Bioclimatismo na arquitetura

Bioclimatismo na arquitetura

(Parte 3 de 8)

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PROARQ e DTC – FAU - UFRJ 15 prematura e o risco de contaminação aumenta9. Embora possa aumentar segundo a atividade exercida, admite-se como taxa de renovação mínima de ar novo para obtermos a qualidade do ar interno, um valor em torno de 30m³/h por pessoa. No anexo T7, o quadro 4 traz um cálculo estimado de vazão de ar segundo o tipo de esquadria, da posição da abertura e do entorno construído e alguns valores de renovação desejáveis.

Voltando ao conforto higrotérmico: em climas quente-úmidos, onde o corpo perde pouco calor por radiação e por condução (porque as temperaturas ambientes estão elevadas) e se refresca pouco através da transpiração, devido à alta umidade relativa do ar, as correntes de ar controladas podem agir de forma bastante positiva para obtermos um conforto higrotérmico no verão.

Como funciona? Através de um meio fluido - o ar - em movimento ele promove "trocas térmicas por condução" de diversas zonas gasosas do ambiente e entre o ar que nos circunda e a pele de nosso corpo e dos elementos sólidos em contato - paredes, tetos, pisos, móveis, etc. - criando um processo de equilíbrio térmico.

Essas trocas ocorrem naturalmente sempre que há uma diferença de temperatura entre um sólido e um gás, ou uma diferença de pressão entre dois pontos gasosos distintos.

Na Natureza, os principais responsáveis pelas trocas por convecção são os ventos. Embora um estudo mais aprofundado dos ventos e de seu manuseio seja complexo, podemos adiantar algumas ponderações úteis para o projeto:

1- À medida que o ar se aquece, ele fica mais leve (ou menos denso) e sobe, cedendo espaço para outra massa de ar mais frio (e mais denso). O ar quente que sobe cria uma área que chamamos de depressão (sucção) e o ar frio que desce gera uma força de pressão sobre a terra (Fig. T12).

Fig. T12

No interior das construções o mesmo fenômeno acontece: o ar aquecido tende a se estratificar, ou seja, a subir rumo ao forro (ou a um eventual andar de cima) e, uma vez sem ter para onde se deslocar, cria uma camada quente estacionária, que irá aquecer o teto, provocando trocas por radiação complementares (Fig. T13).

Fig. T13

9 Diversos parâmetros agem sobre a qualidade do ar e o homem é extremamente sensível às menores variações de sua composição. Por exemplo a proporção de CO2 no ar fresco é em torno de 0,03% em volume. Logo que esta proporção atinge 0,15%, o ar já é considerado viciado, a partir de 0,4%, acontecem as dores de cabeça e os problemas de concentração.

pressão depressão -+

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2- O vento possui movimento preponderantemente horizontal (Fig. T14) com duas características essenciais: turbulência e velocidade: a turbulência se caracteriza por um movimento desordenado do vento em várias direções, provocado pela rugosidade em grande escala (prédios), é maior perto do solo e diminui com a altitude; a velocidade do vento aumenta à medida que a altitude (altura) aumenta até tornar-se estável (z ± 400m).

Fig. T14 - Em vista e em planta o deslocamento esquemático do ar.

Para o projeto isto significa algumas interferências diretas:

- Em zona muito urbanizada (com muitos obstáculos), nós não contamos em geral com a intensidade do vento que nos é oferecida pela estação meteorológica e sim com um valor menor e eventualmente até em direção contrária, como mostra a figura T14;

- Com as maiores diferenças de velocidade e direção se dando até 100m do solo, a criação de edifícios de grande altura merece um estudo mais aprofundado dos ventos locais, do entorno construído e a construir (Fig. T15). A turbulência piora com a altura pelo aumento do movimento aleatório provocado pelo encontro com a subida do ar por convecção (pela diferença de temperatura entre a área da empena junto ao térreo e ao teto); uma solução seria a adoção do uso de pilotis, que direcionam o fluxo a nível do solo, afastando a zona de turbulência da fachada posterior do edifício.

Fig. T15

- Quando da implantação de diversas unidades residenciais independentes, é importante evitar o efeito de barreira à ventilação (causado pela obstrução frontal ao vento da fachada mais ampla das construções da primeira fila). De uma maneira genérica, quanto mais alta a edificação, mais afastada será a zona de turbulência da fachada oposta à direção dos ventos dominantes; esta situação pode ser atenuada pela alternância das posições, o que vai aumentar as zonas de pressão (que irão "succionar" as turbulências). Um esboço desta solução e algumas proporções podem ser observados na figura T16 a seguir:

Linha de separação

Zona de turbulência

Ponto de atração

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Fig. T16 - (Fonte: Hertz)

- De uma forma geral o ar externo passa pelas construções seguindo a direção dos ventos ou por uma diferença de temperatura gerando zonas de pressão e de depressão (Fig. T16) e passará por seu interior entrando pelas zonas de pressão (+) e saindo pelas de depressão (-). Assim é fundamental que nos asseguremos de que exista efetivamente uma superfície de entrada e outra de saída para este ar em cada ambiente (permeabilidade da construção), a fim de garantir que a renovação de ar ocorra satisfatoriamente.

3- Horário da ventilação. Considerando que quando promovemos a entrada e saída do vento no nosso projeto, facilitamos o equilíbrio das temperaturas externa e interna, um cuidado a se tomar é quanto ao horário de troca. A ventilação cruzada, estratégia mais comum causadora das trocas por convecção, faz entrar em equilíbrio a temperatura interna do ar com a externa. Assim, em horas de temperatura externa superior à interna, deixa de ser interessante o uso sem controle da ventilação. Em contrapartida, uma boa opção de esquadria e posição de aberturas pode permitir ao usuário resfriar seu ambiente em caso de queda de temperatura por chuvas ou noite, sem que sua rotina seja alterada.( Anexo T8 )

4- De uma maneira geral, em climas quentes, o uso de forros ventilados é sempre uma boa estratégia a qualquer hora. Isto porque, como vemos no glossário, a intensidade do fluxo térmico se expressa por: q= hc ∆T (W/m2) onde hc (W/mºC ) é um coeficiente de trocas térmicas que varia segundo a posição da troca - horizontal ou vertical - e a sua velocidade de passagem. E ∆T é a diferença de temperatura das duas superfícies onde ocorre a troca por radiação, no nosso caso, a superfície interna do telhado e a superior do forro.

Fig. T17

Agora se observarmos a figura anterior, poderíamos afirmar que, ao menos durante o dia, a temperatura do telhado será sempre mais elevada que a temperatura externa (pois soma-se à temperatura externa em contato com o telhado a parcela oriunda da absorção solar). Assim, ventilando bastante o ático, promovemos trocas entre a superfície interna do telhado e o ar exterior que passa, diminuindo sua temperatura. A temperatura de superfície sendo mais baixa, ocorrerá menos troca por radiação entre a parte inferior do telhado e o forro; donde menor temperatura de forro e menos fluxo de calor atingindo o ambiente.

A = altura média das edificações da primeira linha

< 2 A

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É, aliás, o que torna tão atraente a telha de barro colonial sem verniz ou pintura:

Fig. T18 - Esquema de ventilação natural das telhas

Essas e várias outras estratégias são utilizadas para climatizar naturalmente ambientes, com e sem uso de umidificação. Em climas muito secos, como Brasília, o recurso de piscinas na direção do vento e próximas às casas, constitui um desses recursos. O vento ao soprar por sobre a superfície de água, se umidifica (em valores absolutos), o que faz refrescar o ar (ver anexo T1/Diagrama Bioclimático de Givoni) e assegura uma umidade relativa menos baixa e mais confortável.

5- Finalmente, o vento pode trazer sensação de frescor (por quê?), mas também de desconforto, à medida que se torna mais forte do que nossa necessidade de eliminação de suor. Embora varie em função da vestimenta, da atividade de condições metabólicas e da temperatura circundante, podemos admitir as seguintes velocidades do ar como as máximas confortáveis para evitar a sensação de arrepio, que é uma reação do organismo à perda de calor acima da desejada (Fig. T19):

Velocidade máxima tolerada (m/s) situação do usuário (atividade)

5 sentado ou em pé, imóvel. 10 estado de pouca mobilidade (conversando em pé, dando pequenos passos). 15 andando. 25 andando rápido ou correndo. >25 desconforto em qualquer atividade.

Fig. T19 - Fonte FERNANDEZ

O mais importante nesta fase de interação com os conceitos do bioclimatismo talvez seja que absorvamos a noção de que o aproveitamento da ventilação natural é uma estratégia muito importante para o conforto e a economia de energia em edifícios residenciais10. Somente a sua otimização deve ser pensada na fase de projeto e em função do entorno para uma correta adequação do sistema de aberturas e esquadrias em relação aos ventos disponíveis.

elevação

E que ao invés do pensamento tradicional de concepção do projeto "em planta" para posterior elevação, em bioclimatismo é necessário e útil que o projeto seja elaborado simultaneamente em

1.2.4. Muros e esquadrias

Os muros e as esquadrias são os "elementos" que administram a ventilação disponível no entorno construído.

10 E públicos, comerciais, industriais..., dependendo das opções de projeto de climatização feitas e do entorno climático.

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Fig. T20 - (Fonte Hertz)

A correta escolha de seu tipo e de sua posição no ambiente projetado é que determinará o melhor aproveitamento dos ventos incidentes e garantirão a permeabilidade da edificação. É muito importante que não se confunda aberturas destinadas à renovação de ar e destinadas à iluminação.

iluminação do ambiente

Os desenhos a seguir (Fig. T21) ilustram bem esta diferença. As aberturas para ventilação dos ambientes serão sempre no máximo de mesma superfície que aquelas projetadas para

empreendimentos multifamiliares

Em clima tropical úmido torna-se muito importante que se tenha o pleno aproveitamento das aberturas para a ventilação – mesmo em situação de chuvas – para garantir o melhor aproveitamento possível, já que a ventilação cruzada não é matéria fácil de se obter em

Fig. T21 - Tipos diferentes de esquadrias e muros.

No anexo T 7 encontram-se alguns valores de redução do vento disponível em função do entorno, do ângulo de aproximação escolhido para a fachada e o tipo de esquadria. São, como praticamente tudo o mais que diga respeito ao deslocamento livre do ar, fruto de estatística e observação, sendo seus valores mais importantes do ponto de vista relativo que absoluto. É necessário que a escolha das esquadrias obedeça a critérios de eficiência, para garantir a superfície de ventilação mesmo em caso de chuva, necessidade de obscuridade e proteção solar. Alguns tipos de esquadrias - como as janelas de correr - reduzem o espaço efetivo de ventilação, outras dirigem a distribuição do fluxo de ar no interior do ambiente e a localização e o dimensionamento dos vãos devem levar em conta estes fatores. O anexo T 8 traz alguns tipos de esquadrias e uma descrição de suas vantagens e desvantagens mais importantes para orientação no projeto.

1.3 Insolação e o projeto

Falamos da recepção do corpo humano às diversas formas de calor vindas do construção. Falamos também, dos meios de transmissão desse fluxo de calor pelo envoltório construído. Comentamos a maneira pela qual este envoltório interage com o meio ambiente, sobretudo com a calota celeste e o Sol.

Vimos no anexo T3 que o valor da radiação solar varia de acordo com a orientação. Ela também varia, de acordo com os dias do anos, pela maior ou menor proximidade e inclinação dos raios

Altura = h Distância à casa = 2m

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PROARQ e DTC – FAU - UFRJ 20 solares. Por isso, falaremos um pouco do que é insolação e o que queremos dela, do ponto de vista térmico, como arquitetos.

O Sol possui uma trajetória aparente que varia ao longo do dia, ao longo do ano. Entretanto, para cada latitude, essa trajetória teoricamente se repete a cada ano. Assim, para cada local, segundo a hora do dia, a estação do ano e a orientação escolhida, temos sempre uma única posição espacial e um único valor de radiação11.

Para efeitos de projeto, o que queremos saber é, a cada hora desejada, aonde está o Sol, para conhecermos a direção de seus raios e a potência desta radiação. Desta forma poderemos conhecer as fachadas mais expostas à radiação, para dimensioná-las e calcular a forma de suas proteções (beirais e brises). Para isso, o primeiro passo é a compreensão da posição solar.

Fig. T22

α- e o seu azimute - aSe, sobre um ponto do globo, marcarmos a direção dos pontos cardeais

A posição espacial do Sol pode ser reproduzida no projeto se soubermos qual a sua altura solar e fizermos uma projeção sobre o solo do Sol em determinado instante, chamamos de azimute ao ângulo plano que esta projeção fará com o Norte12. E sobre este novo eixo, de α, ao ângulo relativo à altura solar.

Estes pontos estão marcados em cartas solares disponíveis para as principais altitudes. Veja no anexo T2 alguns exemplos. Mas como lê-las? Bastante simples:

1 Na realidade, as condições de nebulosidade e poluição também influenciam, atenuando seu valor. 12 Consideramos que para as latitudes Sul do Equador o Sol está ao Norte. No hemisfério Norte a situação se inverte (literalmente questão de ponto de vista), e o Sol passa a se posicionar a Sul. Para os seus habitantes, o azimute é então calculado em relação ao Sul. Como consideramos para efeito de projeto a Terra cilíndrica e repartida ao meio no Equador, isto não faz nenhuma diferença.

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Fig. T23

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Vemos na figura T23 acima uma grande círculo, representando uma projeção do horizonte visto de cima. Nele, estão marcados os pontos cardeais e as trajetórias solares, sob forma de linhas que vão do Leste ao Oeste. linhas que se encontram em posição quase paralela, e que têm à sua direita e esquerda o número do dia ao qual se referem. Cortando-as, existe outro grupo de linhas que identificam os pontos de passagem do Sol em determinadas horas13 do dia. Finalmente, na parte inferior do eixo Norte-Sul, encontram-se marcações com valores da altura solar, de 0° representado pelo círculo externo do horizonte, até 90°, no zênite (representado nas carta solares pelo ponto de interseção dos 2 eixos).

Assim, para conhecermos um ponto na trajetória solar, traçamos um segmento de reta até o círculo externo. O valor do ângulo formado pela reta com o Norte nos dará o valor do azimute solar neste instante. A altura solar correspondente se consegue com ajuda de um transferidor solar (Anexo 2).

Fig. T24 – transferidor auxiliar para o desenho em corte da insolação

E como aplicá-la para construção das proteções? Em princípio, para conhecer o efeito dos raios solares em uma determinada hora e dia sobre as plantas baixas, usamos seu valor do azimute, e para conhecer a projeção vertical do ângulo espacial, traçamos o valor da altura solar sobre os cortes.

13 Horas solares, e não horas legais. Ver glossário. Entre outros cuidado, é necessário descontar os horários de verão, quando estivermos trabalhando com este valores.

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