Aula 5 - Conforto Ambiental - PDF

CONFORTO AMBIENTAL AULA 5 Zonas Bioclimáticas Estratégias Bioclimáticas Professora: MSc. Fabiana Mendes Introdução a Carta Solar ...

CONFORTO AMBIENTAL AULA 5 Zonas Bioclimáticas Estratégias Bioclimáticas Professora: MSc. Fabiana Mendes Introdução a Carta Solar  Remember Variáveis do clima:  Radiação solar;  Temperatura (do ar e radiante);  Umidade;  Vento. O projeto de arquitetura deve atender simultaneamente à eficiência energética e às condições de conforto do usuário. A utilização das estratégias passivas de aquecimento e de resfriamento no projeto proporciona a redução do tempo de utilização de sistemas artificiais para atingir o conforto térmico, consequentemente reduz o consumo de energia nas edificações. Por isso, para a eficaz aplicação das estratégias bioclimáticas em projeto é necessário a correta análise bioclimática do local, a partir dos dados climáticos disponíveis.  Remember A Carta Psicrométrica é super importante ao falarmos sobre controle e tratamento do ar. Serve para demonstrar as propriedades das diversas misturas entre ar e vapor d’agua, ou seja, serve para que possamos saber o que irá ocorrer com a temperatura e a umidade do ar no ambiente controlado.  Remember A umidade absoluta do ar é a quantidade total de vapor de água presente na atmosfera (máx. 4%). A umidade relativa do ar é a quantidade de vapor de água existente no ar até a quantidade máxima possível de presença de água no ar antes que ela se precipite, forme gotículas (máx. 100%) O modelo gráfico criado por Mollier trabalha com as seguintes variáveis: Temperatura de bulbo seco: É a temperatura medida em um termômetro comum, estando exposto ao ar atmosférico - o C. Temperatura de bulbo úmido: É a temperatura medida em um termômetro que possui seu bulbo coberto por um algodão molhado, ou seja, indica a quantidade de umidade no ar - o C. Ponto de orvalho: É a temperatura correspondente ao ponto de inicio da condensação do vapor de agua presente no ar úmido - o C. Umidade relativa: É a relação entre a quantidade de umidade contida no ar e a máxima quantidade que este mesmo ar pode conter em uma determinada temperatura - %. Umidade específica (ou absoluta): É a proporção da massa de vapor de água por unidade de massa de ar seco - %.  Remember Temperatura do ar Umidade absoluta %  Remember LEITURA E INTERPRETAÇÃO DA CARTA 1 – Preciso ter 2 variáveis conhecidas (pontos iniciais) e o seu encontro é o ponto de estado.  Remember DIAGRAMA DE GIVONI - UMA CARTA BIOCLIMÁTICA QUE SE BASEIA NAS TEMPERATURAS INTERNAS DO EDIFÍCIO. Cartas bioclimáticas possibilitam, por meio do clima externo plotado sobre a carta, chegar a estratégias arquitetônicas adequadas para cada região ARQUITETURA ADAPTADA AO CLIMA  Conforto Térmico Estratégias de condicionamento térmico para cada Zona Bioclimática  Conforto Térmico Para condições climáticas que resultem em pontos delimitados por esta região existe uma grande probabilidade das pessoas perceberem a sensação de conforto térmico. Desta forma, pode-se verificar que a sensação de conforto térmico pode ser obtida para umidade relativa variando de 20% a 80% (linha curva) e temperatura entre 18oC e 29oC (linha vertical).  Conforto Térmico A estratégia de resfriamento natural do ambiente construído através da substituição do ar interno (mais quente) pelo externo (mais frio). As soluções arquitetônicas comumente utilizadas são ventilação cruzada, ventilação da cobertura e ventilação do piso sob a edificação.  Conforto Térmico Estratégia utilizada para aumentar a umidade relativa do ar e diminuir a sua temperatura. Como forma direta, pode-se fazer uso de vegetação e/ou fontes d’água. Uma forma indireta pode ser obtida através de tanques d’água sombreados executados sobre a laje de cobertura.  Conforto Térmico Utiliza componentes construtivos com inércia térmica (capacidade térmica) alta. Esses elementos construtivos são indicados para climas quente e seco onde a temperatura atinge valores muito altos durante o dia e extremamente baixos durante a noite. Nestes casos, a capacidade térmica do componente permite o atraso de calor fazendo com que este calor incida no ambiente interno apenas no período da noite, quando existe a necessidade de aquecimento.  Conforto Térmico O resfriamento artificial (condicionamento de ar) deve ser utilizado quando as estratégias de ventilação, resfriamento evaporativo e massa térmica não proporcionam as condições desejadas de conforto.  Conforto Térmico A estratégia de umidificação é recomendada quando a temperatura do ar apresenta-se menor que 27oC e a umidade relativa abaixo de 20%. Aberturas herméticas podem manter esta umidade, além do vapor d’água gerado por atividades domésticas ou produzido por plantas  Conforto Térmico Uma orientação seria adotar componentes construtivos com maior inércia térmica, além de aquecimento solar passivo e isolamento térmico, para evitar perdas de calor, pois esta zona situa-se entre temperaturas de 14oC a 20oC.  Conforto Térmico O aquecimento solar passivo deve ser adotado para os casos com baixa temperatura do ar. Recomenda-se que a edificação tenha superfícies envidraçadas orientadas para o sol e aberturas reduzidas nas fachadas que não recebem insolação para evitar perdas de calor. Esta estratégia pode ser conseguida através de aberturas zenitais e de isolamento na cobertura para reduzir perdas térmicas.  Conforto Térmico Este tipo de estratégia deve ser utilizado apenas em locais extremamente frios, com temperatura inferior a aproximadamente 10,5oC, em que a estratégia de aquecimento solar passivo não seja suficiente para produzir sensação de conforto. Deve-se usar isolamento nas paredes e coberturas dos ambientes aquecidos para evitar perdas de calor para o ambiente externo.  Conforto Térmico DENTRO DOS LIMITES DE TEMPERATURA E UMIDADE ESTABELECIDOS PARA ESTA ZONA, A MAIOR PARTE DAS PESSOAS PROVAVELMENTE SENTIRÁ CONFORTO TÉRMICO.  Projeto Um bom planejamento de projeto considera o desempenho térmico e como o clima afeta a saúde e o desempenho da construção. É importante que os ambientes recebam luz, calor e ventilação naturais adequados para que sejam locais de vivência agradáveis e saudáveis. De acordo com a NBR 15220-3, o território brasileiro é dividido em 8 zonas relativamente homogêneas, porém com grande variedade climática. Nesse sentido, cada região possui suas próprias diretrizes construtivas e estratégias para assegurar a qualidade e o conforto térmico de um edifício. CONSIDERAÇÃO GERAL EM RELAÇÃO AO SOL: O norte recebe grande parte do sol diário, ao leste recebe o sol da manhã, à oeste recebe o sol do fim de tarde e ao sul é a posição que menos recebe sol ao longo do dia.  Conforto Térmico Zonas Bioclimáticas Brasileiras O território brasileiro possui um mapa climático dividido em 8 zonas bioclimáticas. Essas áreas estão relacionadas às características climáticas de diferentes regiões do território Conforto Térmico  Zonas Bioclimáticas – Estratégias Zona Bioclimática 1: As diretrizes construtivas para essa região são o uso de aberturas para ventilação com dimensões médias. O sombreamento das aberturas deve ser planejado para permitir sol durante o período frio. Os materiais para vedação externa devem ser leves para as paredes e leves e isolados para a cobertura (isolamento térmico é usado no teto). A estratégia bioclimática é usar aquecimento solar da edificação no inverno, e paredes internas robustas para aumentar a inércia térmica. Porém a norma alerta que, no período mais frio do ano, apenas o condicionamento passivo não é suficiente.  Zonas Bioclimáticas – Estratégias Zona Bioclimática 2: As diretrizes construtivas para essa região são muito semelhantes à primeira (aberturas com dimensões médias, sombreamento que permita entrada do sol no frio, teto com isolamento térmico). Com o acréscimo da ventilação cruzada para o verão. Além disso, a NBR 15220 também alerta que o condicionamento passivo será insuficiente durante o período mais frio do ano nessa zona bioclimática.  Zonas Bioclimáticas – Estratégias Zona Bioclimática 3: As diretrizes construtivas para essa região são muito semelhantes a zona bioclimática 2, porém, além da ventilação cruzada para o verão, é recomendado o uso de paredes externas leves e refletoras.  Zonas Bioclimáticas – Estratégias Zona Bioclimática 4: As diretrizes construtivas para essa região são o uso de aberturas possuam dimensões médias e sombreadas. As paredes devem ser pesadas e a cobertura com isolamento térmico. Durante o verão é recomendado o resfriamento evaporativo (condicionamento térmico passivo), processo de evaporação da água que retira calor do ambiente ou do material sobre o qual a evaporação acontece. Para o inverno a estratégia é o uso do aquecimento solar da edificação e vedações internas pesadas para maior inércia térmica.  Zonas Bioclimáticas – Estratégias Zona Bioclimática 5: As diretrizes construtivas para essa região são o uso de aberturas possuam dimensões médias e sombreadas. As paredes devem ser leves e refletoras, com cobertura leve e isolamento térmico. A estratégia bioclimática é o uso de ventilação cruzada no verão e vedações internas pesadas no inverno para que tenham maior inércia térmica.  Zonas Bioclimáticas – Estratégias Zona Bioclimática 6: As diretrizes construtivas para essa região são o uso de janelas médias e com sombreamento durante o ano. O uso de paredes pesadas e coberturas leves e com isolamento. Para o inverno, a estratégia é o uso de vedações internas pesadas que garantem maior inércia térmica. Para o verão a estratégia é o uso do resfriamento evaporativo, além da ventilação seletiva, principalmente nos períodos quentes em que a temperatura interna seja superior à externa.  Zonas Bioclimáticas – Estratégias Zona Bioclimática 7: As diretrizes construtivas para essa região são o uso de janelas pequenas e com sombreamento o ano inteiro. As vedações externas, tanto à parede quanto à cobertura, devem ser pesadas. Para a estratégia de condicionamento térmico é recomendado o resfriamento evaporativo e também a ventilação seletiva.  Zonas Bioclimáticas – Estratégias Zona Bioclimática 8: As diretrizes construtivas para essa região são o uso de janelas grandes e e com sombreamento o ano inteiro. Já as vedações externas devem ser leves e refletoras, tanto à parede quanto à cobertura. A estratégia para o verão é de ventilação cruzada permanente. A NBR 15220 alerta que o condicionamento passivo será insuficiente durante as horas mais quentes.  Zonas Bioclimáticas – Estratégias VENTILAÇÃO NA ARQUITETURA – método de renovar o ar dentro de um edifício por entrada e/ou saída do ar (extração ou injeção de ar). 1 - VENTILAÇÃO NATURAL: o método mais comum de permitir que ar fresco ou ar livre substitua o ar interno de uma casa. Este tipo de ventilação não fornece controle de umidade adequado. 2 - VENTILAÇÃO FORÇADA: é aquela que é feita pela criação artificial de dutos de distribuição de ar ou áreas do edifício. Estes podem ser criados por exaustores, ventiladores, ar condicionado ou outros elementos acionados mecanicamente. A ventilação mecânica fornece o fluxo de ar necessário a uma taxa constante. 3 - VENTILAÇÃO SELETIVA: É uma estratégia de projeto bioclimático de edifícios, quando o teor de umidade do ar é baixo e para aplicar estratégias como ventilação cruzada o prédio teria desconforto higrotérmico causado pela sensação de ressecamento, com o consequente desconforto. Estratégia: durante o dia a ventilação das instalações deverá ser mínima e deverá ser sombreada, reduzindo ao máximo a incidência de radiação solar direta. Estratégias Projetuais Pequena (10% a 15% da área de piso) Média (15% a 25% da área de piso) Grande (40% ou mais da área de piso).  Estratégias Projetuais AQUECIMENTO SOLAR PASSIVO – uso de radiação solar direta para aquecer edifícios, podendo ser direto e indireto.  Aquecimento solar direto: a radiação solar no inverno entra no ambiente diretamente através da abertura ou da superfície do vidro, obtendo assim uma resposta térmica imediata.  Aquecimento solar indireto: durante a noite, com a queda da temperatura externa, para evitar a perda de calor, podem ser usadas janelas com maior resistência ao calor e vidros duplos, cortinas e materiais de isolamento externo são adicionados às janelas. Conceitos importantes: 1 – Inércia Térmica (KJ/m². K) 2 – Transmitância térmica (W/m².K) 3 – Atraso Térmico (horas)  Estratégias Projetuais 1 – Inércia Térmica (KJ/m². K): também chamado de capacidade térmica, é uma propriedade que nos mostra o quanto de calor o elemento/sistema construtivo armazena do ar interno. O componentes de alta inércia térmica funcionam como uma espécie de bateria térmica: durante o verão absorvem o calor, mantendo a edificação confortável; no inverno, se bem orientado, pode armazenar o calor para liberá-lo à noite, ajudando a edificação a permanecer aquecida. Quanto maior a inércia térmica, maior a capacidade de equilibrar a temperatura ambiente. Por exemplo, paredes de alvenaria convencional ou concreto mais espessas, que são elementos mais densos, tendem a ter maior inércia térmica. As paredes têm a função de garantir a inércia térmica, ou seja, a quantidade de calor que é passado do exterior para o interior. Enquanto isso, os telhados são referentes ao isolamento térmico.  Estratégias Projetuais A inércia térmica total da edificação depende das características do envelope (do tipo de piso, parede e cobertura) que devem ser compostos por materiais geralmente densos, de elevada capacidade térmica. Estratégias Projetuais Estratégias Projetuais  Estratégias Projetuais 2 – Transmitância térmica (W/m².K): em resumo, serve para entender qual material ou qual componente é mais isolante do que o outro, ou tem um desempenho térmico melhor do que o outro. A transmitância (valor U) de um componente construtivo é o quanto ele conduz de calor de uma face da parede até a outra. Se o nível de transmitância térmica for baixo, significa que ele transmite menos calor e se a transmitância térmica for alta, ele transmite mais calor. Ou seja, materiais isolantes precisam ter um nível de transmitância (valor U) baixo, isso significará que ele é melhor isolante. A ordem de grandeza desses números mostra que a transmitância do concreto maciço é a mais alta de todas, sendo a menos isolante de todas, do ponto de vista térmico.  Estratégias Projetuais Índice de absortância (α): mostra quanto a sua parede externa vai absorver de calor. Então uma parede de 60% de absortância vai absorver 60% dessa radiação.  Estratégias Projetuais 3 – Atraso térmico (horas): tempo que o material demora para variar na questão térmica, ou seja, tempo que leva entre a temperatura máxima e a temperatura mínima registradas. Soluções com um atraso térmico mais elevado contribuem para a melhoria do comportamento térmico dos edifícios, pois retardam a perda ou ganho de calor através da envolvente. Mais espessura, maior atraso térmico. O aumento de isolamento térmico origina a diminuição do coeficiente de transmissão térmica e o aumento do atraso térmico. Parede de tijolos maciços rebocados em Parede com blocos de concreto Parede de tijolos cerâmicos de seis ambas as faces: colados, sem reboco: furos rebocados em ambas as faces: 3,3 horas 1,8 horas 3,6 horas  Estratégias Bioclimáticas Mapa climático do Brasil  Estratégias Bioclimáticas Os tópicos a serem destacados no processo de projeto para obter o máximo desempenho da edificação são os seguintes: 1 - Implantação da edificação 2 - Zoneamento de usos 3 - Localização e tamanho das aberturas 4 - Especificação do envelope  Estratégias Bioclimáticas 1 - Implantação da edificação: O quadrante norte é o mais adequado, tanto no inverno, quanto no verão. A melhor implantação é aquela que apresenta maior face entre as orientações NNO (no-noroeste) e NNE (no-nordeste).  Estratégias Bioclimáticas Otimização da fachada norte em relação à fachada sul Para NNO já se recomenda um estudo quanto à necessidade de sombreamento das aberturas e a utilização de cores mais claras, pois no verão toda a fachada estará exposta durante a tarde. Obviamente, quando se projeta maior face para o quadrante É bem mais fácil isolar a norte, também se cria a correspondente para o quadrante cobertura do que as paredes. sul. Portanto, apesar de ampliar a área de cobertura voltada par o Porém, há algumas alternativas de ampliar a área no sul, esta configuração construtiva quadrante norte sem ampliar a área de fachada no traz vantagens ao bom desempenho do projeto. quadrante sul.  Estratégias Bioclimáticas 2 - Zoneamento de usos: Ambientes de permanência prolongada – dormitórios, escritório, salas em geral e sala, priorizando os primeiros. Ambientes de permanência transitória – circulações, banheiros, dispensas e áreas de serviço.  Estratégias Bioclimáticas 3 - Localização e tamanho das aberturas: As principais estratégias das zonas bioclimáticas estão vinculadas às aberturas: aquecimento solar passivo e ventilação cruzada.  Estratégias Bioclimáticas As maiores aberturas se voltam para a orientação norte e que na fachada sul apenas pequenas aberturas para permitir iluminação e ventilação cruzada.  Estratégias Bioclimáticas Sombreamento para o quadrante norte As proteções solares da fachada norte são muito fáceis projetar para sombrear no verão e permitir o ingresso do Sol no inverno. Um simples beiral corretamente projetado é suficiente para sombrear totalmente de outubro à fevereiro e permitir a ingresso total de sol de abril a agosto.  Estratégias Bioclimáticas 4 - Especificação do envelope: O envelope da edificação consiste no conjunto de componentes que separam os ambientes interno e externo.  Cobertura, piosos e paredes – propriedades dos materiais (transmitância, inércia térmica e atraso térmico).  Resumindo... Algumas soluções técnicas para diminuir o calor nas edificações: Telhado Verde: a camada de vegetação atua como isolante térmico, reduzindo a temperatura interna do espaço e aumentando a umidade do ar. Orientação Solar: a escolha da orientação deve levar em conta a incidência de raios solares durante o dia, evitando a exposição direta à luz solar nos horários mais quentes. Ventilação Cruzada: a ventilação cruzada é um método eficaz para reduzir a temperatura interna das edificações a partir da criação de aberturas em pontos estratégicos, permitindo que o ar circule naturalmente, sem a necessidade de equipamentos de refrigeração. Sombreamento: a utilização de sombreamento é uma solução simples e eficiente para manter o conforto térmico nas edificações. Pode ser realizado através de persianas, cortinas, brises ou até mesmo árvores e arbustos. Uso de vidros específicos: o vidro é um material importante para o conforto térmico nas edificações. O uso de vidros específicos, como o vidro com proteção solar, pode reduzir a entrada de calor no ambiente, mantendo a temperatura interna agradável.  Resumindo... + Ventilação  Ventilação Como aproveitar a ventilação natural no projeto?  Ventilação Como aproveitar a ventilação natural no projeto?  Ventilação Como aproveitar a ventilação natural no projeto? http://www.mme.gov.br/projeteee/ ATIVIDADE FORMATIVA