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Arquitetura bioclimática e suas estratégias para conforto ambiental e eficiência energética:
estudo de caso, Casa Polidoro
Julho/2019
ISSN 2179-5568 – Revista Especialize On-line IPOG - Goiânia - Ano 10, Edição nº 17 Vol. 01 Julho/2019
Arquitetura bioclimática e suas estratégias para conforto ambiental e
eficiência energética: estudo de caso, Casa Polidoro
Egle Custódio Borges – [email protected]
Gerenciamento de Obras II
Instituto de Pós-Graduação - IPOG
Uberlândia, MG, 26 de Junho de 2018
Resumo
O consumo mundial de energia vem crescendo gradativamente, segundo a EPE (Empresa de
Pesquisa Energética), de 2004 a 2016 houve um aumento de 39,77% no consumo de energia,
apenas no Brasil. Com isso percebe-se a necessidade de alternativas para a diminuição desse
consumo, principalmente em edificações residenciais, visto que lidera, em segundo lugar, o
uso de maior demanda. A partir deste cenário, o uso da arquitetura bioclimática nos projetos
de edificações é recomendado e cada vez mais utilizado, tornando-se um ótimo recurso para
geração de conforto e eficiência energética. O presente artigo visou, primeiramente, descobrir
as estratégias bioclimáticas sugeridas para a cidade de Uberlândia, a partir das características
climáticas da região. Através de pesquisa na norma NBR 15220 e do uso do software
Analysis Bio, verificou-se as estratégias de ventilação, aquecimento solar passivo, alta inércia
térmica, resfriamento evaporativo e aquecimento artificial sugeridas para a cidade.
Posteriormente foi realizado um estudo de caso em Uberlândia - MG, em uma edificação
residencial conhecida por Casa Polidoro, onde foram analisadas as estratégias utilizadas em
uma reforma recém realizada e pudemos observar o bom uso das estratégias bioclimáticas e
seu retorno positivo, não só para os usuários, mas para a cidade como um todo.
Palavras-chave: Conforto Ambiental. Arquitetura Bioclimática. Eficiência Energética. Casa
Polidoro.
1. Introdução
Em 2014, aproximadamente 77,20% da produção global de eletricidade foi obtida através de
fontes não renováveis, com apenas 0,9% de aproveitamento da energia solar (figura 1).
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Figura 1 - Produção mundial de eletricidade em 2014
Fonte: Elaboração EPE, com base nos dados publicados em REN 21 (2015)
As fontes renováveis de energia são mais limpas, altamente recomendadas por utilizarem
recursos inesgotáveis, como a radiação solar, biomassa, energia hidráulica, ventos, entre
outros. Porém, percebemos o baixo investimento nestas fontes, principalmente no caso da
eólica e da solar. Segundo Edwards (2005:53), estima-se que em 2050 o mundo utilizará o
dobro de energia e que grande parte dela será proveniente de combustíveis fósseis.
No Brasil esta situação não é diferente, segundo a EPE (Empresa de Energia Elétrica), o uso
industrial lidera a demanda de energia elétrica no país, seguido pelos usos residencial,
comercial (destaque para os ramos de metalurgia, fabricação de produtos de borracha, plástico
e automotivo) e finalizando pelos pequenos estabelecimentos.
Infelizmente, são diversas as consequências para o alto uso de combustíveis fósseis,
principalmente os efeitos ocasionados pelo efeito estufa, como as mudanças climáticas,
elevação do nível do mar, alteração do ecossistema e as chuvas ácidas. Através deste cenário,
surge a necessidade de mudança, de práticas sustentáveis com menor emissão de poluentes,
materiais sustentáveis e novas tecnologias, como é o caso do ramo da construção civil e
arquitetura, visto que passamos ao menos 80% de nossas vidas no interior de edificações,
segundo Edwards (2005:113). A busca por investimento em soluções ecologicamente corretas
está tornando as edificações mais visadas e reconhecidas, além de proporcionar um ambiente
mais prazeroso de se estar.
A utilização da arquitetura bioclimática vem sendo aplicada como solução para minimizar
estes impactos, atuando como partido de projeto, principalmente pelo conceito de harmonia
entre edificação, material e clima local, diminuindo o consumo de energia e proporcionando
ambientes agradáveis e sadios.
‘‘As exigências em relação ao conforto ambiental por parte da população são
crescentes. Porém, as soluções de condicionamento artificial, além de serem
utilizadas de forma arbitrária, são altamente consumidoras de energia e por isso
devem ser repensadas. A arquitetura bioclimática se apresenta como uma das
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soluções, pois estuda as características climáticas do local e seus efeitos sobre a
edificação para que as soluções e critérios de projeto gerados sejam mais eficientes
tanto do ponto de vista do conforto térmico quanto do uso de energia.’’ (ROCCA,
2011:35).
No intuito da arquitetura bioclimática como solução:
“O objetivo do projeto de Arquitetura Bioclimática é prover um ambiente construído
com conforto físico, sadio e agradável, adaptando ao clima local, que minimize o
consumo de energia convencional e precise da instalação da menor potência elétrica
possível, o que também leva à mínima produção de energia.’’ (CORBELLA E
YANNAS, 2003:39).
Igualmente vemos em:
‘‘A arquitetura bioclimática busca maior integração, adaptando-se ao seu ambiente
físico, sócio econômico e cultural, através do uso de materiais locais, técnicas e
formas tradicionais, reduzindo o impacto ambiental e o consumo energético em todo
o seu processo de construção.’’ (SERRADOR, 2008:57).
Considerando a utilização da arquitetura bioclimática como premissa do projeto arquitetônico,
Gonçalves e Duarte (2006) afirmam que o projeto deve contemplar o estudo de oito tópicos,
que vão de análise da orientação solar ao detalhamento de esquadrias, ainda diz que:
‘‘Todos esses aspectos do projeto vistos em conjunto exercem um impacto no
desempenho térmico do edifício, por terem um papel determinante no uso das
estratégias de ventilação natural, reflexão da radiação solar direta, sombreamento,
resfriamento evaporativo, isolamento térmico, inércia térmica e aquecimento
passivo. O uso apropriado de uma dessas estratégias, ou de um conjunto delas, por
sua vez, vai ser determinado pelas condições climáticas, exigências do uso e
ocupação, e parâmetros de desempenho’’. (GONÇALVES E DUARTE, 2006).
Os pontos de vista sobre a arquitetura bioclimática pelos autores acima descritos, nos alertam
para a existência de estratégias que possibilitam a adequação das edificações frente ao clima e
características locais, como também evidenciam a importância dos profissionais da área da
construção, principalmente os arquitetos, sendo cada vez mais responsáveis em promover a
consciência ambiental em seus clientes, optando assim por soluções de menor impacto
ambiental e maior vida útil.
2.Objetivo
O objetivo do presente trabalho constitui em identificar as estratégias bioclimáticas sugeridas
para a cidade de Uberlândia, a partir de dados climáticos locais, e demonstrar a aplicabilidade
dessas estratégias em um estudo de caso realizado em edificação residencial, denominada por
Casa Polidoro, localizada na cidade de Uberlândia, Minas Gerais.
3. Justificativa
Diante da atualidade, percebemos, dentre todas as edificações, o uso residencial como um dos
usos principais em demanda energética, e que tende a crescer cada vez mais, considerando o
déficit habitacional em 2013 estimado em 5,846 milhões de domicílios segundo a Fundação
João Pinheiro (FJP) e o Centro de Estatística e Informações (CEI). Mediante estes dados e
considerando os diversos aparelhos que compõem o consumo médio mensal, visamos destacar
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as soluções, pretendendo minimizar a alta taxa de gasto energético nesse setor, como também
proporcionar um ambiente mais integrado com o ambiente, utilizando seus recursos da melhor
maneira, promovendo maior conforto aos usuários.
4. Método Empregado
O desenvolvimento do artigo se deu inicialmente através de pesquisas bibliográficas, livros,
dissertações e publicações em sites sobre os temas arquitetura bioclimática, estratégias
passivas bioclimáticas e eficiência energética em edificações. A partir dos dados obtidos foi
realizada pesquisa na norma de desempenho térmico de edificações NBR 15220 e utilizado o
software Analysis Bio para definição das estratégias para edificações na cidade de
Uberlândia.
Após descoberta das estratégias, foi realizado estudo de caso de uma edificação recém
reformada, a qual adotou estratégias para conforto ambiental e soluções sustentáveis, onde foi
possível observar em prática e analisar as diversas alternativas de integração entre edificação
e ambiente.
A coleta de dados da Casa Polidoro ocorreu entre o período de 22/02/2018 à 26/02/2018. Foi
necessário primeiramente uma reunião com a arquiteta responsável, a qual nos informou
todos os detalhes do projeto e reforma, assim como o histórico da edificação, posteriormente
foi realizada visita no local, onde pudemos obter mais informações, visualizando as
melhorias, catalogando fotografias e entrevistando os moradores.
5. Zonas Bioclimáticas
Conforme a norma de desempenho térmico de edificações NBR 15220, o Brasil foi dividido
em 8 zonas bioclimáticas a partir de climas similares (figura 2). Com esta divisão, Olygay
(1968) formulou uma carta bioclimática, posteriormente adaptada por Givoni, a qual utiliza
dados climáticos para criação de normais climatológicas para os meses do ano.
A carta bioclimática adaptada é composta por diversos campos, variando de A a L, e cada um
possui uma estratégia específica para adequação das edificações frente ao clima em que estão
inseridas, com exceção do campo E, não necessitando de nenhuma adequação, sendo
considerado como zona de conforto térmico. A partir da figura 3, observamos as cidades
pertencentes à zona 3, em específico a cidade de Florianópolis (SC), onde podemos constatar
as variantes anuais, com suas normais climatológicas inseridas nos campos B, C, F, E, I e J,
gerando como estratégias passivas de condicionamento térmico a ventilação cruzada no verão,
aquecimento solar e vedação interna da edificação pesada no inverno.
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Figura 2 - Zoneamento Bioclimático Brasileiro Figura 3 - Carta bioclimática zona 3 com normais climatológicas
Fonte: NBR 15220 Fonte:NBR 15220
Ao analisar a norma brasileira citada, não pudemos classificar a cidade de Uberlândia como
pertencente a uma zona específica, pois a mesma não está incluída na listagem das 330
cidades de climas classificados pela norma. Portanto, para a elaboração da carta bioclimática
da cidade de Uberlândia foi utilizado como ferramenta o software Analysis Bio, produzido
pelo Laboratório de Eficiência Energética em Edificações da Universidade Federal de Santa
Catarina, o qual foi alimentado manualmente por dados obtidos pelo Instituto de
Meteorologia (INMET) referentes ao período de 1º de junho de 2017 à 31 de maio de 2018.
5.1 Carta Bioclimática de Uberlândia
A partir de dados como temperatura máxima, mínima, média, umidade relativa do ar e
pressão atmosférica foi gerada a carta bioclimática da cidade de Uberlândia (figura 4). Nela
percebemos grande porcentagem dos meses em zona de conforto, contudo, alguns estrapolam
a zona 1, ocupando zonas passíveis de estratégias para adequação, como as zonas de
ventilação, aquecimento solar passivo, alta inércia térmica, resfriamento evaporativo e
aquecimento artificial.
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TBS [°C]
TBU [°
C]
U [
g/k
g]
UR [%]
UFSC - ECV - LabEEE - NPC
Figura 4 - Carta Bioclimática de Uberlândia
Fonte: Dados gerados pelo software Analysis Bio (2018)
6. Estudo de Caso
A área de estudo de caso (figura 5) se encontra na cidade de Uberlândia, Minas Gerais,
inserida no bairro Vigilato Pereira, próxima ao centro, estabelecimentos comerciais e duas
importantes vias para a cidade, Avenida Rondon Pacheco e Avenida Nicomedes Alves dos
Santos.
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Figura 5 - Localização Casa Polidoro
Fonte: Elaborado pela autora
A Casa Polidoro é uma edificação residencial unifamiliar que necessitava de reformas por se
tratar de uma edificação antiga da década de 80, continha uma planta obsoleta e não atendia
os novos usuários, um casal de meia idade. A casa anterior à reforma (figura 6) possuía
muitas divisões entre ambientes, o que limitava as funções e a liberdade de layout, além disso
a incidência solar no interior era pequena, pois as esquadrias antigas não permitiam uma boa
entrada do sol. Deste modo, para a reforma a arquiteta responsável pelo projeto arquitetônico
propôs medidas adequando os ambientes para novos usos e funcionalidade para nova
dinâmica dos usuários, implicando o mínimo de impacto ambiental, aproveitando o possível
dos resíduos existentes e integrando a edificação ao máximo com o ambiente e clima local.
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Figura 6 - Planta térreo anterior à reforma
Fonte: Acervo da arquiteta Mairla Melo (2018)
Conforme projeto abaixo (figuras 7 e 8), a nova proposta contemplou integração de
ambientes, conjugando salas e cozinha, acréscimo de lavabo na entrada social, alteração da
área de serviço, de forma que não ficasse visível aos convidados, ampliação da suíte criando
um closet para o casal, criação de circulação interna coincidindo diretamente na área de lazer,
aos fundos da residência, onde foi idealizado um espaço gourmet. Nesta mesma área, aos
fundos, foi criado um espaço superior com uma biblioteca e terraço jardim, onde o acesso se
dá por uma escada helicoidal na lateral, permitindo, dali, uma vista privilegiada da cidade,
além de servir para contemplação do jardim vertical instalado no muro lateral.
A edificação foi reformada em 2017, com início no dia 12 de junho e fim no dia 01 de
dezembro do mesmo ano. As estratégias adotadas como partido de projeto foram primordiais
para o melhor aproveitamento dos recursos naturais.
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Figura 7 - Planta térreo após reforma
Fonte: Desenho produzido pela arquiteta Mairla Melo (2018)
Figura 8 - Planta mezanino
Fonte: Desenho produzido pela arquiteta Mairla Melo (2018)
6.2.1 Estratégias Bioclimáticas Adotadas
6.2.1.1 Estratégia do Sistema de Resfriamento Evaporativo
A estratégia de resfriar o ambiente é ideal para clima seco, mediante isso o terraço jardim
localizado acima da área gourmet (figura 9) colabora nesta função. Para a execução do
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mesmo, foi necessário reforço estrutural nas vigas e laje existentes, possibilitando as camadas
de impermeabilização, drenagem, terra e vegetação, as quais realizam o importante papel de
interceptação da radiação solar e retenção da água, fazendo com que ela evapore e,
consequentemente, ocorra a diminuição da temperatura, gerando um microclima agradável no
entorno.
Próximo ao ateliê e espaço gourmet foi instalado um jardim vertical no muro lateral (figura
10). Esse é composto por vasos de plantas naturais pendurados em tela, fixados em alvenaria,
embelezando o ambiente e propiciando, igualmente ao terraço jardim, um ambiente de
temperaturas mais amenas.
Figura 9 - Terraço jardim Figura 10 - Jardim Vertical
Fonte: Dados produzidos pela autora (2018) Fonte: Dados produzidos pela autora (2018)
6.2.1.2 Estratégia do Sistema de Ventilação
Foram propostas novas aberturas para ventilação, com vãos amplos e janelas altas do tipo
maxim-ar, facilitando a entrada do ar e possibilitando a ventilação cruzada, renovando o ar
como um todo e eliminando o calor do ambiente mais facilmente.
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Figura 11 - Vista lateral direita da residência Figura 12 - Vista lateral esquerda da residência
Fonte: Dados produzidos pela autora (2018) Fonte: Dados produzidos pela autora (2018)
“ Nas edificações, a iluminação artificial é uma das maiores fontes de consumo de
energia, muitas vezes se equiparando ao aquecimento, e chega a representar quase a
metade de toda a energia elétrica consumida. A forma mais econômica de reduzir a
energia utilizada para iluminação artificial é tirar o máximo proveito da iluminação
natural” (EDWARDS, 2005:69).
Isto posto, as novas aberturas, além de gerar ambientes bem ventilados, propiciam também a
iluminação natural, poupando gastos desnecessários com iluminação artificial.
6.2.1.3 Estratégia do Sistema de Aquecimento Solar Passivo
Foi proposta uma única abertura para a fachada oeste da edificação no térreo, devido ao fato
de ser a fachada com maior incidência solar durante o ano. Nesta abertura ocorre o
aquecimento solar indireto, que, através da grande exposição ao calor durante o dia, absorve o
mesmo, e irradia para o interior durante a noite. Além da suíte do casal presenciamos também
abertura para o norte na biblioteca ao lado do terraço jardim.
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Figura 13 - Suíte do Casal com porta lateral
Fonte: Dados produzidos pela autora (2018)
6.2.2 Estratégias para Eficiência Energética Adotadas
6.2.2.1 Sistema de Captação de Energia Solar
Novos coletores solares foram instalados no telhado da fachada norte (figura 14), por ser a de
maior incidência solar durante os dias. O funcionamento do sistema inicia pela água descendo
pela caixa d´água, passando pelas placas aquecidas pelo sol, que por sua vez é aquecida,
sendo armazenada no reservatório térmico, pronta para uso. Esta estratégia é utilizada em
larga escala pela população, pois o investimento é mais acessível, tornando-o compensatório
pela diminuição da conta de energia, visto que o chuveiro elétrico é considerado o “vilão” em
termos de consumo de energia elétrica residencial.
Figura 14 - Placas para aquecedor solar
Fonte: Dados produzidos pela autora (2018)
6.2.4 Sistema de Captação e Armazenagem de Água Pluvial
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A captação da água de chuva acontece através de dois tanques, o primeiro (figura 15),
localizado próximo à área de serviço e o outro, próximo ao jardim vertical ao fundo da
edificação. Este sistema inicia pela tubulação fixada na lateral da calha do telhado, que
permanece fixada na alvenaria por abraçadeiras ao encontro do tanque. Cada tanque possui
um ponto para torneira que possibilita o uso da água acondicionada, principalmente para
limpeza de quintal e irrigação dos jardins.
Figura 15 - Tanque de água pluvial
Fonte: Dados produzidos pela autora (2018)
Os dois tanques foram planejados para posteriormente bombearem a água armazenada para
uma segunda caixa d´água acima da laje, servindo de reutilização para os vasos sanitários, o
que economizará cerca de 10 litros por descarga utilizada.
7. Resultados
Além das estratégias tradicionais, cada detalhe foi pensado para que a edificação e suas
instalações fossem mais eficientes e não agredissem o meio ambiente. Antes mesmo da obra
começar os resíduos descartados foram prontamente reaproveitados em outro local. Foram
utilizados materiais mais duráveis, de melhor qualidade, prolongando as manutenções e
desperdícios. Apesar de a reforma ter propiciado clima agradável no interior da residência,
pensando nas épocas de calor intenso, foram instalados ares-condicionados do tipo Split com
selo A de eficiência energética do Procel (Programa Nacional de Conservação de Energia
Elétrica). No espaço gourmet ao fundo (figura 16) foi instalado fogão a lenha ecológico que,
por possuir uma tecnologia nova e design diferenciado, proporciona a redução do gasto de
lenha e diminuição da emissão de fumaça.
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Figura 16 - Espaço gourmet antes e depois da reforma
Fonte: Dados produzidos pela autora (2018) e arquiteta Mairla Melo
O telhado principal da casa, constituído de duas águas, foi trocado por telhas ecológicas,
feitas de fibras vegetais recicladas, que, com a inserção de uma manta, permitiu ainda mais a
diminuição da transmissão de calor externo para o interno. Novos jardins (figuras 18 e 19)
foram criados para aumentar a permeabilidade do solo, que antes era cerca de 5%, hoje chega
a 20%, propiciando a produção de pequenas hortaliças para consumo próprio. Novos
materiais foram utilizados para o piso externo (figura 17) e novas cores foram utilizadas nas
paredes, evitando a absorção excessiva do calor e ao mesmo tempo não permitindo
ofuscamento pela claridade.
Figura 17 - Corredor lateral antes e depois da reforma
Fonte: Dados produzidos pela autora (2018) e arquiteta Mairla Melo
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Figura 18 - Espaço posterior antes e depois da reforma
Fonte: Dados produzidos pela autora (2018) e arquiteta Mairla Melo
Figura 19 - Espaço frontal antes e depois da reforma
Fonte: Dados produzidos pela autora (2018) e arquiteta Mairla Melo
8. Considerações Finais
Percebemos, com os dados obtidos, que a arquitetura bioclimática surge como solução para a
atual realidade do país, considerando os diversos climas existentes, as cartas bioclimáticas
funcionam como ferramenta fundamental para melhoria do ambiente como um todo.
Segundo Edwards (2005:65:88), em teoria, a energia renovável pode satisfazer todas as
demandas energéticas da humanidade, a energia solar excede as necessidades do consumo
humano, ainda diz que três fatores fundamentais conduzem à maior eficiência energética nas
edificações: inovações tecnológicas, políticas públicas e o interesse dos próprios usuários,
bem informados.
Reconhecemos, assim como Edwards, que as inovações e novos materiais devem sempre
proporcionar durabilidade ideal, possibilitar o reaproveitamento no ambiente e produzir a
maior eficiência possível. As políticas públicas são essenciais para definições de
planejamento estratégico visando a qualidade, portanto os órgãos responsáveis devem se
voltar para propostas que diminuam o custo e incentivem a população a usar alternativas
ecologicamente corretas, que hoje em dia são economicamente inviáveis. Por fim, mas não
menos importante, ressaltamos o papel que arquitetos têm, principalmente em manter os
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clientes informados sobre o impacto de suas obras e promover no local um ambiente melhor
para os usuários e a cidade.
Referências
ARANTES, B. Conforto térmico em habitações de interesse social – um estudo de caso.
Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) – Universidade Estadual Paulista. Bauru,
2013.
CORBELLA, O. E YANNAS, S. Em busca de uma arquitetura sustentável para os
trópicos – conforto ambiental. Rio de Janeiro: Editora Revan, 2003.
EDWARDS, B. O guia básico para a sustentabilidade. São Paulo: Editora Gustavo Gili,
2009.
GONÇALVES, J. C. S. e DUARTE, D. H. S Arquitetura sustentável: uma integração
entre ambiente, projeto e tecnologia em experiências de pesquisa, prática e ensino.
Ambiente construído, Porto Alegre, v. 6, n. 4, out/dez. 2006.
ROTTA, R. Desempenho térmico de edificações multifamiliares de interesse social em
conjuntos habitacionais na cidade de Santa Maria – RS. Dissertação (Mestrado em
Engenharia Civil) – Universidade Federal de Santa Maria. Santa Maria, 2009.
SERRADOR, M. E. Sustentabilidade em arquitetura: referências para projeto.
Dissertação (Mestrado em Arquitetura e Urbanismo) – Universidade de São Paulo. São
Carlos, 2008.