médias Médias Médias
Sombreamento Permitir sol no período frio
Permitir sol no inverno
Permitir sol no inverno Sombrear aberturas
Vedações externas
Parede leve, cobertura leve isolada
Parede leve, cobertura leve isolada
Parede leve refletora, cobertura leve isolada
Parede pesada, cobertura leve isolada
Condicionamento térmico passivo
Aquecimento solar e uso de inércia térmica (vedações internas pesadas) no inverno.
No verão, ventilação cruzada, e no inverno aquecimento solar e uso de inércia térmica (vedações internas pesadas).
No verão, ventilação cruzada, e no inverno aquecimento solar e uso de inércia térmica (vedações internas pesadas).
No verão, resfriamento evaporativo, massa térmica para resfriamento e ventilação seletiva; no inverno, aquecimento solar e uso de inércia térmica (vedações internas pesadas).
Observações
Não é suficiente o aquecimento passivo no período mais frio do ano.
Não é suficiente o aquecimento passivo no período mais frio do ano. � �
Fonte: adaptado de ABNT (2003).
Tabela 10 - Estratégias de projeto e construção para as zonas bioclimáticas brasileiras 5 a 8.
ZB5 ZB6 ZB7 ZB8 Aberturas para ventilação Médias Médias Pequenas Grandes
Sombreamento Sombrear aberturas Sombrear aberturas
Sombrear aberturas Sombrear aberturas
Vedações externas
Parede leve refletora, cobertura leve isolada
Parede pesada, cobertura leve isolada
Parede pesada, cobertura pesada
Paredes e cobertura leve refletora
Condicionamento térmico passivo
No verão, ventilação cruzada; no inverno, inércia térmica (vedações internas pesadas).
No verão, resfriamento evaporativo, massa térmica para resfriamento e ventilação seletiva; no inverno, uso de inércia térmica (vedações internas pesadas).
No verão, resfriamento evaporativo, massa térmica para resfriamento e ventilação seletiva.
No verão, ventilação cruzada permanente.
Observações � � �
Condicionamento passivo insuficiente nas horas mais quentes.
Fonte: ABNT (2003).
64
3.4 MÉTODO DE MAHONEY
O Método Tradicional dos Quadros de Mahoney (MMT), segundo Sena (2004,
p.24), consiste em três quadros que interferem sequencialmente, gerando como
resultado recomendações para melhor definir as características arquitetônicas de um
projeto. A sequencia dos quadros é apresentada na Figura 27 a seguir.
Figura 27 – Esquema do MMT. Fonte: KOENIGSBERGER et al adaptado por HARRIS;CHENG;LABAKI (2000).
O Quadro I é utilizado para registrar os dados climáticos mais relevantes,
como: temperatura média, amplitude térmica, umidade relativa, pluviosidade e vento,
como mostra a Figura 28.
65
Figura 28 – Quadro I do MMT. Fonte: HARRIS;CHENG;LABAKI (2000).
O Quadro II (ver Figura 29) faz a análise dos dados climáticos, detectando o
rigor térmico pelo dia e pela noite através do estudo das solicitações térmicas,
comparando-se a TMmax (Temperatura Média máxima mensal) com os limites do
bem estar pelo dia e a TMmin (Temperatura Média mínima mensal) com os limites
do bem estar pela noite (HARRIS; CHENG;LABAKI, 2000, p.1134).
Os limites de bem estar, ainda segundo os autores, são determinados através
de uma carta mostrada na Figura 30 e são baseados na relação entre a
Temperatura Média Anual (TMA) e o Grupo de Umidade (GU) ou a Umidade
Relativa média. Para cada mês, se a TMmax for superior ao limite máximo de bem
estar pelo dia é detectado um rigor térmico ‘Quente’ (Q); se estiver abaixo do limite
mínimo de bem estar pelo dia, é detectado um rigor térmico ‘Frio’(F); e se estiver
dentro dos limites de bem estar, a situação é considerada como ‘Confortável’(C).
Analogamente isto é feito para a TMmin considerando os limites de bem estar pela
noite.
66
Figura 29 – Quadro II do MMT. Fonte: HARRIS;CHENG;LABAKI (2000).
Figura 30 – Carta de limites de bem estar. Fonte: HARRIS;CHENG;LABAKI (2000).
Em seguida, ainda no Quadro II, são determinados indicadores que
posteriormente mostrarão as ações que o projetista deve tomar para solucionar os
problemas diagnosticados. Esses indicadores são fundamentados nos sintomas
detectados em relação à natureza da tensão térmica, algumas características
climáticas e a duração destes fenômenos na região analisada
(HARRIS;CHENG;LABAKI, 2000, p.1135).
A partir de análises de temperatura média, umidade relativa e pluviosidade de
uma determinada região, são definidos três indicadores de umidade (H) e três de
aridez (A), como mostra a Figura 31; em seguida, marca-se o mês que foi detectada
a presença do indicador e, ao final do ano, tem-se a freqüência expressa em número
de meses, conforme apresenta a Figura 32.
67
Figura 31 - Quadro II - Condições climáticas para a detecção de cada indicador. Fonte: HARRIS;CHENG;LABAKI (2000).
Figura 32 - Quadro II - Indicadores detectados mês a mês. Fonte: HARRIS;CHENG;LABAKI (2000).
Por último, ainda segundo os autores, o Quadro III (Figura 33) traduz as
indicações do Quadro II em especificações de funcionamento e recomendações
para um desenho esquemático do projeto arquitetônico, agrupadas por itens e
determinadas pela freqüência dos indicadores ao longo do ano.
68
Figura 33 – Quadro III do MMT. Fonte: HARRIS;CHENG;LABAKI (2000).
Apesar de muito utilizado, o método tradicional de Mahoney possui certos
contratempos, conforme analisado por Harris, Cheng e Labaki (2000, p.1136-1137):
Observa-se que o tratamento matemático dado na metodologia tradicional impõe mudanças bruscas de classificação nos limites dos parâmetros climáticos, como pode ser observado na Figura 2, proveniente da Tabela 5, onde a faixa referente a <10oC aponta para o indicador H1 e a faixa referente a >10oC aponta para os indicadores A1 e A2. Isso gera grandes diferenças nos resultados obtidas devido a pouca variação nos valores dos dados climáticos de entrada. Além disso fica a dúvida na classificação do dado se este for exatamente 10ºC.
A partir de uma análise e seleção das informações contidas na metodologia
tradicional (MMT), os autores então realizaram a remodelagem dos quadros, de
modo que as informações caracteristicamente nebulosas possam receber um
69
tratamento matemático mais adequado. Para isso, foram utilizados conceitos da
Teoria dos Sistemas Nebulosos (Fuzzy Systems Theory), possibilitando a
flexibilização dos quadros e permitindo uma análise mais realística dos parâmetros
climáticos. Com isso, foi criado o Método de Mahoney Nebuloso (MMN), cujo estudo
aprofundado não convém ao presente trabalho.
3.5 RECURSOS NATURAIS
Um bom projeto arquitetônico aproveita as condições naturais do entorno da
edificação para o controle das condições internas. Fricke (1999, p. 68-69) afirma que
o projeto deve ser o resultado da análise do terreno: sua localização, posição em
relação ao sol e aos ventos dominantes, presença ou ausência de vegetação,
barreiras naturais e corpos d’água.
3.5.1 Ventilação Natural
A ventilação de um ambiente é entendida como a troca de ar entre os
ambientes interno e externo. As principais funções da ventilação, de acordo com
Lamberts (2007, p.95-96), são:
- remoção de impurezas/odores indesejáveis, aumentando a
concentração de oxigênio e diminuindo a de gás carbônico;
- remoção do excesso de calor acumulado no interior da edificação
produzido por pessoas ou sistemas internos;
- resfriar a estrutura do edifício e seus componentes;
- facilitar as trocas térmicas entre o homem e o ambiente, sobretudo
no verão;
- remover o excesso do vapor d’água do ar interno, evitando a
condensação superficial.
Como se pode perceber, a ventilação é necessária durante todo o ano para
higienização; durante o verão, ela também adquire importância térmica.
70
A ventilação natural ocorre de duas formas: por diferença de temperatura ou
de pressão causada pelo vento. A Figura 34 a seguir apresenta as diferentes
estratégias de ventilação natural em uma edificação.
Figura 34 – Diferentes estratégias de ventilação natural para uma edificação. Fonte: GHIAUS; ROULET adaptado por TRIANA; LAMBERTS (2010).
3.5.1.1 Ventilação natural causada por diferença de temperatura
Este tipo de ventilação baseia-se na diferença entre as temperaturas do ar
interior e exterior, provocando um deslocamento da massa de ar da zona de maior
para a de menor pressão. Existindo duas aberturas em diferentes alturas, se
estabelece uma circulação de ar da abertura inferior para a superior, denominada
efeito chaminé (ver Figura 35), não muito eficiente em casas térreas pois depende
da diferença entre as alturas das janelas. Além disso, para climas quentes,
especialmente no verão, este mecanismo não deve ser visto como a forma mais
eficiente de se gerar conforto térmico e/u remover o excesso de calor em uma
edificação, devendo-se dar maior importância à ventilação pelo efeito do vento
(LAMBERTS, 2007, p.96), uma vez que a sensação de diminuição de temperatura é
mais influenciada pela velocidade do ar do que pelo volume deste (FRICKE, 1999, p.
69).
71
Figura 35 – Efeito chaminé em uma edificação. Fonte: LAMBERTS (s.n.t).
3.5.1.2 Ventilação natural por diferença de pressão causada pelo vento
O movimento do ar ocorre por diferença de pressão, ou seja, ele se desloca
da zona de alta pressão para a de baixa pressão, de acordo com a Figura 36. A fim
de que a edificação seja ventilada dessa maneira, é necessário que os ambientes
sejam atrravessados transversalmente pelo fluxo de ar, não apenas serem expostos
ao vento (LAMBERTS, 2007, p.96).
72
Figura 36 - Pressões positivas (+) e negativas (-) ao redor de diferentes configurações de edificações. Fonte: ROAF; FUENTES; THOMAS apud TRIANA; LAMBERTS (2010).
Quando o ambiente não possui abertura para saída do vento, a ventilação é
denominada unilateral (Figura 37); por outro lado, quando na face de incidência do
vento existe uma zona de alta pressão e na face oposta uma de baixa pressão,
ocorre a ventilação cruzada (Figura 38).
Figura 37 – Ventilação unilateral. Fonte: LAMBERTS (2007).
73
Figura 38 – Ventilação cruzada. Fonte: LAMBERTS (s.n.t).
3.5.2 Radiação Solar
Captar a luz para iluminar naturalmente os ambientes, através do emprego de
iluminação lateral ou zenital (teto – ver Figura 39) é bastante desejável,
principalmente para a diminuição do consumo de energia elétrica referente ao
consumo de lâmpadas. No entanto, o Sol também faz aumentar a carga térmica na
edificação. Conforme ressalta Fricke (1999, p.70), o uso excessivo de vidro nas
edificações pode criar verdadeiras “estufas”, nas quais toda a energia dos raios
solares incidentes é absorvida pelos corpos existentes no interior do prédio, que
passam a aquecer o ambiente por radiação. Logo, a autora sugere que o uso do
vidro nas aberturas deve ser restrito às funções de iluminação, vedação de
infiltrações de ar e ruído e integração do interior à vegetação do entorno.
74
Figura 39 – Exemplos de iluminação zenital em edificações. Fonte: EDIFIQUE (2011).
3.5.3 Vegetação
“A vegetação é um importante fator a ser considerado, pois serve como
controlador da carga térmica incidente na edificação, além de proporcionar um
microclima agradável no seu entorno” (FRICKE, 1999, p.70).
Ainda segundo a autora, o porte da vegetação, bem como sua distância em
relação à edificação, influenciam a trajetória do ar, podendo servir como um canal
que facilita a captação e circulação dos ventos. Em zonas de praia, por exemplo,
barreiras de vegetação podem ser utilizadas para diminuir o excesso de ventos;
cercas vivas podem melhorar a ventilação quando colocadas de forma alternada,
uma na zona de pressão e outra na de sucção.
Lamberts (2007, p.27) acrescenta que: “o uso de vegetação, de fontes d’água
ou de outros recursos que resultem na evaporação da água diretamente no
ambiente que se deseja resfriar constituem-se em formas diretas de resfriamento
evaporativo”.
Triana e Lamberts (2010, p.63) também explicam que a utilização da
vegetação externamente à edificação, por meio do plantio de plantas e árvores em
locais de sombreamento para paredes ou janelas, pode ser utilzada para moderar a
75
temperatura interna. Árvores com copas altas podem ser dispostas de forma a
propiciar sombra às paredes leste/oeste, reduzindo assim os ganhos de calor no
verão; em localidades mais frias, podem ser utilizadas, de forma seletiva, vegetação
de folhas caducas, de forma a propiciar economia energética em qualquer estação,
com a redução do uso de aparelhos de refrigeração ou aquecimento. Outra opção é
o uso do telhado verde, também conhecido como teto verde ou telhado jardim (ver
Figura 40) que, pelo uso da inércia como estratégia térmica, possui um desempenho
térmico superior aos telhados convencionais, proporcionando evapotranspiração
através da criação de um microclima mais favorável.
Figura 40 – Teto jardim na cobertura de salão de festas de um condomínio de Florianópolis – SC. Fonte: TRIANA; LAMBERTS (2010).
O emprego da vegetação como recurso natural, no entanto, exige cuidados.
Ainda segundo os autores citados anteriormente, na medida do possível a escolha
do tipo de árvores e arbustos deve estar de acordo com a disponibilidade de água
no solo para sua sobrevivência, com suprimento natural em suas fases e épocas de
crescimento, a fim de atingir os objetivos buscados com sua implantação, bem como
a otimização do consumo de água. O porte da vegetação não pode interferir na
iluminação/fiação pública nem causar quebras de calçadas quando for o caso de
serem plantadas próximo ao passeio público ou à rua.
76
Costa (2007, p.25) recomenda a utilização equilibrada desse elemento natural
para que a edificação não sofra com a redução, tanto do ganho térmico em seu
fechamento, quanto da iluminação interna natural.
3.6 Recursos Técnicos
A partir do estudo dos diversos fatores climáticos que interferem no
desempenho da edificação, em grande parte das vezes é necessário lançar mão de
recursos técnicos que aproveitam ou bloqueiam as influências do entorno; os mais
importantes serão enumerados a seguir.
3.6.1 Sombreamento
Diversas técnicas podem ser utilizadas para o sombreamento, ou seja, a
proteção da edificação contra os raios solares. Além de diminuir o ganho solar, as
estratégias de sombreamento podem evitar o ofuscamento, filtrar os raios UV e
permitrir a entrada de luz natural de forma saudável para os ambientes.
De acordo com Lamberts (s.n.t.), as proteções solares podem ser internas ou
externas à edificação. No primeiro caso, são utilizados recursos para as aberturas
nas paredes ou zenitais, podendo o nível de sombreamento ser ajustado para cada
fachada onde elas se encontram; na segunda situação, os formatos podem variar,
sendo geralmente motorizados e confeccionados em materiais que cada vez mais
resistem às mudanças climáticas, conforme os avanços tecnológicos.
Dentre as estratégias de sombreamento, podemos citar:
- brises-soleils: também conhecidos por quebra-sóis, podem ser
horizontais (Figura 41), para a regulagem da incidência solar nas
faces leste ou oeste, ou verticais (Figura 42), para a regulagem na
face norte (FRICKE, 1999). Podem ser apoiados em estrutura
externa leve, presos diretamente na fachada da edificação ou
combinados com prateleiras de luz interna para um controle maior do
77
ganho solar, ofuscamento e aproveitamento da luz natural
(LAMBERTS, s.n.t.);
Figura 41 – Brise horizontal. Fonte: BRISES (2011).
Figura 42 – Brise vertical. Fonte: BRISES (2011).
78
- gelosias (Figura 43): fechamentos vazados formados por treliças de
ripas finas, geralmente de madeira. De acordo com as dimensões
dos seus vãos e das suas cores, proporcionam maior ou menor
níveis de iluminação, ventilação e privacidade para dentro do
ambiente (LAMBERTS, s.n.t.);
Figura 43 – Gelosia. Fonte: Tamanini apud Lamberts (s.n.t.).
- muxarabis (Figura 44): gelosias que cercam um pequeno balcão.
Bastante comuns na arquitetura islâmica e comumente confundidos
com as gelosias (LAMBERTS, s.n.t.);
79
Figura 44 – Muxarabi da Biblioteca Antônio Torres, em Diamantina (MG). Fonte: MUXARABI (2011).
- persianas (Figura 45): sistemas externos que correm ao longo da
edificação. Podem ser horizontais ou verticais, fixas ou ajustáveis,
estas podendo ser manuais ou motorizadas. Persianas maiores
permitem maior visibilidade com bom sombreamento (LAMBERTS,
s.n.t.);
80
Figura 45 – Persiana interna. Fonte: WEBCOMÉRCIO (2011).
- venezianas (Figura 46): são usadas de forma interna, externa ou
entre vidros, podendo ser fixas através de guias. Venezianas
externas, além de controlar a luz solar, proporcionam um maior
controle do ganho térmico que entra na edificação, podendo ser
recolhidas quando não necessárias (LAMBERTS, s.n.t.).
81
Figura 46 – Janela com veneziana. Fonte: JANELAS (2011).
Devido à grande variedade de estratégias de sombreamento, a escolha e
dimensionamento das mesmas para uma edificação exige cuidados. As atividades
humanas não podem ser limitadas, muito menos as intenções projetuais, em
detrimento de regras rígidas; o edifício não pode se tornar um inimigo do homem e
de seu bem-estar. Portanto, a proteção solar não é o centro do projeto, mas sim
parte de todo um conjunto, devendo ser respeitadas todas as variáveis (ATEM;
BASSO, 2005).
3.6.2 Sistemas artificiais de controle
Quando os sistemas disponíveis na edificação não são suficientes para
garantir o conforto térmico, lança-se mão de sistemas artificiais de controle, podendo
ser de dois tipos:
- sistemas de aquecimento: utilizados para elevar a temperatura do
ambiente, normalmente consumem energia elétrica, gás, lenha.
Exemplos: aquecedores elétricos portáteis, lareiras, pisos radiantes
(Figura 47), fogões à lenha, entre outros;
82
Figura 47 – Piso aquecido ou radiante. Fonte: CASAS (2011).
- sistemas de resfriamento (arrefecimento): diminuem a temperatura do
ambiente, muitas vezes controlando a umidade do mesmo. É o caso
do ar condicionado (Figura 48);
Figura 48 – Sistema de ar condicionado tipo split. Fonte: COMO (2011).
83
- sistemas de circulação de ar: não aquecem nem resfriam o ar,
apenas promovem a circulação. Exemplos: ventiladores de teto
(Figura 49) ou portáteis e exaustores.
Figura 49 – Ventilador de teto. Fonte: VENTILADORES (2011).
Apesar de muitas vezes práticos, esses sistemas devem ser utilizados apenas
em casos onde o aquecimento ou resfriamento passivo são insuficientes, ou seja,
deve-se projetar a edificação de forma a evitar a utilização de sistemas artificiais de
controle de temperatura: aquecedores a gás liberam gás carbônico para o ambiente;
a lenha demanda grande consumo de recursos florestais; e equipamentos elétricos
aumentam o consumo de energia elétrica da edificação, diminuindo sua eficiência.
3.6.3 Controle dos ventos
Conforme visto anteriormente, alguns dos sistemas de sombreamento
também podem ser utilizados para controlar a ventilação natural, tais como as
persianas, os muxarabis e as gelosias. Além deles, também existem elementos
exclusivamente para controle do ar, tais como:
84
- peitoris ventilados (Figura 50): em geral facilita a ventilação cruzada,
quando se deseja separar as funções de iluminação (janelas) das de
ventilação (peitoril ventilado). Esta separação permite que as janelas
recebam proteções solares que podem obstruir o vento reduzindo sua
velocidade, ou que possam permanecer fechadas em momentos de chuva
enquanto a ventilação permanece disponível, podendo inclusive facilitar o
efeito chaminé (LAMBERTS, s.n.t.);
Figura 50 – Peitoril ventilado. Fonte: AMORIM (2001).
- redutores de velocidade (Figura 51): localizados em uma orientação
específica, são barreiras recomendadas quando a ventilação é desejada,
mas o vento no local apresenta maior intensidade que o desejado para
proporcionar conforto e renovar o ar dos ambientes internos. Podem ser
utilizadas para fins combinados, como vegetação de arbustos ou árvores
em jardins e bancos para os usuários, ou confeccionadas em vidro,
quando se deseja manter a vista para um ponto ou direção específica
(LAMBERTS, s.n.t.).
85
Figura 51 – Redutor de velocidade. Fonte: Tamanini apud Lamberts (s.n.t.).
86
4 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DOS MATERIAIS
Para que uma edificação possua um bom desempenho térmico, a escolha
adequada de materiais a serem empregados é de suma importância, devido às
trocas de energia dos mesmos com o meio ambiente.
Baltar (2006) explica que a intensidade das trocas de energia ocorre através
dos fechamentos, e depende de fatores como: temperaturas internas e externas das
edificações, absortância, emissividade, transmitância, intensidade da radiação solar
e propriedades térmicas dos materiais construtivos.
A opacidade ou transparência dos materiais empregados no fechamento –
também chamado de envoltória - influi na maneira como a radiação solar é
transmitida para o interior da edificação, conforme mostra a Figura 52. Materiais
opacos não transmitem-na diretamente, e o fluxo de calor dá-se pela diferença de
temperatura entre as superfícies interna e externa; já os materiais transparentes –
que compõem janelas, portas e outros – fazem com que ela seja transmitida
diretamente, tornando-se, portanto, bons condutores de calor.
87
Figura 52 – Comportamento da radiação solar emitida em materiais transparentes e opacos. Fonte: LAMBERTS, (s.n.t.).
4.1 ABSORTÂNCIA
A NBR 15220-1 (ABNT, 2003a) define absortância (α) como sendo o
quociente da taxa de radiação solar absorvida por uma superfície pela taxa de
radiação solar incidente sobre esta mesma superfície, ou seja (ver Equação 8).
incidente
absorvida
RS
RS=α
Equação 8 – Absortância.
É uma grandeza adimensional, cujo valor varia de acordo com a cor do
material, conforme mostra a Tabela 11 a seguir.
88
Tabela 11 - Absortância (α) para radiação solar (ondas curtas).
Tipo de Superfície α Chapa de alumínio (nova e brilhante) 0,05 Chapa de alumínio (oxidada) 0,15 Chapa de aço galvanizada (nova e brilhante) 0,25 Caiação nova 0,12/0,15 Concreto aparente 0,65/0,80 Telha de barro 0,75/0,80 Tijolo aparente 0,65/0,80 Reboco claro 0,30/0,50 Revestimento asfáltico 0,85/0,98 Vidro incolor 0,06/0,25 Vidro colorido 0,40/0,80 Vidro metalizado 0,35/0,80 Pintura: Branca 0,20
Amarela 0,30 Verde clara 0,40 “Alumínio” 0,40
Verde escura 0,70 Vermelha 0,74
Preta 0,97
Fonte: Adaptado de ABNT (2003b).
4.2 REFLETÂNCIA
A refletância (ρ), também chamada refletividade, é uma grandeza
adimensional que representa o quociente da taxa de radiação solar refletida por uma
superfície pela taxa de radiação solar incidente sobre esta mesma superfície (ABNT,
2003), de acordo com a Equação 9.
incidente
refletida
RSRS
=α
Equação 9 – Refletância.
Em corpos opacos, a relação entre absortância e refletância obedece à
relação mostrada na Equação 10, representada pela Figura 53.
89
Figura 53 – Radiação solar incidente sobre um corpo opaco. Fonte: FROTA; SCHIFFER (2003).
1)()( =+⇒⋅+⋅= ραρα RSRSRS
Equação 10 – Relação entre refletância e absortância em corpos opacos.
4.3 TRANSMITÂNCIA À RADIAÇÃO SOLAR
A transmitância à radiação solar (τ), grandeza adimensional, é o quociente
entre a taxa de radiação solar que atravessa uma superfície e a taxa da radiação
incidente, como mostra a Equação 11.
incidente
refletida
RS
RS=τ
Equação 11 – Transmitância.
Em corpos transparentes, a radiação emitida pelo Sol chega a atravessar a
superfície (Figura 54), e a relação entre absortância, refletância e transmitância
obedece à Equação 12.
90
Figura 54 – Radiação solar incidente em um corpo transparente. Fonte: FROTA; SCHIFFER (2003).
1)()()( =++⇒⋅+⋅+⋅= τρατρα RSRSRSRS
Equação 12 – Relação entre absortância, refletância e transmitância em corpos transparentes.
4.4 EMISSIVIDADE
A emissividade (ε), grandeza adimensional, é o quociente da taxa de radiação
emitida por uma superfície pela taxa de radiação emitida por um corpo negro – corpo
que absorve 100% da radiação incidente, onde nenhuma luz o atravessa nem é
refletida - à mesma temperatura, conforme demonstrado na Equação 13.
negrocorpo
emitida
RS
RS
_
=ε
Equação 13 – Emissividade.
A Tabela 12 a seguir apresenta índices de emissividade para alguns tipos de
superfícies.
91
Tabela 12 - Emissividade de superfícies.
Tipo de Superfície ε Chapa de alumínio (nova e brilhante) 0,05 Chapa de alumínio (oxidada) 0,12 Chapa de aço galvanizada (nova e brilhante) 0,25 Caiação nova 0,90 Concreto aparente 0,85/0,95 Telha de barro 0,85/0,95 Tijolo aparente 0,85/0,95 Reboco claro 0,85/0,95 Revestimento asfáltico 0,90/0,98 Vidro incolor 0,84 Vidro colorido 0,84 Vidro metalizado 0,15/0,84 Pintura: Branca 0,90
Amarela 0,90 Verde clara 0,90 “Alumínio” 0,50
Verde escura 0,90 Vermelha 0,90
Preta 0,90
Fonte: adaptado de ABNT apud LAMBERTS (2007).
4.5 CONDUTIVIDADE TÉRMICA
Propriedade física de um material homogêneo e isótropo, no qual se verifica
um fluxo de calor constante, com densidade de 1 W/m², quando submetido a um
gradiente de temperatura uniforme de 1 Kelvin por metro (ABNT, 2003). A norma
também explica que, quando existe transferência de calor por condução, convecção
e radiação em materiais porosos recomenda-se usar o termo “condutividade térmica
aparente”.
A condutividade térmica de um material é calculada pela Equação 14.
AT
LQ
⋅∆
⋅=λ
Equação 14 – Condutividade térmica.
92
Onde:
λ – condutividade térmica (W/m.K);
Q – quantidade de calor (W);
L – espessura do material (m);
∆T – variação de temperatura (K);
A – área (m²).
A Tabela 13 apresenta índices de condutividade térmica (em W/mºC) para
alguns isolantes convencionais utilizados na construção civil.
Tabela 13 - Condutividade térmica para alguns materiais isolantes convencionais.
Isolantes Convencionais λ (W/mºC) Isolantes Fibrosos 0,045 Poliestireno 0,035 a 0,040 Espuma de Poliuretano 0,030 Concreto celular (400 kg/m³) 0,045
Fonte: LAMBERTS, s.n.t.
4.6 CALOR ESPECÍFICO
O calor específico (c) é a quantidade de calor necessária para elevar em 1
grau a temperatura de um material, por unidade de massa, e pode ser obtida pela
Equação 07 abaixo.
Tm
Qc
∆⋅=
Equação 15 – Calor específico.
Onde:
c – calor específico do material (kJ/kg.K)
m – massa do material (kg)
Q – quantidade de calor (kJ)
93
∆T – variação de temperatura (K)
Na Tabela 14 a seguir estão representados alguns materiais e seus valores
de calor específico.
Tabela 14 – Calor específico de alguns materiais empregados na construção civil.
Material c (kJ/kg.K) Materiais betuminosos 1,46 Poliestireno expandido moldado 1,42 Espuma rígida de poliuretano 1,67 Madeira compensada 2,3 Aço e ferro fundido 0,46 Vidro comum 0,84
Fonte: adaptado de ABNT (2003b).
4.7 DENSIDADE DE MASSA APARENTE
É o quociente da massa pelo volume de um corpo, expresso em kg/m³ (ver
Equação 16).
V
md =
Equação 16 – Densidade da massa aparente.
Com freqüência, segundo Sattler apud Baltar (2006), a densidade é tomada
como um indicador de condutividade, pois materiais com densidade elevada
normalmente possuem condutividade também elevada, porém não existe uma
relação direta entre as duas quantidades. Isso se deve ao fato de o ar possuir uma
condutividade baixa, e os materiais leves tendem a ser porosos, assim, contendo
mais ar, possuindo menor condutividade, conforme representado na Figura 55
apresentada a seguir.
A Figura 56 apresenta a relação entre calor específico e densidade.
94
Figura 55 – Relação entre condutividade e densidade. Fonte: LAMBERTS (s.n.t.)
Figura 56 – Relação entre densidade e calor específico. Fonte: LAMBERTS (s.n.t.).
4.8 RESISTÊNCIA TÉRMICA E TRANSMITÂNCIA TÉRMICA
A resistência térmica (R), conforme demonstrado na Equação 17, representa
o quociente entre a espessura do material e e condutividade térmica do mesmo.
95
λ
LR =
Equação 17 – Resistência térmica.
Quando há mais de um material no fechamento (ver Figura 57), a resistência
térmica total (RT, medida em m²K/W) é a soma das resistências superficiais interna
e externa do ar (Rsi e Rse, respectivamente) mais a soma de todas as resistências
térmicas das camadas (ver Equação 18) inclusive das câmaras de ar não ventilado,
caso houverem (cuja resistência é representada por Rc).
Figura 57 – Fechamento opaco com mais de uma camada de material. Fonte: adaptado de LAMBERTS (s.n.t.).
sensi RRRRRRT +++++= ...21
Equação 18 – Resistência térmica total.
Transmitância térmica (U, medida em W/m²K) é simplesmente o inverso da
resistência térmica, conforme demonstra a Equação 19.
RTU
1=
Equação 19 – Transmitância térmica.
Os valores da resistência superficial do ar interna e externa estão dispostos
na Tabela 15, a resistência térmica Rc para câmaras de ar está na Tabela 16.
96
Tabela 15 – Resistência superficial do ar interna e externa.
Rsi (m²K/W) Rse (m²K/W) Direção do fluxo de calor Direção do fluxo de calor
Para os lados Ascendente Descendente
Para os lados Ascendente Descendente
0,13 0,10 0,17 0,04 0,04 0,04
Fonte: Adaptado de ABNT (2003).
Tabela 16 - Resistência da câmara de ar.
Resistência Térmica Rc (m²K/W)
Direção do fluxo de calor Natureza da Superfície
Espessura (mm) Para os
lados Ascendente Descendente 10 a 20 0,14 0,13 0,15 20 a 50 0,16 0,14 0,18
Superfície não refletora (ε>0,8)
>50 0,17 0,14 0,21 10 a 20 0,29 0,23 0,29 20 a 50 0,37 0,25 0,43
Superfície Refletora (ε<0,2)
>50 0,34 0,27 0,61
Fonte: Adaptado de ABNT (2003).
4.9 DENSIDADE DE FLUXO DE CALOR E TEMPERATURA SOL-AR
Segundo a ABNT (2003), densidade de fluxo de calor ou densidade de taxa
de fluxo de calor (q) é o quociente do fluxo de calor que atravessa uma superfície
pela área ou comprimento desta (ver Figura 05), podendo ser expressa tanto em
W/m² quanto em W/m.
97
Figura 58 – Esquema do fluxo de calor em um fechamento opaco. Fonte: Adaptado de LAMBERTS (s.n.t.).
A densidade de fluxo de calor pode ser calculada através da Equação 20.
TUq ∆⋅=
Equação 20 – Densidade de fluxo de calor.
Onde:
q – densidade de fluxo de calor (W/m²);
U – transmitância térmica (W/m²K);
∆T – variação de temperatura (K).
A temperatura sol-ar (Tsol-ar), de acordo com Lamberts (2007), representa o
efeito combinado da radiação solar incidente no fechamento e dos intercâmbios de
energia por radiação e convecção entre a superfície e o meio envolvente; nestes
processos intervêm o coeficiente de absorção (α) e a emissividade (ε) do material,
conforme mostra a Equação 21.
seLseextarsol RRRRSTT ⋅∆⋅−⋅⋅+=− εα
Equação 21 – Temperatura sol-ar.
Onde:
Text – temperatura externa (W);
α – absortância;
98
RS – radiação total incidente na superfície (W/m²);
Rse - resistência superficial externa, que representa as trocas de calor por
convecção e radiação entre a superfície e o meio;
∆RL - diferença entre a radiação de onda longa emitida e recebida pela
superfície;
ε – emissividade.
Ainda segundo Lamberts (2007), para planos verticais, o valor de ∆RL é zero,
pois as perdas são compensadas pela radiação de onda longa recebida do solo e
das superfícies do meio; em planos horizontais, como coberturas, o termo
ε.∆RL.Rse, segundo dados experimentais, é igual a 4ºC, visto que as camadas altas
da atmosfera têm sempre uma baixa temperatura, fazendo com que estes planos
percam permanentemente energia por radiação.
4.10 INÉRCIA TÉRMICA
Costa (2007) explica o conceito de inércia térmica da seguinte forma:
Uma característica importante do material é sua inércia térmica, que representa a capacidade do material para armazenar e liberar calor. Durante a condução de calor entre suas superfícies, o material armazena em seu interior uma parte da energia transmitida, devido sua massa térmica. Quanto maior a massa térmica do material, maior sua inércia térmica e, conseqüentemente, maior a quantidade de calor retido por ele e maior o tempo necessário para liberação dessa energia no ambiente. O efeito dessa característica é que a temperatura interna de ambiente apresentará uma variação menor que a temperatura externa no seu entorno. Além disso, a temperatura máxima do ambiente interno será alcançada somente algum tempo após os fechamentos serem submetidos à temperatura máxima do ambiente externo.
Ou seja, conforme ressalta Barbosa (1997), a utilização da inércia térmica em
edificações ajuda no atraso e na diminuição dos picos de calor externos; pouca
inércia tende a gerar temperaturas muito próximas às do exterior, enquanto que
inércia infinita, supondo a existência de material com tal característica, faria com que
a temperatura interna permaneça constante.
Ainda segundo a autora, quanto maior a variação da temperatura externa,
radiação solar e ou ganhos de calor, maior é a necessidade de se utilizar inércia
99
térmica em uma edificação; conforme a capacidade térmica do material da
envoltória, a razão entre o calor absorvido e o calor armazenado nos materiais da
edificação pode variar.
100
5 A NBR 15575 E O CONFORTO TÉRMICO
A fim de garantir a qualidade das edificações residenciais, em maio de 2008 a
Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) aprovou a NBR 15575 –
Edificações Habitacionais de até Cinco Pavimentos – Desempenho, que entrou em
vigor em maio de 2010. A norma contém 06 partes distintas, listadas a seguir:
- NBR 15575-1 – Edifícios habitacionais de até cinco Pavimentos –
Desempenho – Parte 1: Requisitos gerais;
- NBR 15575-2 – Edifícios habitacionais de até cinco pavimentos –
Desempenho – Parte 2: Requisitos para os sistemas estruturais;
- NBR 15575-3 – Edifícios habitacionais de até cinco pavimentos –
Desempenho – Parte 3: Requisitos para os sistemas de pisos internos;
- NBR 15575-4 – Edifícios habitacionais de até cinco pavimentos –
Desempenho – Parte 4: Sistemas de vedações verticais externas e
internas;
- NBR 15575-5 – Edifícios habitacionais de até cinco pavimentos –
Desempenho – Parte 5: Requisitos para sistemas de coberturas;
- NBR 15575-6 – Edifícios habitacionais de até cinco pavimentos –
Desempenho – Parte 6: Sistemas hidrossanitários.
Na área de conforto térmico, a NBR 15575 (ABNT, 2008) dispõe de requisitos
próprios apenas nas Partes 1, 4 e 5, os quais serão apresentados nos subitens a
seguir.
5.1 NBR 15575-1 – REQUISITOS GERAIS
101
A primeira parte da NBR 15575 (ABNT, 2008a) dispõe dos requisitos gerais
para todas as demais. No quesito conforto térmico, ela estabelece os seguintes
procedimentos, os quais estão dispostos em um fluxograma (ver Anexo E).
- procedimento 1 (normativo): verificação do atendimento aos requisitos e
critérios para fachadas e coberturas, para os sistemas de vedação –
NBR 15575-4 – e de cobertura – NBR 15575-5;
- procedimento 2 (informativo): verificação do atendimento aos requisitos
e critérios estabelecidos na NBR 15575-1, por meio de simulação
computacional do desempenho térmico da edificação;
- procedimento 3 (informativo): verificação do atendimento aos requisitos e
critérios da NBR 15575-1 por meio da realização de medições em
edificações existentes ou protótipos construídos.
Esta norma apresenta, no Anexo A, um critério para valores mínimos de
temperatura: os valores mínimos diários de temperatura do ar interior de recintos de
permanência prolongada (quartos e salas), no dia típico de inverno, devem sempre
ser maiores ou iguais à temperatura mínima externa acrescida de 3º C, conforme
demonstra a Equação 22.
3,, +≥ mínemíni TT
Equação 22 – Relação entre os valores mínimos para temperatura do ar externo e interno.
Onde:
míniT , - valor mínimo diário da temperatura do ar no interior da edificação,
expresso em ºC;
míneT , - é o valor mínimo diário da temperatura do ar exterior à edificação, em
ºC.
102
O nível mínimo de desempenho para a edificação deverá ser “M”, ou mínimo;
a NBR 15575 (ABNT, 2008a) ainda possui os níveis “I” e “S”, intermediário e
superior, respectivamente.
5.1.1 Requisitos para simulação computacional
Para a avaliação por simulação computacional, tanto para edificações em
projeto quanto para as existentes, a norma recomenda a utilização do software
EnergyPlus, criado pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos (U.S.
DEPARTMENT OF ENERGY, 2011).
A avaliação deverá ser feita em um dia típico de projeto, de verão e inverno,
utilizando-se dados climáticos locais ou da cidade mais próxima. A norma apresenta
tabelas com dados de algumas localidades para auxílio.
Em edifícios multipiso, escolhe-se uma unidade do último andar com
cobertura exposta para realizar a simulação; em um conjunto habitacional de
edificações térreas, seleciona-se a unidade habitacional com o maior número de
paredes expostas.
Uma vez selecionado o objeto de estudo, a simulação é feita em todos os
recintos, considerando as trocas térmicas entre os seus ambientes; avaliam-se os
resultados dos dormitórios e das salas, considerando as seguintes condições:
- entrada de dados: recintos adjacentes, separados por parede de
geminação ou entrepisos, apresentam a mesma condição térmica do
ambiente que é simulado;
- orientação das unidades habitacionais: a unidade deve ter pelo menos
um dormitório ou sala com 02 paredes expostas, com orientação
preferivelmente tal que, no verão, a janela deve estar voltada para oeste
e a outra parede para o norte. No inverno, a janela do dormitório ou sala
deve estar voltada para o sul e a outra parede para o leste;
- obstruções: considerar as paredes e janelas sem obstruções como
vegetação ou edificações vizinhas que venham a modificar a incidência
do sol e/ou do vento;
103
- taxa de ventilação do ambiente: adotar 1 renovação/hora e considerar
janela não sombreada, exceto se apresentar dispositivo de
sombreamento externo, este devendo ser computado na simulação;
- absortância das superfícies expostas: deve ser definida conforme a cor e
a cor e as características externas da cobertura e das paredes expostas.
A cobertura deve ter o valor de absortância especificado no projeto,
correspondente ao material que constitua a superfície exposta da
cobertura. A parede deve ter seu índice de abstortância correspondente
à cor definida no projeto, e em caso de cor não definida, simular para as
alternativas de cor apresentadas na Tabela 17 a seguir;
Tabela 17 – Alternativas de cor para simulação computacional.
Cor α
Clara 0,3
Média 0,5
Escura 0,7
Fonte: adaptado de ABNT (2008a).
- propriedades térmicas dos materiais: devem ter suas características
determinadas conforme as normas apresentadas na Tabela 18 a seguir.
104
Tabela 18 – Determinação das propriedades térmicas de materiais.
Propriedade Determinação
Condutividade térmica Medição conforme ABNT NBR 15220-4 ou ASTM C 518 ou ASTM C 177 ou ISSO 8302
Calor específico Medição ASTM C 351
Densidade de massa aparente
Medição conforme método de ensaio preferencialmente normalizado, específico para o material
Emissividade Medição JIS A 1423
Absortância à radiação solar Medição ANSI/ASHRAE 74/88
Resistência ou transmitância térmica de elementos
Medição conforme ABNT NBR 6488 ou cálculo conforme ABNT NBR 15520-2, tomando-se por base valores de condutividade térmica medidos
Fonte: adaptado de ABNT (2008a).
Uma vez feita a simulação, e os critérios não tiverem sido atendidos para o
verão, deve-se obrigatoriamente apresentar modificações no projeto para aumentar
o sombreamento de janelas e/ou a taxa de ventilação dos ambientes; estas novas
condições deverão ser avalidadas, limitadas à ventilação do ambiente de, no
máximo, 5 renovações/hora e janela sombreada com dispositivo capaz de cortar, no
máximo, 50% da radiação total que entraria pela janela.
No caso de edificação existente, deve-se considerar todas as variáveis de
projeto da unidade habitacional na condição em que se apresentam no momento da
avaliação, como por exemplo a orientação solar e a cor das vedações externas.
5.1.2 Requisitos para avaliação por medição
No caso de avaliação do desempenho por medição, esta deverá ser feita in
loco, em edificações de escala real (1:1), utilizando-se os mesmos critérios de
seleção das unidades habitacionais e de entrada de dados climáticos mencionados
no subitem anterior.
105
Nas zonas bioclimáticas de 6 a 8, a janela do dormitório deverá ser voltada
para oeste; nas zonas de 1 a 5, utilizam-se os mesmos critérios orientação de
janelas e paredes apresentados anteriormente.
O período de medição é o dia típico de projeto de verão ou inverno, precedido
por pelo menos 1 dia com características semelhantes; mede-se a temperatura de
bulbo seco do ar no centro de dormitórios ou salas, a 1,20m do piso.
Para efeito de avaliação por medição, o dia típico é caracterizado unicamente
pelos valores de temperatura do ar exterior medidos no local. A norma recomenda,
como regra geral, trabalhar com uma sequência de 3 dias e analisar os dados do
último dia.
5.2 NBR 15575-4 – VEDAÇÕES VERTICAIS EXTERNAS E INTERNAS
No quesito de desempenho térmico, a NBR 15575-4 (ABNT, 2008c)
estabelece, para nível “M”, os seguintes requisitos para adequação de paredes
externas:
- transmitância térmica (U) de paredes externas: os valores são definidos
conforme o zoneamento bioclimático brasileiro, conforme mostra a
Tabela 19 a seguir;
Tabela 19 – Transmitância térmica de paredes externas.
Transmitância Térmica U (W/m².K)
Zonas 1 e 2 Zonas 2 a 8
α ≤ 0,6 α > 0,6
U ≤ 2,5 U ≤ 3,7 U ≤ 2,5 Fonte: adaptado de ABNT (2008c).
- capacidade térmica (CT) de paredes externas: no caso de paredes que
possuam em sua composição materiais isolantes térmicos de
condutividade térmica menor ou igual a 0,065 W/m.K e resistência
106
térmica maior que 0,5 m².K/W, o cálculo da capacidade térmica deve ser
feito desprezando-se todos os materiais voltados para o ambiente
externo, posicionados a partir do isolante ou espaço de ar. Os demais
materiais seguem às recomendações apresentadas a seguir na Tabela
20;
Tabela 20 – Capacidade térmica de paredes externas.
Capacidade Térmica CT (kJ/m².K)
Zona 8 Zonas 1 a 7
sem exigência ≥ 130
Fonte: adaptado de ABNT (2008c).
- aberturas para ventilação: a norma se aplica apenas a ambientes de
longa permanência, como salas, cozinhas e dormitórios. Para o nível
mínimo “M”, são dispostos, de acordo com o zoneamento bioclimático
brasileiro (ver Tabela 21 a seguir), valores de um índice A obtido através
da Equação 23, onde AA é a área efetiva de abertura de ventilação do
ambiente, sem contar portas, perfis nem vidros fixos, e PA é a área de
piso do ambiente;
)(%)/(100 PA AAA ×=
Equação 23 – Índice A de aberturas para ventilação.
107
Tabela 21 – Aberturas para ventilação.
Aberturas para ventilação (A) - % da área do piso*
Nível de desempenho Zonas 1 a 6 Zona 7 Zona 8
Aberturas médias
Aberturas pequenas
Aberturas grandes
Mínimo A ≥ 8 A ≥ 5 A ≥ 15
* Zonas de 1 a 6 - áreas de ventilção devem ser passíveis de serem vedadas durante o período de frio.
Fonte: adaptado de ABNT (2008c).
- sombreamento: avaliado por análise de projeto.
5.3 NBR 15575-5 – COBERTURAS
Quanto à isolação térmica de coberturas, a NBR 15575-5 (ABNT, 2008d)
estabelece critérios para transmitância térmica, conforme mostra a Tabela 22 a
seguir.
Tabela 22T – Critérios de transmitância térmica para coberturas.
Transmitância Térmica U (W/m².K)
Zonas 1 e 2 Zonas 3 a 6 Zonas 7 e 8
Nível de Desempenho
α ≤ 0,6 α > 0,6 α ≤ 0,4 α > 0,4 U ≤ 2,3 U ≤ 2,3 U ≤ 1,5 U ≤ 2,3 FV U ≤ 1,5 FV Mínimo
α ≤ 0,6 α > 0,6 α ≤ 0,4 α > 0,4
U ≤ 1,5 U ≤ 1,5 U ≤ 1,0 U ≤ 1,5 FV U ≤ 1,0 FV Intermediário
α ≤ 0,6 α > 0,6 α ≤ 0,4 α > 0,4
U ≤ 1,0 U ≤ 1,0 U ≤ 0,5 U ≤ 1,0 FV U ≤ 0,5 FV Superior
OBS: FV - fator de ventilação (ver NBR 15220-2).
Fonte: adaptado de ABNT (2008d).
Com exceção da zona bioclimática 7, recomenda-se que elementos com
capacidade térmica ≥ 150 kJ/m².K não sejam empregados sem isolamento térmico
108
ou sombreamento. Na zona bioclimática 8 também estão atendidas coberturas com
componentes de telhas cerâmicas, mesmo que a cobertura não tenha forro.
109
6 EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
Eficiência energética nada mais é do que o uso otimizado de energia, ou seja,
a obtenção do máximo de desempenho possível em uma edificação com o mínimo
possível de consumo.
Energia (2011) ressalta que a eficiência energética é uma atividade técnico-
econômica que visa proporcionar o melhor consumo de energia elétrica, com
redução de custos operacionais correlatos, minimizando contingenciamentos no
suprimento desses insumos e introduzindo elementos e instrumentos necessários
para o gerenciamento energético da empresa ou empreendimento.
Devido ao presente panorama ambiental, muitas universidades têm
desenvolvido pesquisas e desenvolvimento de sistemas que contribuam para a
eficiência energética. Uma das maneiras de se atingir um consumo ótimo de energia
é a adoção de técnicas de substituição de equipamentos convencionais por sistemas
automatizados, utilização de energia solar para aquecimento de água, entre outros.
A fim de avaliar o desempenho energético de edifícios, vários países
desenvolveram sistemas de etiquetagem: em 1993, o United States Green Building
Council (USGBC, 2011) criou o primeiro projeto-piloto da certificação Leadership in
Energy and Environmental Design (LEED), que passou por diversas atualizações até
chegar à atual versão 3.0 em 2009; na União Europeia, em 1988, o professor Bo
Adamson da Lund University (Suécia) auxiliou o professor alemão Wolfgang Feist,
do Institut für Wohnen und Umwelt (IWU, 2011) na criação da norma Passivhaus; em
2008 a Suíça patenteou a etiquetagem MINERGIE, semelhante à Passivhaus
(PASSIVE, 2011); no Brasil, com a sanção de uma lei que dispõe sobre a Política
Nacional de Uso e Conservação de Energia, em 2001, a Eletrobrás instituiu um selo
de etiquetagem, o Procel Edifica, primeiramente para edifícios comerciais, sendo os
residenciais avaliados apenas a partir do final de 2010.
O presente trabalho abordará, nos capítulos seguintes, a norma alemã
Passivhaus e o selo Procel Edifica.
6.1 A NORMA ALEMÃ PASSIVHAUS
110
Segundo o Passive-On (2007), o “design passivo” procura minimizar as
perdas e ganhos de calor – no inverno e verão, respectivamente – através de
estratégias de projeto que consideram apenas os recursos naturais,
desconsiderando, portanto, sistemas “ativos” de controle climático. Apesar de ser
aberto à interpretação por diferentes pessoas em diferentes localidades e climas,
esta abordagem raramente é possível por inteiro, uma vez que são necessários
mecanismos de controle de temperatura em grande parte dos ambientes.
Em 1991, três anos após a criação da norma Passivhaus, Bo Adamson e
Wolfgang Feist aplicaram o método do desenho passivo em uma residência em
Darmstadt, Alemanha, a fim de realizar um estudo de caso como o objetivo de
verificar se a norma proporcionaria conforto térmico a um custo acessível com baixo
consumo de energia elétrica. O projeto mostrou-se um sucesso, rendendo a
construção de um segundo protótipo em Groβ-Umstadt no ano de 1995. Baseado na
experiência de ambos os estudos, Feist determinou três requisitos fundamentais da
norma Passivhaus (PASSIVE-ON, 2007):
- um limite de energia (aquecimento e arrefecimento);
- um parâmetro de qualidade (conforto térmico);
- um conjunto definido de sistemas passivos preferenciais que permitam
cumprir o limite energético e de qualidade sem custo elevado.
Esse conjunto de requisitos já incluía as características do que é hoje
considerada a Passivhaus na Alemanha e na Europa central: elevados níveis de
isolamento, incluindo pontes térmicas reduzidas e janelas bem isoladas, espaços
com infiltrações de ar reduzidas e um sistema de ventilação com um sistema
eficiente de recuperação de calor; assim, e possível manter um edifício confortável
reduzindo todo o sistema de distribuição de calor a um pequeno sistema recuperador
de calor, tornando uma casa Passivhaus não necessariamente mais cara que um
apartamento novo convencional, considerando o ciclo de vida do edifício.
A atual norma Passivhaus para países da Europa central possui 5 pontos
importantes:
111
- critério de aquecimento: as necessidades úteis de aquecimento não
devem ultrapassar 15 kWh/m².ano de área útil;
- critério de energia primária: consumo de energia, incluindo aquecimento
de ambientes, águas quentes sanitárias e equipamentos elétricos, não
deverá exceder o limite de 120 kWh/m².ano de área útil;
- estanqueidade do ar: a envoltória do edifício deve ter um teste de
pressurização de acordo com a norma EN 13829 não superior a 0,6 h-1;
- critério de conforto da temperatura interior no inverno: 20ºC utilizando o
valor limite de energia;
- todos os cálculos de consumo energético devem ser realizados com o
software PHPP (Pacote de Planejamento da Casa Passiva) utilizando os
valores de área útil da edificação.
No total, segundo a Passive-On (2007), mais de 8000 casas foram
construídas na Alemanha, Áustria, Bélgica, Suíça e Suécia cumprindo esses
requisitos. Entretanto, em países ao Sul da Europa – Espanha, Itália, Portugal e
Grécia – é necessário, na maioria das vezes, o uso de sistemas ativos de ventilação
e arrefecimento. Com o objetivo de aplicar a Passivhaus em climas quentes
europeus, criou-se o consórcio Passive-On, uma espécie de revisão da norma
original que, além de propor requisitos mínimos para aquecimento do ar, também
propõe para arrefecimento, da seguinte maneira:
- critério de aquecimento: assim como na norma original, há o limite de 15
kWh/m².ano de área útil;
- critério de arrefecimento: as necessidades de calor sensível úteis para o
arrefecimento não devem ultrapassar o limite de 15 kWh/m².ano de área
útil;
- critério de energia primária: igual à da norma original, ou seja, limite de
120 kWh/m².ano de área útil;
- estanqueidade do ar: se a qualidade do ar interior e o elevado nível de
conforto térmico é obtido por meio de um sistema mecânico de
ventilação, a envoltória do edifício deve cumprir o teste de pressurização
em não mais que 0,6 rph-1. Em localizações com condições de projeto
com temperaturas acima de 0ºC, o teste de pressurização com um limite
112
de 1 rph-1 normalmente é suficiente para atingir o critério de
aquecimento;
- critério da temperatura inferior no inverno: temperatura operativa dos
espaços deve ser mantida acima de 20ºC, utilizando o consumo de
energia limite;
- critério da temperatura no verão: deverá estar na faixa definida na norma
EM 15251 e, em caso de sistema de arrefecimento ativo, a temperatura
operativa deverá ser mantida abaixo de 26ºC.
Ainda de acordo com a Passive-On (2007), todas essas definições, no
entanto, serão revistas, principalmente em relação ao arrefecimento, quando for
adquirida maior experiência com casas Passivhaus em climas quentes.
6.1.1 Propostas Passivhaus na Europa
Segundo a Passive-On (2007), com o objetivo de estudar a possibilidade de
aplicação da norma Passivhaus em países com características socio-econômicas e
climáticas distintas das da Alemanha, surgiram propostas em cinco países distintos -
França, Espanha, Portugal, Itália e Reino Unido - sendo que em cada um deles a
Passivhaus foi entendida mais como uma norma de desempenho do que uma lista
de requisitos prescritivos.
Devido às características climáticas distintas de cada país, não foi possível a
utilização de um mesmo software de simulação para a análise de desempenho das
propostas. O resultado do estudo em cada país será mostrado nos subitens a seguir.
6.1.1.1 Passivhaus no Reino Unido
No Reino Unido, a proposta inicial foi desenvolvida pela School of the Built
Environment (SBE) da Universidade de Nottingham, através de uma casa de dois
pavimentos e três dormitórios, conforme mostra a Figura 59.
113
Figura 59 – Modelo em 3D da proposta Passivhaus para o Reino Unido proposta pelo SBE. Fonte: PASSIVE-ON (2007).
Levando em consideração o ceticismo dos compradores de casas no país
com relação à estanqueidade do ar e à necessidade de ventilação mecânica, estas
características típicas da Passivhaus na Alemanha, o SBE propôs um modelo cuja
ventilação é obtida por meios naturais com controle manual ou automático das
janelas, cuja estanqueidade do ar foi introduzida através de “espaços-tampão” ao
Norte e ao Sul do piso térreo; apesar de diminuirem a área habitável da área útil
total, esses espaços podem ser utilizados como estufas ou locais para secagem de
roupa.
Além dos “espaços-tampão”, outras características da casa Passivhaus no
Reino Unido são: ventilação no topo do espaço da escada, que proporciona um
“efeito chaminé” e em grelhas espalhadas pela casa, venezianas no espaço estufa
ao Sul para controle do sombreamento no verão, dispositivos isolantes – de
transmissividade térmica U entre 0,2 e 0,15 W/m².K para, respectivamente, paredes
e cobertura - contra as perdas de calor no inverno, vidro simples para os espaços
estufa e duplo para os interiores, sendo facultativo o uso desse tipo de vidro nas
aberturas exteriores. As estratégias de ventilação de verão e inverno dessa proposta
estão apresentadas nas Figuras 60 e 61 a seguir.
114
Figura 60 – Estratégia de ventilação no verão para a casa Passivhaus do Reino Unido. Fonte: PASSIVE-ON (2007).
Figura 61 – Estratégia de ventilação no inverno para a casa Passivhaus do Reino Unido. Fonte: PASSIVE-ON (2007).
Em comparação com edificações tradicionais, a casa Passivhaus proposta
pelo SBE possui necessidade energética anual de 13,8 kWh/m², ou seja, dentro do
limite estabelecido pela norma (ver Figura 62).
115
Figura 62 - Necessidade energética de uma casa Passivhaus no Reino Unido –UK Passivhaus – em comparação com uma casa típica da região – Standard B. Reg. ‘06. Fonte: PASSIVE-ON (2007).
6.1.1.2 Passivhaus na Espanha
Neste país foram escolhidas duas cidades para a elaboração de propostas,
ambas na região de Andaluzia: Sevilha, com clima severo no verão, e Granada, com
inverno severo; o ponto de partida para ambas foi uma residência geminada
tradicional ou uma residência multifamiliar espanhola, de área útil total de 100 m²
contendo três ou quatro dormitórios, conforme mostra a Figura 63 a seguir.
Figura 63 – Casa de baixo consumo energético em Sevilha. Fonte: PASSIVE-ON (2007).
116
A proposta espanhola considera uma maior área de superfície exterior, com
maior porcentagem de área envidraçada na fachada sul (50%) e menor na fachada
norte (10%), potencializando assim a captação de ganhos solares no inverno; o
controle solar é feito através de dispositivos móveis de sombreamento. Não foi
considerada a estanqueidade do ar por ser incompatível com as características dos
edifícios típicos do país; assim como a proposta do Reino Unido, o espaço das
escadas promove o “efeito chaminé”, permitindo a extração do ar durante o período
noturno do verão, e no topo das mesmas foi projetada uma grande janela orientada
a sul, a fim de permitir a entrada de luz natural na zona norte da casa.
Devido a considerações estruturais, o uso de materiais de elevada inércia
térmica através de blocos cerâmicos de baixa densidade não é possível em
Granada; há a solução alternativa de uso de baixa inércia tradicional com tijolo de 6
cm no pano interior. De qualquer modo, a elevada inércia deve ser adotada em
posição estratégica – de modo a captar a radiação solar corretamente – e
combinada com um sistema de ventilação que coloque o ar fresco em contato com
esse material.
As estratégias de ventilação e iluminação natural no inverno e no verão para a
casa Passivhaus na Espanha são apresentadas nas Figuras 64 e 65 a seguir.
Figura 64 – Estratégia de ventilação e iluminação natural no verão para a casa Passivhaus espanhola. Fonte: PASSIVE-ON (2007).
117
Figura 65 – Estratégia de iluminação natural no inverno para a casa Passivhaus espanhola. Fonte: PASSIVE-ON (2007).
Ao estudar as necessidades energéticas de ambas as casas espanholas (ver
Figura 66), percebe-se que o valor de verão em Sevilha sozinho não cumpre ao
requisito da norma alemã: é de 21,7 kWh/m², em contraste com o limite de
15kWh/m². No entanto, além desse valor ser 57% menor que uma casa tradicional
da região, ele corresponde à classe “B” em termos de etiquetagem energética
nacional; isso mostra que a Passivhaus é viável para essa cidade.
Figura 66 – Estimativa da necessidade energética anual de casas típicas – Standard House – em Sevilha – Seville - e Granada, em comparação com casas Passivhaus. Fonte: PASSIVE-ON (2007).
Em Granada, o valor total da necessidade de energia da casa Passivhaus é
de 16,6 kWh/m², o que também não cumpre o requisito principal da norma. Contudo,
118
a necessidade média total de energia da proposta pode representar um consumo na
ordem de 76% do valor de uma edificação tradicional recente da região, além de ter
conceito “A” para aquecimento e “B” para arrefecimento na etiquetagem nacional, o
que também valida o estudo.
6.1.1.3 Passivhaus em Portugal
De acordo com a Passive-On (2007), o estudo de caso foi realizado em
Lisboa, tendo como ponto de partida um protótipo simples porém adaptável de uma
residência térrea com dois quartos, de formato retangular, telhado plano e área útil
total de 110 m², conforme mostra a Figura 67 a seguir.
Figura 67 – Esquema 3D da casa Passivhaus de Portugal. Fonte: PASSIVE-ON (2007).
Como a quantidade de radiação solar em Portugal é muito elevada, procurou-
se aproveitar ao máximo a iluminação natural ao mesmo tempo em que houve a
preocupação com o excesso de ganho térmico, através das seguintes estratégias:
- a fachada sul é a que possui maior área de janelas, sendo esta menor
nas faces leste e oeste e mínima na face norte;
- o sombreamento é feito através de palas ao sul e venezianas nas demais
fachadas;
- vidro duplo de baixa emissividade pode ser energeticamente eficiente
nos climas mais frios do país, porém a solução mais econômica é o vidro
duplo simples;
119
- a regulamentação térmica nacional obriga a utilização de paineis solares
para o aquecimento de águas sanitárias, sendo que estes devem estar
orientados a sul com inclinação de 50º em relação ao plano horizontal.
Quanto ao isolamento da edificação, é proposto um isolamento para a
cobertura de 150 mm com valor de U de 0,23 W/m²K, e para as paredes externas
100 mm e U de 0,32 W/m²K; em locais onde há maior necessidade de arrefecimento
que de aquecimento, somente uma faixa de 1 m do perímetro por baixo do
pavimento deve ser isolada para que o centro da casa libere calor para o solo
durante o verão. Considerando o mercado do país e métodos mais aceitos pelas
construtoras locais, o protótipo utiliza paredes duplas comuns de tijolo com
isolamento da caixa de ar.
A estratégia de ventilação cruzada (ver Figura 68) deve acontecer apenas no
início da noite, no caso dos quartos, e durante a noite toda para os demais cômodos.
Figura 68 – Estratégia de ventilação no verão para a casa Passivhaus de Portugal. Fonte: PASSIVE-ON (2007).
Ao se estimar as necessidades anuais de aquecimento da casa Passivhaus
em Portugal, foi encontrado o valor de 16,9 kWh/m², das quais 11 kWh/m² são
fornecidos pelo sistema de paineis solares. A soma das necessidades de
aquecimento e arrefecimento, estas apresentadas na Figura 69 a seguir, é de 9,6
kWh/m².ano, o que valida a proposta perante os requisitos da norma.
120
Figura 69 - Estimativa da necessidade energética anual de uma casa típica – Standard House - portuguesa em relação à casa Passivhaus – Portugal Passivhaus. Fonte: PASSIVE-ON (2007).
6.1.1.4 Passivhaus na Itália
O estudo da Passivhaus na Itália, de acordo com Passive-On (2007),
começou através de uma casa (ver Figura 70) construída em Cherasco, próximo de
Cuneo, no norte do país; através de simulações em regime dinâmico, foram
analisadas as cidades de Milão, Roma e Palermo.
A principal característica da proposta italiana é a implementação de
estratégias tradicionais, como beirais nos telhados e persianas nas janelas,
conferindo uma característica “rústica” de grande aceite na região. Não existe
necessidade de grandes áreas envidraçadas a sul ou espaços de estufa para o
inverno, e a ventilação noturna é complementada com uma bomba de calor
reversível de baixo consumo em dias quentes.
121
Figura 70 – Casa Passivhaus construída em Cherasco, Cuneo, norte da Itália. Fonte: PASSIVE-ON (2007).
Devido ao clima mais ameno italiano, os limites da norma Passivhaus podem
ser atingidos através de critérios menos rígidos, principalmente em relação a níveis
de isolamento – 10 cm nas paredes externas, contra 25 cm da norma original, e 15
cm na cobertura, contra 40 cm – e estanqueidade do ar – em Milão e Roma, 1 h-1 a
50 Mpa contra 0,6 h-1.
Durante o inverno, elevado isolamento da envoltória, eliminação de pontes
térmicas, ventilação ativa com recuperação de calor, utilização de bomba de calor de
baixa potência e maior porcentagem de abertura envidraçada a sul são as
estratégias ideais para minimizar as perdas de calor, como mostra a Figura 71. O
isolamento de fachada, além de proteger no inverno, também minimiza os ganhos
solares no verão; aliado ao sombreamento de janelas e à ventilação natural – por
diferença de pressão, como mostra a Figura 72 – e ativa – por meio de ventoinhas –
torna-se o conjunto de estratégias ideal nas épocas mais quentes do ano.
122
Figura 71 - Estratégias de inverno para a casa Passivhaus italiana. Fonte: PASSIVE-ON (2007).
Figura 72 - Estratégias de verão para a casa Passivhaus italiana. Fonte: PASSIVE-ON (2007).
Em Milão e Roma, as condições de conforto térmico podem ser obtidas
exclusivamente através de estratégias passivas pois, mesmo a temperatura neutra
sendo excedida ocasionalmente no mês de Agosto, a temperatura superior limite da
EN 15251 nunca é excedida (PASSIVE-ON, 2007). Em Palermo, no entanto, são
necessários mecanismos ativos para a obtenção de conforto no verão.
Na Figura 73 a seguir, percebe-se que a soma das necessidades de
aquecimento e arrefecimento para cada uma das cidades analisadas é inferior ao
limite da norma de 156 kWh/m², o que valida a proposta Passivhaus para o país.
123
Figura 73 – Necessidades energéticas de aquecimento – em vermelho – e arrefecimento – em azul – de casas Passivhaus localizadas, respectivamente, em Milão, Roma e Palermo. Fonte: PASSIVE-ON (2007).
6.1.1.5 Passivhaus na França
Enquanto que no norte da França o clima é semelhante ao da Alemanha, o
que faria com que as casas Passivhaus fossem parecidas em ambos os lugares – 25
a 40 cm de isolamento na envoltória do edifício, sistema de recuperaão de calor,
caixilhos com corte térmico e vidros triplos baixo emissivos com gás no espaço de ar
- no Sul o clima é típico do Mediterrâneo, mais quente, o que fez com que o estudo
neste país fosse aplicado a duas cidades desta região, Carpentras e Nice
(PASSIVE-ON, 2007).
A casa proposta é possui dois andares, sótão não aquecido, espaço aberto no
piso térreo e três quartos no primeiro piso, com orientação a sul e distanciamento de
23 m em relação à residência em frente. A Figura 74 a seguir mostra o esquema da
casa Passivhaus francesa.
124
Figura 74 – Esquema da casa Passivhaus na França. Fonte: PASSIVE-ON (2007).
Em Carpentras, o isolamento pôde ser reduzido para 15 cm nas paredes e 8
cm no pavimento; já em Nice, devido ao clima mais ameno, o mínimo de isolamento
permitido pela regulamentação local é suficiente; esquadrias convencionais e vidro
de baixa emissividade também são apropriados em ambos os climas, desde que a
ventilação possua sistema de recuperação de calor, pois em Carpentras a ausência
deste implicaria em maior isolamento – na ordem de 30 cm - e corte térmico nos
caixilhos.
O isolamento das paredes e da cobertura durante o verão contribui para a
redução do ganho térmico, juntamente com sombreamento externo das janelas.
Como em Nice há níveis significativos de umidade do ar e baixa amplitude térmica,
um sistema de arrefecimento ativo é desejável para a desumidificação; já em
Carpentras, com níveis aceitáveis de umidade e baixas temperaturas noturnas, o
conforto é atingido com simples abertura de janelas.
As Figuras 75 e 76 a seguir apresentam as estratégias de verão e inverno
para a Passivhaus francesa.
125
Figura 75 – Estratégia de verão para a Passivhaus francesa. Fonte: PASSIVE-ON (2007).
Figura 76 – Estratégia de inverno para a Passivhaus francesa. Fonte: PASSIVE-ON (2007).
Em ambas as cidades, as necessidades anuais de aquecimento são
ligeiramente inferiores a 15 kWh/m².ano, como mostra a Figura 77. Um fator
importante a ser considerado na proposta francesa é a umidade: acima de 12g/kg,
as pessoas começam a expressar desconforto térmico, independente da
temperatura; isso fez com que em Nice, necessitasse de sistema de arrefecimento,
ao contrário de Carpentras.
126
Figura 77 – Necessidades anuais de aquecimento em uma casa típica, na Passivhaus em Nice e na Passivhaus Carpentras, respectivamente. : PASSIVE-ON (2007).
6.1.1.6 Análise do custo do ciclo de vida
Segundo a Passive-On (2007), a análise do custo do ciclo de vida (LCCA) “é
uma técnica de análise econômica que determina as despesas totais associadas a
uma propriedade e manutenção da mesma durante um determinado período de
tempo”.
Neste caso, os princípios do LCCA são usados para analisar os benefícios
económicos da casa Passivhaus em comparação com uma casa típica de referência,
e concentra os seus esforços em determinar tanto os custos iniciais como os de
futuro associados com a manutenção do edifício. Os benefícios econômicos
esperados são analisados pela perspectiva do proprietário – locatário, ou
alternativamente, pelo ponto de vista do construtor/promotor que transferirá os
benefícios para os futuros proprietários.
A Tabela 23 a seguir apresenta o LCCA de todas as propostas Passivhaus
apresentadas no presente trabalho.
127
Tabela 23 – Análise do custo do ciclo de vida (LCCA) das propostas Passivhaus.
França Alemanha Itália Espanha (Granada)
Espanha (Sevilha)
Reino Unido
Custo Extra Inicial (R$*/m²) 271,69 247,95 158,27 63,57 54,07 192,56 Custo Extra Inicial (%) 9,00 6,71 5,00 3,35 2,85 5,54
Poupança Energética Total (kWh/m².ano) 55 75 86 65,5 37,6 39,7
Poupança Energética Total (%) 45 50 65,4 57,3 40,7 26,4
Custo Extra por Poupança (kWh/m².ano) 1,87 1,25 0,70 0,37 0,55 1,84
Típica 379,13 487,24 511,25 268,60 259,52 285,77 LCCA 10 anos
(R$*) Passiva 402,58 501,46 502,33 252,37 253,49 295,40 Típica 422,95 540,60 583,34 311,07 286,70 310,93
LCCA 20 anos (R$*) Passiva 423,50 529,09 523,49 273,40 269,82 309,30
Quociente Custo-Benefício, 10 anos -0,72 -0,48 0,39 2,13 0,93 -0,65 Quociente Custo-Benefício, 20 anos 0,02 0,39 2,63 4,94 2,60 0,11
Retorno do Capital (anos) 19,5 19 8 4 5 19
* Cotação 06/05/2011 - 1£ = R$ 2,6378 Fonte: Adaptado de PASSIVE-ON (2007).
Convém ressaltar que a importância de uma análise LCCA não é só calcular
de todas as despesas associadas com as alternativas passivas otimizadas durante
um período de tempo, mas a capacidade de comparar os seus custos totais
associados com os derivados de uma alternativa de referência típica, permitindo
assim determinar qual a opção mais viável. E uma vez que LCCA é baseada num
modelo de análise dinâmico, considera os aumentos esperados de custos
específicos – i.e. custo do combustível e da electricidade – enquanto considera a
oportunidade de investimento e da valorização do dinheiro.
6.2 SELO DE ETIQUETAGEM PROCEL EDIFICA
Com o objetivo de promover a eficiência energética nas edificações
brasileiras, contribuindo assim para a conservação de energia elétrica, o Programa
Nacional de Conservação de Energia Elétrica (PROCEL) do governo federal criou o
128
selo de etiquetagem Procel Edifica (FIGUEIREDO apud CECHINEL, 2010).
Primeiramente desenvolvido para edificações comerciais, públicas e de serviços, no
segundo semestre de 2010 surgiu a etiquetagem para edificações residenciais,
atualmente ainda em fase de implantação.
O regulamento do Procel Edifica para edificações comerciais, públicas e de
serviços é aplicado a edifícios com área total útil mínima de 500 m² e/ou com tensão
de abastecimento maior ou igual a 2,3 kV, incluindo edifícios condicionados,
parcialmente condicionados e não condicionados. Em caso de edifícios de uso misto
– onde há parcela da edificação com uso residencial – a etiquetagem é aplicada
separadamente na parcela não-residencial caso esta, separadamente, ultrapasse os
500 m² (PROCEL, 2009a).
A adesão à etiquetagem é feita de forma voluntária, e o edifício pode ser
avaliado quanto à envoltória, sistema de iluminação e de condicionamento de ar;
pode ser realizado estudo apenas da envoltória, porém os sistemas de iluminação e
condicionamento de ar necessitam de prévia avaliação da envoltória para serem
estudados separadamente.
A avaliação é feita em edificações existentes ou ainda em fase de projeto; o
proprietário, para iniciar o processo, encaminha ao laboratório de inspeção o pedido
de avaliação juntamente com os documentos exigidos, além de projetos e
memoriais, estes importantes mesmo com sua edificação já construída, pois é nesta
etapa que o nível de eficiência energética é identificado através de um dos seguintes
métodos, descritos detalhadamente no Regulamento Técnico da Qualidade do Nível
de Eficiência Energética de Edifícios Comerciais, de Serviços e Públicos (RTQ-C):
- método prescritivo: composto por equações e tabelas que limitam
parâmetros da envoltória, iluminação e condicionamento de ar
separadamente de acordo com o nível de eficiência energética;
- método de simulação: baseia-se na simulação termoenergética de dois
modelos computacionais representando dois edifícios: um modelo do
edifício real, proposto no projeto, e um modelo de referencia baseado no
método prescritivo. Através da comparação entre o consumo anual de
energia elétrica dos dois modelos, obtém-se a classificação, levando-se
em conta que o consumo do modelo real deve ser menor que o de
129
referência para o nível de eficiência energética pretendido (CECHINEL,
2010).
Cumpridos esses requisitos, o proprietário obtém uma autorização para uso
da Etiqueta Nacional de Conservação de Energia (ENCE – ver Figura 78)
relacionada ao projeto avaliado (CECHINEL, 2010).
Figura 78 – Modelo de ENCE, neste caso apresentando níveis de eficiência A. Fonte: PROCEL (2009a).
Uma vez autorizado o uso da ENCE, com a edificação pronta, é solicitada
uma visita de inspeção onde é verificado se as características constantes no projeto
foram corretamente atendidas, através de amostragem dos ambientes e
componentes, incluindo medições in situ de dimensões, conferência de tipo de vidro
e de absortância dos componentes da envoltória, além de verificação de sistemas de
iluminação e ar condicionado.
130
Caso sejam encontradas diferenças entre o projeto e a edificação pronta, é
verificado se elas afetam ou não o nível alcançado; em caso negativo, a avaliação é
atualizada na etapa de inspeção, durante a entrega dos documentos, estes
especificados no Regulamento de Avaliação de Conformidade do Nível de Eficiência
Energética de Edifícios Comerciais, de Serviços e Públicos (RAC-C):
- Classificação da Eficiência Energética de Edifícios – Anexo A;
- Fornecimento de dados de Envoltória – Anexo B;
- Fornecimento de dados de iluminação – Anexo C;
- Fornecimento de dados de condicionamento de ar – Anexo D.
Caso as alterações tenham influência no nível de etiquetagem, uma nova
avaliação de projeto é realizada, esta tendendo a ser mais rápida por se tratar de
uma ação corretiva (PROCEL, 2009a). Na Figura 79 a seguir é mostrado um
fluxograma que resume os procedimentos de obtenção da ENCE.
131
Figura 79 - Fluxograma contido no RAC-C que resume o processo de autorização do uso da ENCE. Fonte: PROCEL (2009a).
6.2.1 Processo de etiquetagem
A classificação de eficiência energética de um edifício varia de A (mais
eficiente) a E (menos eficiente); ela é obtida através da classificação de cada um dos
requisitos separadamente, os quais recebem pesos e depois são somados para
obtenção da pontuação final ou total (PT), que representa a classificação geral da
edificação.
132
Os pesos são divididos e distribuídos da seguinte maneira: 30% para
envoltória, 30% para sistemas de iluminação, 40% para sistemas de
condicionamento de ar e eventuais bonificações, conforme mostra a Equação 24 a
seguir.
PT = 0,30 (Envoltória) + 0,30 (Sistema de Iluminação) + 0,40 (Sistema de Condicionamento de
Ar) + b (Bonificações da Edificação)
Equação 24 – Pontuação final da edificação: distribuição dos pesos para cada requisito.
Para cada requisito, um equivalente numérico é calculado, de acordo com os
critérios descritos no RTQ-C (Procel, 2009); o PT é obtido em função, não apenas
desses equivalentes como também de diversas áreas, conforme mostra a Equação
25 a seguir.
( )
1
0540,0
30,0530,0
bEqNumVAU
ANC
AU
APT
AU
ACEqNumCA
EqNumDPIEqNumVAU
ANC
AU
APT
AU
ACEqNumEnvPT
+
×+×+
××+
+×+
×+×+
××=
Equação 25 – Pontuação total da edificação.
Onde:
- EqNumEnv: equivalente numérico da envoltória;
- EqNumDPI: equivalente numérico do sistema de iluminação por
densidade de potencia de iluminação;
- EqNumCA: equivalente numérico do sistema de condicionamento de ar;
- EqNumV: equivalente numérico de ambiente não condicionado e/ou
ventilado naturalmente;
- APT: área de piso dos ambientes de permanência transitória, desde que
não condicionados;
- ANC: área de piso dos ambientes não condicionados de permanência
prolongada;
- AC: área de piso dos ambientes condicionados;
- AU: área útil;
- b: pontuação obtida pelas bonificações, que varia de zero a 1.
133
Através do valor de PT, a classe de eficiência energética do edifício é obtida
pela Tabela XX.
Tabela 24 – Classificação final do Procel Edifica.
Classificação final A B C D E
PT 4,5≤ PT ≤5 3,5≤ PT ≤4,5 2,5≤ PT ≤3,5 1,5≤ PT ≤2,5 PT ≤1,5 Fonte: adaptado de PROCEL (2009a).
6.2.1.1 Pré-requisitos gerais
Há um requisito mínimo a ser cumprido para o edifício ser elegível à
etiquetagem, segundo o Procel (2009b): possuir circuito elétrico com possibilidade
de medição centralizada por uso final para a iluminação, sistema de
condicionamento de ar e outros; em caso de ausência desse item, o nível de
eficiência será no máximo C, com exceções:
- hotéis, desde que possuam desligamento automático para os quartos;
- edificações com múltiplas unidades autônomas de consumo;
- edificações com data de construção anterior à publicação do
regulamento Procel;
- para o caso de demanda de uso de água quente, o sistema de
aquecimento solar de água e o reservatório térmico com classificação A
segundo o Programa Brasileiro de Etiquetagem – PBE/Inmetro;
- para o caso de aquecimento de água solar, utilizar o máximo
aproveitamento dentro da área de coleta possível;
- se o edifício possuir mais de um elevador, deverá utilizar
obrigatoriamente controle inteligente de tráfego para elevadores de uma
mesma finalidade em um mesmo hall;
- quando na existência de bombas de água centrífugas, estas devem fazer
parte do PBE/Inmetro.
6.2.1.2 Envoltória
134
Os requisitos de envoltória levam em consideração a zona bioclimática do
local da edificação, a qual determina o tamanho das aberturas para ventilação, a
proteção das aberturas, tipos de parede externa e cobertura e estratégias de
condicionamento térmico passivo no verão e inverno.
Para a avaliação deste requisito, quatro fatores são analisados: transmitância
térmica das paredes externas (Tabela 26), transmitância térmica da cobertura
(Tabela 25), cores e absortância das superfícies (Tabela 27) e iluminação zenital
(Tabela 28) quando esta existir.
Tabela 25 – Limites de transmitância térmica para coberturas, para todas as zonas bioclimáticas.
Ambiente Nível A Nível B Níveis C e
D
Condicionados artificialmente 1,0
W/m².K 1,5 W/m².K 2,0 W/m².K
Não condicionados 2,0
W/m².K 2,0 W/m².K 2,0 W/m².K
Fonte: adaptado de PROCEL apud CECHINEL (2010).
Tabela 26 – Limites de transmitância térmica para paredes externas, de acordo com a zona bioclimática.
Zona Bioclimática Todos os
níveis 1 a 6 3,7 W/m².K 7 e 8 - paredes com U ≤ 80 KJ/m²K 2,5 W/m².K 7 e 8 - paredes com U ≥ 80 KJ/m²K 3,7 W/m².K
Fonte: adaptado de PROCEL apud CECHINEL (2010).
Tabela 27 – Limite de absortância para coberturas e revestimento externo.
Ambiente Níveis A e B Níveis C e
D
Revestimento externo α < 0,4 (cor clara) Não há
Coberturas
α < 0,4 (exceto telhas cerâmicas não esmaltadas e telhados jardim) Não há
Fonte: adaptado de PROCEL apud CECHINEL (2010).
135
Tabela 28 – Percentuais de abertura zenital e fator solar.
PAZ 0 a 2% 2,1 a 3% 3,1 a 4% 4,1 a 5% FS 0,87 0,67 0,52 0,30
Fonte: PROCEL (2009d).
6.2.1.3 Iluminação
6.2.1.3.1 Pré-requisitos específicos
De acordo com o nível de eficiência que se pretende atingir, o Procel (2009b)
impõe limites onde devem ser respeitados os critérios de controle do sistema de
iluminação, de acordo com os requisitos a seguir.
- divisão dos circuitos: cada ambiente fechado por paredes ou divisórias
até o teto deve possuir um dispositivo de controle manual para o
acionamento independente da iluminação interna do ambiente, disposto
em lugar visível e de fácil acesso, distribuído da seguinte forma: um
dispositivo por ambiente para ambientes de até 250 m²; um dispositivo a
cada 250 m², para ámbientes entre 250 e 1000 m²; ou um dispositivo a
cada 1000 m² para ambientes acima de 1000 m²;
- contribuição da luz natural: a fim de maior aproveitamento da luz natural
disponível, ambientes com janelas voltadas para o ambiente externo ou
com acesso à iluminação natural por meio de um átrio não coberto ou
cobertura translúcida e com mais de uma fileira de luminárias paralelas
às janelas devem possuir um controle instalado, manual ou automático,
para acionamento independente da fileira de luminárias mais próxima à
janela (PROCEL, 2009b);
- desligamento automático do sistema de iluminação: segundo o Procel
(2009b), ambientes maiores que 250 m² deverão possuir, em seu
sistema de iluminação interna, dispositivo de controle automático para
desligamento, este devendo funcionar de acordo com uma das seguintes
opções: sistema automático com desligamento da iluminação em um
136
horário predeterminado, com programação independente para um limite
de área de até 2500 m²; sensor de presença que desligue a iluminação
30 minutos após a saída dos ocupantes; ou sinal de outro controle ou
sistema de alarme que indique que a área está desocupada.
Este último requisito exclui ambientes de tratamento ou repouso de pacientes
ou quaisquer ambientes que necessitem estar iluminados durante 24 horas
ininterruptas ou cujo desligamento automático possa comprovadamente oferecer
riscos à integridade física dos usuários.
6.2.1.3.2 Classificação e determinação da eficiência
A classificação da edificação pelo Procel (2009b) é obtida através do
cumprimento dos itens marcados na Tabela 29 a seguir.
Tabela 29 – Itens a serem cumpridos de acordo com o nível de eficiência pretendido.
Nível A Nível B Nível C Divisão dos circuitos X X X
Contribuição da luz natural X X Desligamento automático X
Fonte: adaptado de PROCEL (2009b).
A determinação da eficiência da iluminação estabelece o limite de potência
interna para cada ambiente da edificação, variando de A (mais eficiente) a E (menos
eficiente). O equivalente numérico é a ponderação da eficiência da iluminação
interna de cada ambiente.
A metodologia de cálculo para determinação da eficiência baseia-se em
determinar o índice de ambiente (K) para cada um dos cômodos da edificação
usando uma das seguintes equações (ver Equações 26, 27 e 28) apresentadas no
RTQ-C (PROCEL, 2009b):
p
ptt
A
AAK
+=
137
Equação 26 – Determinação de K para ambientes em geral.
).(
.
LCh
LCK
+=
Equação 27 – Determinação de K para ambientes retangulares.
)'.(.2
..3
LCh
LCK
+=
Equação 28 – Determinação de K para iluminação indireta.
Onde:
K: índice de ambiente (adimensional);
At: Área de teto (m²);
Apt: Área do plano de trabalho (m²);
Ap: Área de parede entre o plano iluminante e o plano de trabalho (m²);
C: Comprimento total do ambiente (m);
L: Largura total do ambiente (m);
h: altura média entre superfície de trabalho e plano das luminárias no teto;
h’: altura média entre a superfície de trabalho e o teto. Índice de ambiente K.
A partir do valor de K encontrado e com o cálculo de densidade de potência
de iluminação relativa (DPIrf) obtido no projeto luminotécnico, encontra-se o nível de
eficiência energética na Tabela 30 a seguir.
Tabela 30 - Limite máximo aceitável de densidade de potência de iluminação para o nível de eficiência pretendido.
Densidade de Potência de Iluminação relativa W/m²/100lux
K (Nível A) (Nível B) (Nível C) (Nível D)
0,60 2,84 4,77 5,37 6,92
0,80 2,50 3,86 4,32 5,57
1,00 2,27 3,38 3,77 4,86
1,25 2,12 3,00 3,34 4,31
1,50 1,95 2,75 3,00 3,90
2,00 1,88 2,53 2,77 3,57
Fonte: adaptado de PROCEL apud CECHINEL (2010).
138
6.2.1.4 Condicionamento de ar
Segundo Procel (2009b), o pré-requisito específico para a obtenção do nível
de eficiência A para condicionamento de ar é o de que os sistemas de ar
condicionado, tanto os do tipo janela quanto split, devem estar sombreados
permanentemente e com ventilação adequada para não interferir na sua eficiência;
cada ambiente é avaliado separadamente.
Os aparelhos de condicionamento de ar devem possuir eficiência avaliada
pelo PBE/Inmetro e/ou normas internacionais; caso não estejam avaliados, eles
devem estar dentro de padrões estabelecidos pela ASHRAE Standard 90.1 (2004),
os quais estão apresentados no RTQ-C (Procel, 2009b). Cada zona térmica deverá
ter sua temperatura individualmente controlada por termostatos, e o sistema deve
impedir o reaquecimento ou qualquer outra forma de aquecimento e resfriamento
simultâneo.
As cargas térmicas de projeto dos sistemas de condicionamento de ar devem
ser calculadas de acordo com as normas e os manuais de aceitação geral dos
profissionais da área; havendo mais de um sistema independente de
condicionamento de ar na edificação, seu equivalente numérico é obtido através da
ponderação da área do ambiente e seu respectivo sistema, obtendo assim um nível
de eficiência para todo o edifício.
6.2.1.5 Bonificações
As bonificações são iniciativas que aumentam em até 1 ponto a eficiência
energética da edificação, porém para que isso aconteça elas devem ser justificadas
e a economia gerada deve ser comprovada. Segundo o Procel (2009b), as
bonificações podem ser:
- sistemas e equipamentos economizadores de água, como bacias
sanitárias com sensores, torneiras de pressão e sistemas de
139
aproveitamento de água pluvial, desde que proporcionem economia
mínima de 20% no consumo anual de água do edifício;
- sistemas ou fontes renováveis de energia para edifícios com atividades
que tenham demanda de água quente em suas instalações
(restaurantes, hoteis, hospitais e outros), desde que seja comprovada a
utilização de aquecimento solar de água em 60% ou mais do seu
consumo;
- sistemas de cogeração de energia, desde que proporcionem economia
mínima de 30% no consumo anual de energia elétrica do edifício;
- inovações técnicas ou sistemas que comprovadamente aumentem a
eficiência energética do edifício, proporcionando economia mínima de
30% do consumo anual.
140
7 ESTUDO DE CASO
Com o objetivo de incrementar os conhecimentos adquiridos através da
revisão bibliográfica, será apresentado a seguir um estudo de caso utilizando as
planilhas do selo de etiquetagem Procel Edifica para edificações comerciais.
Conforme disposto no capítulo anterior, pode-se realizar a avaliação de um
edifício de forma total – unindo estudo de envoltória, iluminação e sistema de
condicionamento de ar – ou de apenas uma dessas três partes, sendo a envoltória
indispensável para o estudo das demais.
Levando-se em conta a demanda de tempo e de dados para a avaliação total,
e considerando o foco do presente trabalho como sendo o conforto térmico, decidiu-
se realizar o estudo da envoltória através do método prescritivo.
7.1 OBJETO DE ESTUDO
Para o estudo de caso do presente trabalho, escolheu-se uma imobiliária
localizada no centro da cidade de Joinville – SC que passou por uma reforma de
ampliação. No Anexo G encontram-se as pranchas do projeto arquitetônico. Os
croquis das Figuras 81 e 82 a seguir mostram, esquematicamente, o esquema de
aberturas e de condicionamento da edificação.
141
Figura 80 – Esquema de aberturas e condicionamento de ar do pavimento térreo.
Figura 81 – Esquema de aberturas e condicionamento de ar do pavimento superior.
7.2 METODOLOGIA
O presente estudo contou com o auxílio do RAC-C (Procel, 2009b), RTQ-C
(Procel, 2009c), além do manual do Procel Edifica (Procel, 2009d). Para o cálculo de
áreas, utilizou-se como base as planilhas de Hackenberg e Dilmo (2010).
142
Primeiramente, realiza-se o levantamento das áreas para o cálculo da
envoltória, levando-se em conta as definições a seguir, retiradas do manual do RTQ-
C (PROCEL, 2009, p. 23-26):
- área de projeção da cobertura (Apcob): área da projeção horizontal da
cobertura, incluindo terraços cobertos e descobertos, e descontando
áreas decorrentes de recuo de portas e janelas que ultrapassem a
espessura da parede (ver Figura 80);
Figura 82 – Definição da área de projeção de cobertura em caso de recuo superior à espessura da parede. Fonte: PROCEL (2009d).
- área de projeção do edifício (Ape): área da projeção horizontal do
edifício, no caso de edificações de formato uniforme, ou a área de
projeção média dos pavimentos, excluindo subsolos;
- área útil (AU): é a área disponível para ocupação, medida a partir da
parte interna das paredes, independente do tipo de ocupação e da
condição de condicionamento. De acordo com LabEEE (2011), exclui-se
do levantamento as garagens e poços de elevador;
- área total de piso (Atot): é a área de piso contada a partir da parte
externa da parede;
- área de permanência transitória (APT): é a área de piso de espaços de
permanência temporária, como por exemplo, banheiros e lavabos
(UNIVERSO VERDE, 2011);
143
- área condicionada (AC): é a área de piso submetida a um sistema de
condicionamento de ar;
- área não condicionada (ANC): área de piso dos ambientes não
condicionados de permanência prolongada;
- área de fachada: área de superfícies externas verticais ou com inclinação
superior a 60º em relação à horizontal, incluindo as superfícies opacas,
translúcidas, transparentes e vazadas, como cobogós e vãos de entrada.
As áreas de fachada, obtidas em planta, estão dispostas na Tabela 31 a
seguir, sendo que a Aenv é a soma de todas as áreas apresentadas, inclusive a de
cobertura.
Tabela 31 – Área da envoltória da edificação.
Envoltória
Fachada Área (m²)
Norte 268,52
Sul 268,52
Leste 116,53
Oeste 118,64
Cobertura 448,85
Aenv 1221,05
Ape 335,51
Apcob 448,85
A fim de determinar quais áreas estão condicionadas ou não, realizou-se um
levantamento da disposição e tipos de ar condicionado dispostos na edificação, os
quais estão apresentados no Apêndice A ao fim deste trabalho, totalizando 32
aparelhos.
No presente estudo, houve um impasse quanto a áreas de piso: algumas
paredes separavam áreas condicionadas de não condicionadas; como o manual
determina que a área a ser medida leva em consideração a parte externa das
paredes, e como uma mesma parede não pode pertencer às duas áreas
simultaneamente, decidiu-se dividir essas paredes ao meio, obtendo os resultados
apresentados na Tabela 32 a seguir.
144
Tabela 32 – Quadro de áreas da edificação estudada.
Pavimentos
Área total Área útil Área
condicionada Área não
condicionada Área de
Transição Altura
Volume (V =
Atot*h)
Pavimento Atot AU AC ANC APT h V
Térreo 346,64 303,39 225,31 52,76 59,67 3,00 1039,92
Superior 324,38 293,61 257,61 0,00 66,77 2,60 843,39
Σ= 671,02 597,00 482,92 52,76 126,44 5,60 1883,31
Conforme mostra a Tabela 32 anterior, foi calculado também o volume da
edificação; através dele obtêm-se dois importantes fatores na determinação do nível
de eficiência energética (PROCEL, 2009d, p.41):
- Fator Altura (FA): representa a razão entre a área de projeção do edifício
e a área de piso (Apcob/Atot);
- Fator de Forma: é a razão entre a área da envoltória e o volume do
edifício (Aenv/Vtot).
Os valores de FA e FF para a edificação estudada estão dispostos nas
Equações 29 e 30 a seguir.
67,002,671
85,448≅∴== FA
A
AFA
tot
pcob
Equação 29 – Cálculo do FA da edificação.
65,031,1883
05,1221≅∴== FF
V
AFF
tot
env
Equação 30 – Cálculo do FF da edificação.
145
Em seguida, realiza-se o levantamento das áreas de aberturas, cujo cálculo
contabiliza apenas a área de fechamento em material translúcido, excluindo vãos
sem fechamento, varandas, cobogós, pórticos e sacadas (PROCEL, 2009d); em
esquadrias, conta-se apenas a área do vidro, excluindo quaisquer materiais opacos
envolvidos. Em relação à área total, elas representam um percentual de abertura,
que pode ser de três tipos:
- percentual de Área de Abertura na Fachada Total (PAFt): razão da soma
das áreas de abertura de cada fachada pela área total de fachada da
edificação, referindo-se exclusivamente a aberturas em paredes verticais
com inclinação superior a 60° em relação ao plano horizontal, tais como
janelas tradicionais, portas de vidro ou sheds, mesmo sendo estes
últimos localizados na cobertura. O cálculo do PAFt exclui área externa
de caixa d’água no cômputo da área de fachada, mas inclui a área da
caixa de escada até o ponto mais alto da cobertura (cumeeira);
- percentual de Área de Abertura na Fachada Oeste (PAFo): é a razão da
soma das áreas de abertura da fachada oeste pela área total da fachada
oeste. O PAFo é utilizado no lugar do PAFt quando este, acrescido de
20%, é menor que PAFo;
- percentual de Abertura Zenital (PAZ): quociente entre a soma das áreas
de superfícies translúcidas com inclinação inferior a 60º em relação ao
plano horizontal e a área total de fachada ou cobertura.
Além das áreas, as aberturas também são utilizadas na definição dos ângulos
de sombreamento, que são os seguintes:
- ângulo Vertical de Sombreamento (AVS): medido em vista, é o ângulo
entre a base da folha do material translúcido e a extremidade mais
distante da proteção solar horizontal, conforme mostra a Figura 81. O
valor limite para cálculo é de 45º;
146
Figura 83 – Medição do AVS. Fonte: PROCEL (2009d).
- ângulo Horizontal de Sombreamento (AHS): medido em planta, é o
ângulo entre a base da folha do material translúcido e a extremidade
mais distante da proteção solar vertical. O AHS deve sempre ser
considerado nos dois lados da abertura; logo, o AHS de uma abertura é
a média do ângulo das duas proteções solares, como mostra a Figura 82
a seguir.
Figura 84 – Medição do AHS. Fonte: PROCEL (2009d).
Nos Apêndices C e D ao final deste trabalho estão os cálculos de AVS, AHS,
PAFt e PAFo da edificação estudada; como não há iluminação zenital, o valor de
PAZ é zero.
Por se tratar de uma obra de ampliação, apenas as esquadrias inseridas na
parte nova foram devidamente locadas, resultando em incompatibilidades entre os
dados em planta e em corte das esquadrias pré-existentes; foi necessário, portanto,
147
realizar um levantamento in loco das áreas das aberturas e dos valores de AHS e
AVS, os quais estão dispostos no Apêndice B ao final deste trabalho.
Uma vez levantados os dados de áreas, estuda-se os materiais envolvidos na
edificação, ou seja, as cores, espessura e tipo de vedação de fachadas, coberturas
e aberturas. Com dados fornecidos por fabricantes ou pela NBR 15220-2 (ABNT,
2003b), obtêm-se as propriedades físicas dos materiais: transmitância,
condutividade, capacidade e resistência térmicas, bem como a absortância e
densidade de massa aparente, cujos conceitos foram definidos anteriormente neste
trabalho.
Nessa etapa são necessárias informações a respeito do sistema construtivo
empregado: espessura de rebocos externo e interno, tipo de tijolo e posição de
assentamento do mesmo, espessura de argamassa, espessura de revestimento
cerâmico quando presente.
No presente estudo, devido à heterogeneidade de sistemas empregados,
algumas simplificações precisaram ser feitas a respeito dos itens a seguir:
- revestimento de fachadas: conforme o memorial descritivo apresentado
no Anexo H deste trabalho, utilizou-se duas cores de tinta acrílica fosca,
bem como revestimento com pastilhas cerâmicas; além disso, nas
fachadas leste e sul também foi utilizada tinta branca em certas áreas.
Devido à dificuldade em se obter os valores de absortância para as
cores empregadas, foi tomada como base a tese de doutorado de
Dornelles (2008, p. 97-98), com escolha de cores o mais próximo
possível do real, sendo que em casos com mais de um valor de
absortância escolheu-se o maior. O valor final da absortância das
fachadas foi obtido através de uma média ponderada entre o valor das
cores e a área em que foram utilizadas, conforme mostra a Tabela 33 a
seguir;
148
Tabela 33 - Absortância das fachadas da edificação de acordo com as cores empregadas.
Absortância das fachadas
Cor Azul*** Amarelo Canário*** Laranja* Branco ADOTADO
Área 280,892 50,504 108,166 237,085 -
α** 0,77 0,311 0,386 0,282 0,50 *Cor aproximada das pastilhas cerâmicas. ** Fonte: DORNELLES (2008, p. 97-98). *** Representam, respectivamente, as cores Eclipse e Pimenta Cítrica do memorial descritivo do presente trabalho,
- paredes: apenas dois sistemas construtivos foram levados em
consideração, um referente à parte antiga da edificação e outro à
ampliação. Os valores finais também foram obtidos por média
ponderada;
- cobertura: para o cálculo das propriedades térmicas pela NBR 15220-2
(ABNT, 2003b), utilizou-se um valor médio para a altura da cumeeira,
resultando em um valor médio para a altura da câmara de ar;
- vidros: será arbitrado um valor de fator solar2 FS = 0,87, devido à
ausência de PAZ, conforme mostra a Tabela 34 a seguir.
Tabela 34 - Relação entre FS e PAZ.
PAZ 0 a 2% 2,1 a 3% 3,1 a 4% 4,1 a 5% FS 0,87 0,67 0,52 0,30
Fonte: PROCEL (2009d).
Devido à extensão do cálculo para a obtenção da transmitância, resistência
térmica e fator solar da envoltória, o desenvolvimento do mesmo está disposto no
Apêndice E ao final deste trabalho.
A partir da definição da Zona Bioclimática na qual a edificação se encontra e
considerando a Ape, o RTQ-C (Procel, 2009b) dispõe de fórmulas para o cálculo dos
chamados indicadores de consumo, sendo estes apresentados a seguir.
- Indicador de Consumo da envoltória (ICenv) : grandeza adimensional,
deve ser comparado a uma escala numérica dividida em intervalos que
2 Fator Solar (FS): é a razão entre o ganho de calor que entra num ambiente através de uma
abertura e a radiação solar incidente na mesma (PROCEL, 2009d).
149
descrevem um nível de classificação de desempenho que varia de A a E;
quanto menor o indicador obtido, mais eficiente será a envoltória da
edificação.
- Indicador de Consumo Máximo para nível D (ICmáxD): é obtido através
do cálculo de IC para os valores apresentados na Tabela 35. Se ICenv
for maior que ICmáxD, a edificação recebe automaticamente
classificação “E” na envoltória;
Tabela 35 – Parâmetros de ICmáxD.
PAFt FS AVS AHS
0,60 0,61 0 0
Fonte: PROCEL (2009b).
- Indicador de Consumo Mínimo (ICmín): calculado a partir da equação de
IC para os valores apresentados na Tabela 36.
Tabela 36 – Parâmetros de ICmín.
PAFt FS AVS AHS
0,05 0,87 0 0 Fonte: PROCEL (2009b).
Através de ICmáxD e ICmín, é estabelecido um intervalo dentro do qual a
edificação deverá ser inserida. Essa subdivisão (i) é obtida através da Equação 31;
seu valor é utilizado para preencher a Tabela 37. Uma vez preenchida a tabela,
podemos obter a classificação da envoltória para a edificação e seu respectivo
equivalente numérico (EqNumEnv).
( )4
mínmáxD ICICi
−=
Equação 31 – Subdivisão para o intervalo entre os índices de consumo.
150
Tabela 37 – Limites dos intervalos dos níveis de eficiência.
Eficiência A B C D E
Lim. Mín. � ICmáxD - 3i +
0,01 ICmáxD - 2i + 0,01 ICmáxD - i + 0,01 ICmáxD + 0,01
Lim. Máx. ICmáxD -
3i ICmáxD - 2i ICmáxD - i ICmáxD �
Fonte: PROCEL (2009b).
Até o término do presente trabalho, não foram encontrados dados climáticos
consistentes para a cidade de Joinville que permitisse a classificação da mesma em
uma zona bioclimática definida; o histórico de dados meteorológicos é relativamente
recente, o que dificulta a determinação de um TRY e de uma carta bioclimática
adequados. No entanto, em consulta à lista de cidades da NBR 15220-3 (ABNT,
2003c), foi encontrado que São Francisco do Sul, a cidade mais próxima possível,
está localizada na Zona Bioclimática 5 (ver Anexo F). Logo, utilizou-se essa zona
para o cálculo do trabalho.
Para as Zonas Bioclimáticas 4 e 5 e Ape menor ou igual a 500 m², o FF
máximo deve ser de 0,75 (Procel, 2009b); conforme mostrado anteriormente na
Equação 32, o FF da edificação estudada é de 0,65. O ICenv é obtido através da
Equação 33 a seguir, e através dele são obtidos os valores limites da Tabela 38.
27,171...005,0.45,3.34,82
07,031,008,861,412,20739,105
+−+−
−−−++−=
AHSAVSFSPAFFSPAFFFFA
AHSAVSFSPAFFFFAIC
TT
Tenv
Equação 32 – ICenv para Zonas Bioclimáticas 4 e 5 com Ape menor ou igual a 500 m².
Desta forma:
151
( )3875,0
4
80,7835,80
80,78
27,17187,005,045,365,067,034,82
87,008,805,061,465,012,20767,039,105
35,80
27,17161,060,045,365,067,034,82
61,008,860,061,465,012,20767,039,105
40,72
27,17127,1187,1987,0.14,0005,087,014,045,365,067,034,82
27,1107,087,1931,087,008,814,061,465,012,20767,039,105
=∴−
=
=∴
+××+××−
×+×+×−×=
=∴
+××+××−
×+×+×−×=
=
+××××−××+××−
−×−×−×+×+×−×=
ii
IC
IC
IC
IC
IC
IC
mín
mín
máxD
máxD
env
env
Equação 33 – Cálculo dos índices de consumo da envoltória.
Tabela 38 – Determinação dos limites máximos e mínimos para cada categoria.
Eficiência A B C D E
Lim. Mín. � 79,1975 79,585 79,9725 80,36
Lim. Máx. 79,1875 79,575 79,9625 80,35 �
Considerando o valor de ICenv encontrado, conclui-se que EqNumEnv é 5, ou
seja, pelo cálculo a edificação possui categoria A no quesito envoltória.
No entanto, é necessária a revisão dos pré-requisitos para a avaliação final,
utilizando os critérios do selo, sendo estes os mesmos da NBR 15575 (ABNT, 2008):
- transmitância térmica das paredes: conforme mostra o Apêndice E deste
trabalho e a Tabela XX a seguir, U = 2,05 W/m².K. Para a Zona
Bioclimática 5 este valor atende ao pré-requisito para o nível A, pois o
valor máximo é de 3,7 W/m².K;
152
Tabela 39 - Valores finais das propriedades térmicas da parede original e da parede de reforma do estudo de caso.
Parede original Parede reforma
U (W/m².K) 1,90 2,25 C (kJ/m².K) 573,68 199,66
FS 0,038 0,045 Área (m²) 236,98 185,47
U envoltória 2,05 C envoltória 409,47 FS envoltória 0,041
- transmitância térmica da cobertura: para o nível A, os valores máximos
transmitância térmica são de 1,0 W/m².K para ambientes condicionados
artificialmente e 2,0 para ambientes não condicionados. Como o valor
obtido para a cobertura da edificação foi de 0,65 W/m².K (ver Tabela 40
a seguir), independente da presença de condicionamento de ambiente
ou não, este pré-requisito está atendido;
Tabela 40 – Propriedades térmicas finais da cobertura.
Propriedades Térmicas da Cobertura Resistência Térmica Rt (m².K/W) 1,54 Transmitância Térmica U (W/m².K) 0,65
Capacidade Térmica Ct (kJ/m².K) 161,80 Fator Solar FS (%) 2,08
- cores e absortância da superfície: para a Zona Bioclimática 5, o valor
máximo de absortância é de 0,4 para os níveis A e B. Como α=0,50, não
atende ao pré-requisito e, portanto, o nível da envoltória cai para C.
Conclui-se, portanto, que o nível de eficiência energética para a envoltória é
C, devido à absortância das superfícies. Uma solução simples para a melhoria da
classificação neste quesito seria a dimunuição de áreas de fachada com cor escura
e aumento das de cores mais claras. Também seria necessária a verificação exata
da zona bioclimática na qual Joinville se encontra, a fim de verificar se este é, de
fato, o nível correto obtido.
Em conversa com o gerente da imobiliária estudada, tomou-se conhecimento
sobre o alto custo de energia elétrica proveniente dos sistemas de ar condicionado e
da iluminação da edificação; segundo ele, há planos de substituição de
153
equipamentos de ar condicionado mais antigos – de janela - por outros do modelo
split, e inclusive planeja-se instalar os mesmos na cozinha e área de serviço, pois o
calor é insuportável no verão. Isso conclui, portanto, que o nível C obtido para
envoltória não é o suficiente para a determinação da eficiência deste edifício; um
estudo completo do sistema de iluminação e condicionamento de ar seria
necessário, envolvendo assim maior tempo de pesquisa e uma demanda maior de
dados a ser coletada.
154
8 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Como se percebe por este trabalho, é necessário o conhecimento dos
materiais a ser empregados, bem como das características climáticas do local onde
ela será construída, além dos hábitos e vestimenta da população local, entre outros
fatores. Projetando-se de acordo com a arquitetura bioclimática, que envolve todos
esses aspectos, obtêm-se edificações adequadas ao clima e confortáveis do ponto
de vista climatico sem um consumo excessivo de energia; tanto a norma alemã
Passivhaus quanto o selo Procel Edifica utilizam conceitos da arquitetura
bioclimática para suas avaliações. Um projeto bem elaborado envolve comunicação
entre arquitetos e engenheiros das áreas civil, mecânica e elétrica, porém tudo isso
demanda tempo. O mercado da construção civil aquecido faz com que construtoras
se apoiem em ideias de fácil execução, possíveis de serem replicadas com rapidez
em diversos lugares, o que, como se sabe, pode se tornar algo desastroso quanto
ao desempenho térmico dessas edificações.
Os selos, normas e certificações de eficiência energética não funcionam por si
somente. Por exemplo, em uma crítica à Passivhaus, Krainer (2008) alega que o
excesso de preocupação com a estanqueidade do ar que a norma alemã possui
pode ter como consequência o surgimento de edifícios doentes, o que é chamado
internacionalmente de Sick Building Syndrome (SBS); em conversas para solução de
dúvidas nos fóruns restritos de discussão dos alunos dos cursos de Procel Info
(2011), verificou-se que, conforme as aulas seguem, surgem diversas questões,
sugestões, críticas a respeito do método adotado para avaliação de eficiência
energética, o que mostra que ainda há muito a se fazer para aperfeiçoar o sistema
de etiquetagem do selo brasileiro.
Devido ao número significativo de trabalhos de graduação a respeito das
normas LEED e Procel Edifica para edificações comerciais, públicas e de serviços,
sugere-se mais estudos de caso, uma revisão bibliográfica do Procel Edifica para
edificações residenciais – uma vez que seja divulgado o material do mesmo, estudos
155
sobre desempenho térmico de edifícios comerciais e/ou residenciais de Joinville e
região, entre outros. O leque de possibilidades é grande.
156
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
AMERICAN SOCIETY OF HEATING REFRIGERATING AND AIR
CONDITIONING ENGINEERS. Thermal Environmental Conditions for Human
Occupancy. ASHRAE, 2004. 35 p.
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166
ANEXOS
ANEXO A - Classificação de Eficiência Energética de Edifícios..............................167 ANEXO B - Fornecimento de dados de envoltória...................................................168 ANEXO C - Fornecimento de dados de iluminação.................................................169 ANEXO D - Fornecimento de dados de condicionamento de ar..............................170 ANEXO E – Fluxograma da NBR 15575-1...............................................................171 ANEXO F – Lista de cidades e respectivas zonas bioclimáticas, de acordo com a NBR 15220-3 – PR, SC e RS...................................................................................173 ANEXO G - Projeto arquitetônico do estudo de caso...............................................174 ANEXO H – Memorial descritivo do estudo de caso................................................179
167
ANEXO A - Classificação de Eficiência Energética de Edifícios
168
ANEXO B - Fornecimento de dados de envoltória
169
ANEXO C - Fornecimento de dados de iluminação
170
ANEXO D - Fornecimento de dados de condicionamento de ar
171
ANEXO E – Fluxograma da NBR 15575-1
172
173
ANEXO F – Lista de cidades e respectivas zonas bioclimáticas, de acordo com a NBR 15220-3 – PR, SC e RS
UF Cidade Estratégia ZB PR Campo Mourão BCFI 3 PR Castro ABCF 1 PR Curitiba ABCF 1 PR Foz do Iguaçu BCFIJ 3 PR Guaíra BCFIJ 3 PR Guarapuava ABCF 1 PR Ivaí ABCFI 2 PR Jacarezinho BCFIJ 3 PR Jaguariaiva ABCFI 2 PR Londrina BCFI 3 PR Maringá ABCD 1 PR Palmas ABCF 1 PR Parananguá BCFIJ 3 PR Ponta Grossa ABCFI 2 PR Rio Negro ABCFI 2 RS Alegrete ABCFI 2 RS Bagé ABCFI 2 RS Bom Jesus ABCF 1 RS Caixias do Sul ABCF 1 RS Cruz Alta ABCFI 2 RS Encruzilhada do Sul ABCFI 2 RS Iraí BCFIJ 3 RS Passo Fundo ABCFI 2 RS Pelotas BCFI 2 RS Porto Alegre BCFI 3 RS Rio Grande BCFI 3 RS Santa Maria ABCFI 2 RS Santa Vitória do Palmar ABCFI 2 RS São Francisco de Paula ABCF 1 RS Torres BCFI 3 RS Uruguaiana ABCFI 2 SC Araranguá ABCFI 2 SC Camboriú BCFIJ 3 SC Chapecó BCFI 3 SC Florianópolis BCFIJ 3 SC Indaial BCFIJ 3 SC Lages ABCF 1 SC Laguna ABCFI 2 SC Porto União ABCFI 2 SC São Francisco do Sul CFIJ 5 SC São Joaquim ABCF 1 SC Urussanga ABCFI 2 SC Valões ABCFI 2 SC Xanxerê ABCFI 2
174
ANEXO G - Projeto arquitetônico do estudo de caso
175
176
177
178
179
ANEXO H – Memorial descritivo do estudo de caso
180
181
182
183
APÊNDICES
APÊNDICE A – Esquema de aberturas e condicionamento de ar do estudo de caso..........................................................................................................................184 APÊNDICE B – Aberturas do estudo de caso..........................................................187 APÊNDICE C – Determinação do AVS e AHS final para a edificação em estudo...189 APÊNDICE D – Determinação de PAFt e PAFo para a edificação em estudo........192 APÊNDICE E – Determinação das propriedades térmicas da envoltória pelo método da NBR 15220-2.......................................................................................................194
184
APÊNDICE A – Esquema de aberturas e condicionamento de ar do estudo de caso
185
186
187
APÊNDICE B – Aberturas do estudo de caso
Os dados apresentados nas Tabelas B.1 a B.4 a seguir foram levantados in
loco e correspondem às aberturas identificadas no Apêndice A anteriormente
apresentado.
Tabela B.1 – Aberturas da Fachada Norte.
Aberturas
Fachada Norte
Aberturas Área (m²) Qtde AVS(°) AHS(°)
A1 1,85 1 21,25 3,85
A2 1,85 1 21,25 3,85
A3 1,85 1 21,25 3,85
A4 0,29 1 26,57 14,24
A5 1,12 1 21,25 5,54
A6 1,42 1 21,25 5,54
A7 3,48 1 33,11 45,00
A8 1,53 1 0,00 23,71
A9 1,52 1 0,00 23,71
A10 8,91 1 38,66 3,44
Σ= 23,82 10
Átotal N= 23,82
188
Tabela B.2 – Aberturas da Fachada Sul.
Aberturas
Fachada Sul
Aberturas Área (m²) Qtde AVS(°) AHS(°)
A11 0,18 1 45,00 0,00
A12 2,50 1 22,32 0,00
A13 1,33 1 21,85 7,28
A14 1,85 1 21,85 5,06
A15 1,23 1 0,00 22,15
A16 1,11 1 0,00 0,00
A17 0,85 1 0,00 5,19
A18 1,01 1 0,00 4,40
A19 1,01 1 0,00 24,26
A20 1,14 1 0,00 15,65
12,21 10
Átotal S= 12,21
Tabela B.3 – Aberturas da Fachada Leste.
Aberturas
Fachada Leste
Aberturas Área (m²) Qtde AVS(°) AHS(°)
A21 1,81 1 8,75 3,81
A22 0,78 1 0 3,69
A23 1,14 1 0 24,41
A24 1,08 1 45 8,13
A25 0,89 1 7,64 4,76
A26 0,18 1 45 14,62
A27 1,11 1 0 25,98
6,99 7
Átotal S= 6,99
Tabela B.4 – Aberturas da Fachada Oeste.
189
Aberturas
Fachada Oeste
Aberturas Área (m²) Qtde AVS(°) AHS(°)
A28 12,37 1 22,02 9,63
A29 1,11 1 39,81 16,62
A30 1,16 1 0 24,47
A31 1,33 1 0 3,37
A32 0,60 1 45 24,35
A33 0,60 1 0 24,35
17,17 6
Átotal S= 17,17
190
APÊNDICE C – Determinação do AVS e AHS final para a edificação em estudo
A partir dos dados apresentados no Apêndice B anterior, calculam-se os
índices AVS e AHS para cada abertura da seguinte forma (ver Equação C.1):
aberturaaberturaaberturaabertyra
aberturaaberturaaberturaabertyra
AHSQtdeÁreaAHS
amenteana
AVSQtdeÁreaAVS
××=
××=
:log
Equação C.1 - Índices AVS e AHS.
Em seguida, somam-se os índices de cada fachada, obtendo-se o AVS e AHS
final (ver Equação C.2 e Tabela C.1):
fachadatotal
fachadasfinal
fachadatotal
fachadasfinal
S
AHSAHS
amenteana
S
AVSAVS
_
_
:log
Σ
Σ=
Σ
Σ=
Equação C.2 – AVS e AHS totais
191
Tabela C1 – AVS totais.
AVS
Fachada Norte Fachada Sul Fachada Leste Fachada Oeste
Abertura Σ Abertura Σ Abertura Σ Abertura Σ
A1 39,38 A11 8,208 A21 15,813 A28 272,3874
A2 39,38 A12 55,853568 A22 0 A29 44,332416
A3 39,38 A13 29,05613 A23 0 A30 0
A4 7,70 A14 40,48805 A24 48,546 A31 0
A5 23,69 A15 0 A25 6,78432 A32 26,928
A6 30,18 A16 0 A26 8,208 A33 0
A7 115,25 A17 0 A27 0
A8 0,00 A18 0
A9 0,00 A19 0
A10 344,42 A20 0
AVS final fachada 639,37 AVS final
fachada 133,61 AVS final fachada 79,35 AVS final
fachada 343,65
S total fachada (m²) 60,19 Soma AVS fachadas
1195,98 AVS final edificação 19,87
Tabela C.2 – AHS totais.
AHS
Fachada Norte Fachada Sul Fachada Leste Fachada Oeste
Abertura Σ A11 Σ Abertura Σ Abertura Σ
A1 7,13405 A12 0 A21 6,885432 A28 119,1231
A2 7,13405 A13 0 A22 2,869344 A29 18,508032
A3 7,13405 A14 9,680944 A23 27,885984 A30 28,365624
A4 4,1296 A15 9,37618 A24 8,770644 A31 4,47536
A5 6,1771 A16 27,16476 A25 4,22688 A32 14,57104
A6 7,8668 A17 0 A26 2,666688 A33 14,61
A7 156,636 A18 4,393854 A27 28,806624 0
A8 36,25259 A19 4,4352 0 0
A9 36,0392 A20 24,45408 0 0
A10 30,64696 AHSF 17,87856 0 0
AHS final fachada 299,15 AHS final
fachada 97,38 AHS final fachada 82,11 AHS final
fachada 199,65
S total fachada
(m²) 60,19
Soma AVS fachadas
678,29 AHS final edificação 11,27
192
APÊNDICE D – Determinação de PAFt e PAFo para a edificação em estudo
Conforme apresentado no Capítulo 9 e no Apêndice C do presente trabalho,
as áreas de fachadas e aberturas são as seguintes (ver Tabelas D.1 e D.2):
Tabela D.1 – Áreas de fachada.
Envoltória
Fachada Área (m²)
Norte 268,52
Sul 268,52
Leste 116,53
Oeste 118,64
Área total de fachada 772,20
Cobertura 448,85
Aenv 1221,05
Tabela D.2 – Áreas de abertura.
Aberturas
Fachada Área (m²)
Norte 23,82
Sul 12,21
Leste 6,99
Oeste 17,17
Total 60,19
O PAFt é obtido através da divisão entre a somatória das áreas de aberturas
e a área total de fachada. Assim (ver Equação D.1):
078,020,772
19,60=∴=
Σ
Σ= TT PAF
fachada
aberturasPAF
Equação D.1 – Determinação do PAFt do estudo.
Já o PAFo é obtido através do quociente entre a área de aberturas e da
fachada apenas do lado oeste da edificação (ver Equação D.2):
193
14,00936,02,1%20
078,014,064,118
17,17
_
_
<<<=×=+
>>>≅∴=Σ
Σ=
TT
OO
PAFPAF
PAFoestefachada
oesteaberturasPAF
Equação D.2 – Determinação de PAFo.
Como é possível perceber, com o acréscimo de 20% no valor de PAFt ele
continua menor que PAFo; logo, onde houver o emprego da variável PAFt ela será
substituída por PAFo.
194
APÊNDICE E – Determinação das propriedades térmicas da envoltória pelo método da NBR 15220-2
No estudo de caso deste trabalho, conforme explicado no Capítulo 9 anterior,
foram escolhidas duas configurações de parede e uma de cobertura para a
determinação das propriedades térmicas.
Na edificação original, em consulta com o engenheiro executor da reforma,
soube-se que foram empregadas paredes de 1 e ½ vez de tijolo maciço 6X10X20
cm, com argamassa de espessura 1,2 cm, 2,5 cm de reboco externo e 1,5 cm de
reboco interno, conforme mostram as Figuras E.1 e E.2 a seguir.
Figura E.1 – Esquema de levantamento da parede da edificação original.
Figura E.2 – Detalhe da disposição de tijolo e argamassa de fuga empregada na edificação
original.
195
As propriedades térmicas da cerâmica, da argamassa e do reboco são
retiradas da NBR 15220-2 (ABNT, 2003b) e apresentadas na Tabela E.1 a seguir.
Tabela E.1 – Propriedades térmicas dos materiais empregados na parede da edificação
original.
Cerâmica Reboco Argamassa
ρ (kg/m³) 1600 1950 1950
λ (W/m².K) 0,90 1,15 1,15
c (kJ/kg.K) 0,92 1,00 1,00 Fonte: adaptado de ABNT (2003).
São realizadas duas seções de estudo: a primeira (Sa) envolve os rebocos
interno e externo com a argamassa de assentamento; a segunda (Sb) os rebocos e
a cerâmica.
Para a seção Sa (reboco + argamassa + reboco), temos a seguinte área de
contato do fluxo (ver Equação E.1) , sua respectiva resistência térmica (Equação
E.2) e capacidade térmica (Equação E.3):
²10064,2)012,006,0(012,010,0012,0 3 mxAA aa−=∴+×+×=
Equação E.1 – determinação da área de contato do fluxo térmico na seção Sa.
WKmReee
R areboco
reboco
amassa
amassa
reboco
rebocoa /².306,0
15,1
015,0
15,1
312,0
15,1
025,0
arg
arg=∴++=++=
λλλ
Equação E.2 – determinação da resistência térmica na seção Sa.
KmkJC
C
cececeC
Ta
Ta
rebocoamassarebocoTa
²./4,686
195000,1015,0195000,1312,0195000,1025,0
)..()..()..( arg
=∴
××+××+××=
++= ρρρ
Equação E.3 – determinação da capacidade térmica na seção Sa.
Já na seção Sb (reboco + tijolo + argamassa + tijolo + reboco), temos os
valores apresentados nas Equações E.4, E.5 e E.6:
196
²006,010,006,0 mAA bb =∴×=
Equação E.4 – determinação da área de contato do fluxo térmico na seção Sb.
WKmRR
eeeeeR
bb
reboco
reboco
cerâmica
cerâmica
amassa
amassa
cerâmica
cerâmica
reboco
rebocob
/².379,015,1
015,0
90,0
20,0
15,1
012,0
90,0
10,0
15,1
025,0
arg
arg
=∴++++=
++++=λλλλλ
Equação E.5 – determinação da resistência térmica na seção Sb.
KmkJC
C
cececececeC
Tb
Tb
rebococerâmicaamassacerâmicarebocoTb
²./543
195000,1015,0
160092,020,0195000,1012,0160092,010,0195000,1025,0
)..()..()..()..()..( arg
=∴
××+
+××+××+××+××=
++++= ρρρρρ
Equação E.6 – determinação da capacidade térmica na seção Sb.
É necessário, no entanto, determinar os valores da parede como um todo.
Logo, utiliza-se a Equação E.7 para determinar a resistência dos materiais opacos, e
a Equação E.8 para a determinação da resistência total da parede, incluindo, neste
caso, as resistências térmicas superficiais interna (Rsi) e externa (Rse), sendo estas
de valores 0,13 e 0,04 m².K/W, respectivamente (fluxo horizontal).
WKmRx
x
R
A
R
AAA
R T
b
b
a
a
bat /².357,0
379,0
006,0
306,0
10064,2
006,010064,23
3
=∴
+
+=
+
+=
−
−
Equação E.7 – determinação da resistência térmica total da parte opaca da parede da
edificação original.
WKmRRRRR TsitseT /²53,004,0357,013,0 =∴++=++=
Equação E.8 – determinação da resistência térmica total da parede da edificação original.
A capacidade térmica da parede é obtida através da Equação E.9 a seguir.
197
KmkJRx
x
C
A
C
AAA
C T
b
b
a
a
baT ²./68,573
543
006,0
4,686
10064,2
006,010064,23
3
=∴
+
+=
+
+=
−
−
Equação E.9 – determinação da capacidade térmica total da parede da edificação original.
A transmitância térmica U, conforme apresentado anteriormente neste
trabalho, está apresentada na Equação E.10 a seguir.
KmWUR
UT
²./90,153,0
11=∴==
Equação E.10 – determinação da resistência térmica total da parede da edificação original.
Para o cálculo do fator solar (FS), importante para a determinação de ICenv, é
necessário considerar a absortância das cores empregadas na pintura externa.
Conforme determinado no Capítulo 9 deste trabalho, será utilizada a média
ponderada da mesma, ou seja, α=0,50. Assim, pela Equação E.11, temos:
%8,304,050,090,1100100 =∴×××=×××= FSRUFS seα
Equação E.11 – determinação do fator solar da parede original da edificação.
As paredes da reforma foram executadas com tijolo de 6 furos (14X9X19),
argamassa de assentamento de 1,2 cm, reboco externo de 2,5 cm e interno de 1,5
cm, conforme mostram as Figuras E.3 e E.4.
198
Figura E.3 – Esquema de levantamento da parede de reforma.
Figura E.4 – Detalhe da disposição de tijolo e argamassa de fuga empregada na reforma.
Neste caso, três seções foram utilizadas: Sa, Sb e Sc. Para a primeira seção
(reboco + argamassa + reboco), temos os seguintes valores de área, resistência
térmica e capacidade térmica (ver Equações E.12, E.13 e E.14):
²10504,3)012,009,0(012,019,0012,0 3mxAA aa−=∴+×+×=
Equação E.12 – determinação da área de contato do fluxo térmico na seção Sa.
199
WKmReee
R areboco
reboco
amassa
amassa
reboco
rebocoa /².156,0
15,1
015,0
15,1
14,0
15,1
025,0
arg
arg=∴++=++=
λλλ
Equação E.13 – determinação da resistência térmica na seção Sa.
KmkJC
C
cececeC
Ta
Ta
rebocoamassarebocoTa
²./351
195000,1015,0195000,114,0195000,1025,0
)..()..()..( arg
=∴
××+××+××=
++= ρρρ
Equação E.14 – determinação da capacidade térmica na seção Sa.
Para a seção Sb (reboco + cerâmica + reboco), temos (ver Equações E.15,
E.16 e E.17):
²1090,119,001,0 3mxAA bb−=∴×=
Equação E.15 – determinação da área de contato do fluxo térmico na seção Sb.
WKmReee
R breboco
reboco
cerâmica
cerâmica
reboco
rebocob /².190,0
15,1
015,0
90,0
14,0
15,1
025,0=∴++=++=
λλλ
Equação E.16 – determinação da resistência térmica na seção Sb.
KmkJC
C
cececeC
Tb
Tb
rebococerâmicarebocoTb
²./08,284
195000,1015,0160092,014,0195000,1025,0
)..()..()..(
=∴
××+××+××=
++= ρρρ
Equação E.17 – determinação da capacidade térmica na seção Sb.
Para a seção Sc (reboco + cerâmica + câmara de ar + cerâmica + câmara de
ar + cerâmica + câmara de ar + cerâmica + reboco), a NBR 15220-2 (2003b)
recomenda que, para câmaras de ar de seção circular, considera-se uma seção
quadrilátera de mesma área e centros coincidentes. Supondo diâmetro de 3 cm do
furo, temos que (ver Equação E.18):
200
cm66,24
00,3 22
=∴=×
llπ
Equação E.18 – adaptação da seção circular da câmara de ar do tijolo para a recomendação
da NBR 15220-2.
Logo, considerando Rar =0,16 m².K/W (fluxo horizontal, superfície de alta
emissividade, espessura entre 2 e 5 cm), temos, nas Equações E.19, E.20 e E.21:
²10054,519,00266,0 3mxAA cc−=∴×=
Equação E.19 – determinação da área de contato do fluxo térmico na seção Sc.
WKmR
R
eeR
eR
eR
eeR
c
c
reboco
reboco
cerâmica
cerâmicaar
cerâmica
cerâmicaar
cerâmica
cerâmicaar
cerâmica
cerâmica
reboco
rebococ
/².570,0
15,1
015,0
90,0
01,016,0
90,0
015,016,0
90,0
015,016,0
90,0
01,0
15,1
025,0
=∴
++++++++=
++++++++=λλλλλλ
Equação E.20 – determinação da resistência térmica na seção Sc.
KmkJC
C
cecece
cecececececeC
Tc
Tc
rebococerâmicaar
cerâmicaarcerâmicaarcerâmicarebocoTc
²./6,151
195000,1015,0160092,001,00160092,0015,00
160092,0015,00160092,001,0195000,1025,0
)..()..()..(
)..()..()..()..()..()..(
=∴
××+××++××++
+××++××+××=
+++
++++++=
ρρρ
ρρρρρρ
Equação E.21 – determinação da capacidade térmica na seção Sc.
Logo, os valores de resistência total, transmitância térmica, capacidade
térmica e fator solar serão (ver Equações E.22, E.23, E.24 e E.25):
201
WKmRR
xxx
xxxR
R
R
A
R
A
R
AAAA
RR
TT
T
si
c
c
b
b
a
a
cbaseT
/².445,004,0275,013,0
04,0
570,0
10054,52
190,0
1090,13
156,0
10504,3
10054,521090,1310504,313,0
23
23
333
333
=∴++=
+×
+×
+
×+×++=
+
++
+++=
−−−
−−−
Equação E.22 – determinação da resistência térmica total da parede de reforma.
KmWUR
UT
²./25,2445,0
11=∴==
Equação E.23 – determinação da transmitância térmica da parede de reforma.
KmkJC
xxx
xxxC
C
A
C
A
C
AAAA
C
T
T
c
c
b
b
a
a
cbaT
²./66,199
6,151
10054,52
08,284
1090,13
351
10504,3
10054,521090,1310504,3
23
23
333
333
=∴
×+
×+
×+×+=
++
++=
−−−
−−−
Equação E.24 – determinação da capacidade térmica total da parede de reforma.
%5,404,050,025,2100100 =∴×××=×××= FSRUFS seα
Equação E.25 – determinação do fator solar da parede de reforma.
O valor final de U, C e FS é obtido por média ponderada, levando em
consideração a área na qual cada tipo de parede foi empregada (ver Tabela E.2):
202
Tabela E.2– Determinação dos valores de U, C e FS da envoltória.
Parede original Parede reforma U (W/m².K) 1,90 2,25 C (kJ/m².K) 573,68 199,66
FS 0,038 0,045 Área (m²) 236,98 185,47
U envoltória 2,05 C envoltória 409,47 FS envoltória 0,041
Para a cobertura, foi utilizada telha cerâmica e forro de lã de rocha e EPS,
conforme mostra a Figura E.5 a seguir. A inclinação de 10%, por ser a
predominante, é utilizada para o cálculo.
Figura E.5 – esquema da cobertura da edificação.
Devido à ausência de beirais e à calha metálica em todas as extermidades
das águas, não será considerada ventilação da câmara de ar, ou seja, a relação
entre a área de ventilação e a área da cobertura é zero.
Na Figura E.6 a seguir se encontra uma cobertura equivalente para cálculo. A
NBR 15220-2 (ABNT, 2003b) estabelece a altura equivalente da câmara de ar como
sendo a metade da altura da cumeeira; conforme explicado no Capítulo 9,
considerou-se uma altura média devido à heterogeneidade da cobertura.
203
Figura E.6 – Equivalente de cálculo para a cobertura da edificação.
Por se tratar de uma câmara de ar não ventilada, o cálculo da resistência
térmica para o inverno é o mesmo para o verão, e está apresentado na Equação
E.26 a seguir.
Os valores de Rse e Rsi correspondem ao fluxo descendente: 0,04 e 0,17
m².K/W, respectivamente; o valor da resistência do ar Rar é de 0,21 m².K/W (fluxo
descendente em superfície de alta emissividade e espessura da câmara superior a 5
cm), e as propriedades térmicas dos materiais estão dispostas na Tabela E.3 a
seguir.
Tabela E.3 – Propriedades térmicas dos materiais da cobertura (valores médios arbitrados
para ρ)
Telha cerâmica Madeira nobre
Lã de rocha EPS
ρ (kg/m³) 1500 900 110 25 λ (W/m².K) 0,900 0,290 0,045 0,040 c (kJ/kg.K) 0,92 1,34 0,75 1,42
Fonte: adaptado de ABNT (2003).
204
WKmRR
eeeR
eR
tt
EPS
EPS
rochadelã
rochadelá
madeira
madeiraar
telha
telhat
/².54,104,0040,0
02,0
045,0
01,0
29,0
11,021,0
9,0
02,017,0
04,017,0
=∴++++++=
++++++=−−
−−
λλλλ
Equação E.26 – Resistência térmica da cobertura.
As Equações E.27, E.28 e E.29 apresentam os cálculos da transmitância,
capacidade térmica e fator solar, respectivamente, considerando absortância da
telha como 0,08.
KmWUR
UT
²./65,0|54,1
11=∴==
Equação E.27 – Transmitância térmica da cobertura.
KmkJC
C
cececececeC
Tb
Tb
EPSrochadelãarmadeiratelhaTb
²./80,161
2542,102,011075,001,0090034,111,0150092,002,0
)..()..()..()..()..( __
=∴
××+××++××+××=
++++= ρρρρρ
Equação E.28 – Capacidade térmica da cobertura.
%08,204,080,065,0100...100 =×××== siRUFS α
Equação E.29 – Fator solar da cobertura.
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