casa eficiente - bioclimatologia e desempenho termico

8/4/2019 CASA EFICIENTE - Bioclimatologia e Desempenho Termico

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Bioclimatologia e Desempenho Trmico

Casa Eficiente

volume 1


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FlorianpolisUFsC2010

Bioclimatologia e Desempenho Trmico

Casa Efciente:

Editores:

Roberto LambertsEnedir GhisiCludia Donald PereiraJuliana Oliveira Batista


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Casa EfcienteA Universidade Federal de Santa Catarina possui longa tradio de ensino, pesquisa e extenso na

rea de uso racional de energia, envolvendo vrios dos seus depar tamentos dentre os quais destacam-se aEngenharia Civil, Eltrica, Mecnica, e Arquitetura.

A Casa Eciente resultado de uma parceria entre a Universidade Federal de Santa Catarina, aELETROSUL e a ELETROBRAS para a construo de um centro de demonstraes em ecincia energtica.

Durante a metade de cada ms, por um perodo de dois anos, a Casa funcionou como laboratriopossibilitando diversas pesquisas de doutorado, mestrado e iniciao cientca. Na outra metade do ms aCasa funcionou como um centro de visitao, expondo ao pblico, em geral, novas referncias em termosde uso eciente e racional de energia.

Na Casa foram testadas diversas tecnologias ligadas ao aproveitamento da energia solar, adaptaesao clima local, uso eciente de energia, coleta de gua da chuva e sustentabilidade ambiental.

Nestes livros so apresentados os resultados de dois anos de pesquisa. Muitas outras publicaesj foram realizadas em congressos e peridicos cientcos e outras ainda esto por vir, frutos dos dadoslevantados pelo projeto e muitos dos quais integram teses e disser taes em andamento.

A Universidade Federal de Santa Catarina acredita que projetos como o da Casa Eciente representamuma boa maneira de transmitir os conhecimentos gerados pela Universidade para a comunidade. Comoinstituio que se preocupa tanto em avanar a fronteira do conhecimento como tambm em disseminar osaber para a sociedade, participar do projeto da Casa Eciente altamente graticante e recompensador.

pf. av Tube ptReitor

Universidade Federal de Santa Catarina


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Sociedade efciente e sustentvelAtuar nos mercados de energia de forma integrada, rentvel e sustentvel a misso da Eletrobras,

que norteia nossa viso de futuro, indicando nosso objetivo de ser, at 2020, o maior sistema empre-sarial global de energia limpa, com rentabilidade comparvel s das melhores empresas do setor eltrico.Temos a convico de que essa atuao rentvel e sustentvel passa pela questo da ecincia energtica.Dessa maneira, a Eletrobras investe em pesquisa e desenvolvimento, j tendo inaugurado, inclusive, doisCentros de Ecincia Energtica, ambos por meio do Programa Nacional de Conservao de Energia Eltrica(Procel): um no Par, em parceria com a Universidade Federal do Par (UFPA), e outro em Minas Gerais,com a Universidade Federal de Itajub.

Outro investimento feito na rea a parceria entre a Universidade Federal de Santa Catarina, aEletrobras Eletrosul e a Eletrobras, que possibilitou a construo da Casa Eciente, um centro de demons-

traes em ecincia energtica, localizado na sede da Eletrobras Eletrosul. Na casa, so testadas modernastcnicas de uso da energia solar para aquecimento, uso eciente da gua e da energia eltrica. Essa iniciativa,que est dentro das aes do Procel Edica, mostra que a preocupao da Eletrobras com o uso correto eeciente da energia, bem como com a sustentabilidade, uma prtica empresarial constante, e no apenasdiscurso.

A Eletrobras acredita que energia mais barata a utilizada com ecincia e que as boas prticas deecincia energtica devem ser disseminadas na sociedade, a m de que todas as pessoas saibam valorizaro uso racional da energia eltrica e tragam o conceito de sustentabilidade para suas vidas cotidianas. A CasaEciente cumpre essa funo pedaggica, indicando o futuro que a nao brasileira dever trilhar. Um futuroque conjugue desenvolvimento com respeito ao meio ambiente. Igual atuao da Eletrobras no Brasil e no

mundo.

J at Muz lePresidente da Eletrobras


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A Efcincia e o FuturoAlinhada misso da Eletrobras, a Eletrosul, como empresa do Sistema Eletrobras, busca perma-

nentemente fontes renovveis de gerao de energia por meio da pesquisa e desenvolvimento e realizainvestimentos dentre aquelas fontes j estudadas pelo seu quadro tcnico. Podemos citar entre outras, aspesquisas em gerao de energia a partir do hidrognio, do gs metano, das ondas, assim como a geraofotovoltaica e o investimento na energia elica.

Investir em fontes renovveis no quer dizer esquecer a conservao de energia, pois, por meioda ecincia energtica que evitamos a necessidade de gerao no curto prazo. Ao sermos ecientes emrelao ao consumo de energia, estamos contribuindo para o desenvolvimento sustentvel do pas.

Com o intuito de desenvolver aes concretas no sentido de sermos ecientes no consumo deenergia eltrica, ao consumo racional da gua e a utilizao das condicionantes bioclimticos, a Eletrosul,

em parceria com a Universidade Federal de Santa Catarina e a Eletrobras, construiu no ptio de sua Sede,a Casa Eciente, com o objetivo de servir como laboratrio para edicaes ecientes e contribuir para adivulgao dos conceitos nela aplicados.

A Casa Eciente, para a Eletrosul, reete o compromisso da empresa em desenvolver solues quetornem os processos produtivos mais ecientes e ambientalmente sustentveis, deixando sua contribuiocomo empresa pblica, imprescindvel para a sociedade, atuando como agente motriz do desenvolvimentodo pas, certos de que o caminho a ser trilhado para futuro passa pela disseminao destes conceitos.

Eude luz MecttPresidente da Eletrobras Eletrosul


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Sumrio

PREFCIO..............................................................................................................................9RESUMO ExECUTIVO .........................................................................................................15

1. INTRODUO .................................................................................................................17

2. CLASSIFICAO DO DESEMPENO TRMICO DA CASA EFICIENTE: AVALIAOSEGUNDO AS NORMAS BRASILEIRAS ....................................................................................19

2.1. Como se avalia o desempenho trmico de uma edicao residencial? ................................... 19

2.2. A Casa Eciente e as normas brasileiras ................................................................................. 21

2.2.1. A NBR 15220: Desempenho Trmico de Edicaes .................................................. 212.2.2. A NBR 15575: Edicaes habitacionais de at cinco pavimentos Desempenho ...... 29

3. DESEMPENO DAS ESTRATGIAS BIOCLIMTICAS DE PROJETO: INRCIA TRMICAE VENTILAO NATURAL ..............................................................................................37

3.1. Introduo .............................................................................................................................. 37

3.2. Compreendendo o efeito da inrcia trmica no vero ............................................................... 39

3.2.1. No ventilar no vero? ............................................................................................... 39

3.2.2. Ventilar no vero? ...................................................................................................... 423.3. A ventilao natural como estratgia bioclimtica .................................................................... 47

3.4. Compreendendo a inrcia trmica no inverno: aquecimento solar passivo ............................... 55

4. VENTILAO MECNICA NOTURNA ............................................................................ 59

4.1. Descrio tcnica dos insuadores e condies de utilizao da ventilao mecnica ............. 60

4.2. Velocidade e distribuio dos uxos de ar ............................................................................... 63

4.3. Efeito da ventilao mecnica noturna no desempenho trmico da Casa Eciente ................... 66

4.3.1. Parmetros de anlise................................................................................................ 684.3.2. Caso Base: esquadrias fechadas, sem ventilao mecnica ....................................... 70

4.3.3. Experimento 1: esquadrias fechadas, com ventilao mecnica ................................. 71

4.3.4. Experimento 2: ventilao diurna, com ventilao mecnica ....................................... 73

4.3.5. Experimento 3: ventilao diurna, sem ventilao mecnica ....................................... 84


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4.4. Concluses sobre a ventilao mecnica noturna ................................................................... 85

5. TELADO VEGETADO .................................................................................................... 89

5.1. Apresentao ......................................................................................................................... 89

5.2. Contexto histrico e atual dos telhados vegetados ................................................................... 90

5.3. Tipologias e caractersticas fsicas .......................................................................................... 92

5.4. Funo trmica e benefcios relacionados ............................................................................... 94

5.5. Melhoria do desempenho trmico e economia de energia da edicao ................................... 95

5.6. Reduo do efeito urbano de ilha de calor ............................................................................... 95

5.7. Comportamento trmico do telhado vegetado da Casa Eciente .............................................. 96

5.7.1. Descrio fsica do telhado vegetado e demais coberturas da Casa ............................ 96

5.7.2. Instrumentao variveis ambientais internas e externas ......................................... 98

5.7.3. Perodos das anlises microclimticas internas e externas ......................................... 99

5.7.4. Experimentos adicionais com termograa de infravermelho ........................................ 99

5.7.5. Desempenho trmico no vero .................................................................................. 99

5.7.6. Desempenho trmico no inverno .............................................................................. 103

5.7.7. Comparaes de diferentes coberturas: telhado vegetado, telhado cermico e telhadometlico .................................................................................................................. 106

5.8. Balanos trmicos das estaes climticas .......................................................................... 1145.8.1. Inverno julho a setembro de 2007 ......................................................................... 114

5.8.2. Primavera outubro a dezembro de 2007 ................................................................ 116

5.8.3. Vero janeiro a maro de 2008 ............................................................................. 118

5.8.4. Outono abril a junho de 2008 ................................................................................ 120

5.9. Consideraes a respeito do telhado vegetado ...................................................................... 121

6. CONCLUSES .............................................................................................................. 123

REFERNCIAS...................................................................................................................124


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9Bioclimatologia e Desempenho Trmico

Prefcio

PrecioA Casa Eciente (Figuras 1 a 4), localizada em

Florianpolis, SC, resultado da parceria estabelecida entre aELETROSUL, ELETROBRAS/PROCEL Edica e a UniversidadeFederal de Santa Catarina (UFSC), atravs do Laboratrio deEcincia Energtica em Edicaes (LabEEE).

Em setembro de 2002, tcnicos da ELETROSUL e daELETROBRAS iniciaram a avaliao de alternativas de inves-

timento em projetos de ecincia energtica na construocivil, uma vez que mais da metade do consumo da EnergiaEltrica no Brasil se d nas edicaes (BRASIL, 2007), justi-

cando-se a necessidade de investimentos neste setor.Com a criao do Procel Edica pela ELETROBRAS/

PROCEL em 2003, criou-se uma oportunidade para a atuaoconjunta de setores como universidades, centros de pesquisae entidades das reas governamental, tecnolgica, econmicae de desenvolvimento, em benefcio da promoo do usoracional da energia eltrica em edicaes.

Paralelamente, as negociaes entre a ELETROSUL,ELETROBRAS/PROCEL e a UFSC evoluiram, at que, emmaio de 2004, foi assinado um convnio de cooperao tcnica para a construo da Casa Eciente,incluindo tambm aes demarketing e divulgao, destacando-se a criao do site www.eletrosul.gov.br/casaeciente.

O projeto arquitetnico da Casa Eciente (Figuras 5 a 8) foi concebido pelas arquitetas AlexandraMaciel e Suely Andrade como uma vitrine de tecnologias de ponta, contando com a colaborao de pesqui-sadores do LabEEE, da Universidade Federal de Santa Catarina. A Casa Eciente rene diversas estratgiasde adequao climtica, com o aproveitamento da ventilao e da luz natural, adotadas como alternativasao uso da refrigerao e iluminao articiais. Conta ainda com aproveitamento da energia solar trmicapara aquecimento de gua e da energia solar luminosa para a gerao de eletricidade atravs de um painelfotovoltaico interligado rede.

Visando a reduo do impacto ambiental e o uso eciente da gua, a Casa Eciente utiliza guada chuva para ns no potveis (mquina de lavar roupas, vaso sanitrio, tanque e torneira externa). Almdisso, ela possui um sistema de reso de guas, no qual os euentes recebem tratamento biolgico porzona de razes, as guas negras tratadas so encaminhas para a rede coletora e as guas cinzas tratadasso armazenadas para uso na irrigao do jardim da Casa.

FIGURA 1 Vista Sudoeste da Casa.

FIGURA 2 Vista Sudeste da Casa.


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10 Casa Eciente | Volume I

Prefcio

FIGURA 4 Vista Noroeste da Casa.FIGURA 3 Vista Nordeste da Casa.

FIGURA 5 Planta baixa da Casa Eciente pavimento trreo.


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Prefcio

FIGURA 6 Planta baixa da Casa Eciente mezanino.

FIGURA 7 Corte AA.


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Prefcio

FIGURA 8 Corte BB.

A concepo do projeto das instalaes prediais da Casa Eciente contemplou, alm dos objetivosde sustentabilidade (ecincia energtica e uso racional da gua), a necessidade de exibilidade de operao,de manuteno e de seu funcionamento como um laboratrio de pesquisa. Contemplou ainda, a necessidade

de proporcionar, de maneira didtica, a visitao para divulgao dos conceitos adotados, ou seja, alm deser um laboratrio tambm uma vitrine tecnolgica.

Em 29 de maro de 2006 a Casa Eciente foi inaugurada e aberta visitao, constituindo-se emum espao destinado sensibilizao pblica, objetivando demonstrar como as solues de projeto podemfavorecer o uso eciente da energia eltrica e da gua nas edicaes residenciais, reduzindo desperdciose impactos sobre o meio ambiente.

Considerando-se a Casa Eciente como um instrumento com potencial para a promoo do desen-volvimento cientco e tecnolgico, em junho de 2006, foi assinado outro convnio, criando-se o LMBEE Laboratrio de Monitoramento Bioclimtico e Ecincia Energtica. Para tal, a Casa Eciente foi equipada

com um amplo sistema de monitoramento termo-energtico, desenvolvido pelo Laboratrio de MeiosPorosos e Propriedades Termofsicas (LMPT/UFSC), alm de uma estao meteorolgica prpria.

O LMBEE, formado por uma equipe de pesquisadores da UFSC, desenvolveu experimentos quinzenaisna Casa Eciente nos anos de 2007 e 2008. Nesses dois anos, a Casa foi submetida a um revezamentoquinzenal entre as atividades de pesquisa (experimentos controlados) e de visitao pblica. Estes experi-mentos destinaram-se a vericar o desempenho termo-energtico da edicao e a eccia das estratgiasde uso racional da gua incorporadas ao projeto. Os experimentos foram conduzidos por trs grupos de

trabalho (GTs): GT-1, Eccia das estratgias de condicionamento ambiental; GT-2, Potencial de geraosolar fotovoltaica interligada rede eltrica de distribuio e GT-3, Uso racional da gua.

Aps dois anos e meio de atividades do LMBEE, a ELETROSUL, a ELETROBRAS/PROCEL Edicae o LabEEE/UFSC apresentam ao pblico os resultados das pesquisas desenvolvidas na Casa Eciente,reunidos em quatro publicaes tcnicas, abordando as seguintes temticas:

:: 1. Bioclimatologia e Desempenho Trmico.

:: 2. Consumo e Gerao de Energia.

:: 3. Uso Racional da gua.

:: 4. Simulao Computacional do Desempenho Termo-Energtico.


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Prefcio

As publicaes 1, 2 e 3 foram elaboradas com base no monitoramento das diferentes estratgiase tecnologias empregadas na Casa Eciente. J a publicao 4 apresenta os resultados das simulaescomputacionais realizadas, tanto na fase de projeto quanto aps a construo da Casa, possibilitandoanlises detalhadas do desempenho termo-energtico da Casa Eciente.

objetivo de todos os parceiros envolvidos neste empreendimento divulgar as lies aprendidascom os trabalhos realizados na Casa Eciente, a m de que este projeto cumpra de modo efetivo seu papelde instrumento disseminador de conceitos e boas prticas no setor da construo civil.


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Resumo executivo

Resumo eecutivoO presente volume aborda o tema Desempenho Trmico da Casa Eciente a partir dos resultados

do monitoramento desenvolvido pelo LMBEE, aprofundando a investigao acerca do desempenho de estra-tgias bioclimticas recomendveis para o clima de Florianpolis: a ventilao mecnica noturna e o uso detelhado vegetado.

Os desaos de sustentabilidade rmam-se cada vez mais como necessidades urbanas no decorrerda evoluo do pensamento tcnico-cientco. As modicaes na biosfera, a exemplo de fenmenos comoas ilhas de calor urbano e de aumento da concentrao dos gases do efeito estufa despertam a necessidadede se repensar imediatamente o ambiente urbano e as suas edicaes.

Avaliar o desempenho trmico de uma edicao signica avaliar a sua resposta fsica inunciado meio ambiente externo e do seu uso pelos ocupantes, confrontando os resultados com requisitos quanti-

tativos e qualitativos pr-estabelecidos. A resposta da edicao s variveis climticas externas (venti-lao, insolao, temperatura, umidade) e ao comportamento do usurio (manipulao das esquadrias,acionamento dos sistemas articiais de iluminao e condicionamento) congura o seu comportamento

trmico, expresso atravs da variao da temperatura e umidade nos ambientes internos. O comportamentotrmico da edicao inuenciado, tambm, pelos ganhos de calor atravs das superfcies (teto, parede,piso, janelas) e gerado internamente (pessoas e equipamentos), bem como pelo nmero de renovaes dear propiciado pela ventilao.

Por outro lado, os ocupantes esto sujeitos inuncia do comportamento trmico da edicao.Desse modo, adoo de princpios bioclimticos na fase de projeto, ou seja, estratgias de projeto quebuscam aproveitar os condicionantes naturais, principalmente o vento e a insolao, favorecem tambm oconforto dos usurios nos ambientes internos. Para realizar tais escolhas, necessrio conhecer quais asexigncias de cada clima e as opes mais adequadas para adaptar a edicao s solicitaes predomi-nantes. Um importante instrumento que arquitetos e demais projetistas podem e devem utilizar como auxlionas escolhas de projeto o Zoneamento Bioclimtico Brasileiro, apresentado na parte 3 da NBR 15220(ABNT, 2005). Trata-se de um conjunto de recomendaes de projeto bioclimtico para diversas regies doBrasil, abrangendo desde informaes relativas s propriedades trmicas de paredes e coberturas quantodimenses de aberturas para ventilao e necessidade de dispositivos de sombreamento.

Quanto Casa Eciente, o projeto arquitetnico foi inteiramente embasado na avaliao dascondies climticas de Florianpolis, visando atingir metas de desempenho trmico satisfatrio e, por

conseguinte, favorecer as condies de conforto nos ambientes internos. O estudo prvio das caracte-rsticas climticas determinou as solues de projeto: escolha dos materiais construtivos, orientao dasfachadas, disposio das aberturas para ventilao, desenho de protetores solares para sombreamento edenio de estratgias hbridas de condicionamento, a exemplo da ventilao mecnica noturna.

Ao longo do perodo de monitoramento, o sistema de aquisio de dados instalado na CasaEciente registrou, diariamente, valores de temperatura, umidade e uxos de calor nos ambientes internos,os quais foram confrontados com registros das variveis ambientais externas, possibilitando uma avaliao


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Resumo executivo

do desempenho trmico da edicao. A infraestrutura disponvel para o monitoramento inclui diversossensores instalados nos ambientes internos, posicionados junto s paredes, coberturas e piso, almde sensores portteis para registro de temperatura e umidade no centro dos ambientes. Tambm foramefetuadas medies de velocidade do ar, com auxlio de anemmetros portteis, e registros termogrcos,

em que as temperaturas superciais so identicadas a partir de cores graduadas em uma escala. Foramestabelecidas rotinas para a manipulao das esquadrias, a m de vericar o impacto de cada padro deuso no comportamento trmico dos ambientes. Desse modo, foi possvel avaliar o desempenho trmico daedicao sob a inuncia de condies climticas diferenciadas, fazendo uso da Casa Eciente como umverdadeiro ambiente de testes, tendo sido realizados diversos experimentos destinados avaliao do seudesempenho trmico.

Os resultados demonstraram que a combinao entre inrcia trmica, ventilao nos perodosadequados e sombreamento resultou na manuteno de temperaturas internas adequadas ao conforto dosusurios, tanto no vero quanto no inverno. Tambm foram demonstrados efeitos negativos, advindos douso inadequado da edicao, principalmente no tocante ausncia de proteo solar e admisso da venti-lao em perodos quentes no vero. Foi possvel, ainda, identicar a necessidade de algumas adaptaesno projeto, relativas ao posicionamento das esquadrias, capazes de melhorar o desempenho da ventilaocruzada. Por m, a ventilao mecnica noturna e o emprego do telhado vegetado demonstraram a viabi-lidade de estratgias bioclimticas que apresentam baixo custo de manuteno, mas que causam impactossignicativos no desempenho trmico da edicao, podendo minimizar a dependncia da utilizao desistemas de condicionamento articial.

A Casa Eciente representa um referencial para a elaborao do projeto arquitetnico de residnciaslocalizadas em Florianpolis e outras cidades com clima semelhante. Demonstrando resultados e propondorecomendaes, a Casa Eciente contribui para a disseminao dos benefcios da adequao climtica,

cumprindo seu papel de vitrine tecnolgica e apresentando-se como uma signicativa contribuio aocenrio nacional.


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Introduo

1. IntroduoAutora:

Juliana Oliveira Batista

O atual modelo de desenvolvimento econmico e os impactos decorrentes do crescimento popula-cional sobre o meio ambiente demandam a adoo de alternativas sustentveis para a explorao dosrecursos naturais. O entendimento do conceito de sustentabilidade como uma forma de desenvolvimentoeconmico, que emprega os recursos naturais e o meio ambiente para benecio das geraes futuras, podeser aplicado tambm na construo civil. Alm de consumir recursos naturais na extrao das matrias-primas, esta atividade produtiva emprega grande quantidade de energia na produo e transporte demateriais, ainda na fase de construo, e tambm na iluminao e condicionamento ambiental, na fase deuso. Estes consumos so, em grande medida, controlados por decises de projeto.

A inadequao do projeto s caractersticas climticas locais afeta diretamente o desempenho da edi-

cao, podendo levar utilizao intensa de equipamentos mecnicos de refrigerao e sistemas articiais de ilumi-nao para garantir o conforto dos usurios, resultando, por conseguinte, no consumo de energia elevado. Por outrolado, a gerao e o consumo de energia esto entre os principais contribuintes s mudanas climticas globais.

Nesse contexto, o uso eciente da energia apresenta-se como uma das principais dimenses desustentabilidade a serem obtidas no espao habitado. No mbito da construo civil, os termos sustentabi-lidade, adequao ambiental e ecincia energtica se inter-relacionam, de modo que as edicaes podemser utilizadas como instrumento para a disseminao de tais conceitos.

Partindo-se desse princpio, o projeto da Casa Eciente foi concebido pelas arquitetas AlexandraAlbuquerque Maciel e Suely Ferraz de Andrade como uma vitrine de tecnologias de ponta, onde estra-

tgias de adequao ambiental foram associadas a medidas de ecincia energtica visando obteno do

conforto trmico, reduo no consumo de energia e menor impacto ambiental. Neste volume so descritase avaliadas as estratgias incorporadas ao projeto com a nalidade de promover a sua adequao ao climalocal, a partir da anlise do desempenho trmico da edicao.

Aps a Introduo, o Captulo 2 aborda os procedimentos de avaliao de desempenho trmicode edicaes adotados pelas normas brasileiras, a NBR 15220-3 (ABNT, 2005c) e a NBR 15575 (ABNT,2008), utilizando como exemplo a Casa Eciente.

No Captulo 3, so apresentados os resultados de diversos experimentos realizados sob condiesde vero e de inverno, realizados com o intuito de testar o efeito de alteraes das condies de ventilaoe exposio radiao solar no desempenho trmico da Casa Eciente.

No Captulo 4, so apresentados os resultados dos experimentos de avaliao da eccia da venti-

lao mecnica no perodo noturno, estratgia de condicionamento hbrida, que busca incrementar osefeitos de atraso e amortecimento das temperaturas internas com o auxlio de equipamentos mecnicoscaracterizados pelo baixo consumo de energia eltrica.

J no Captulo 5, o objetivo investigar o desempenho trmico do telhado vegetado. Este compo-nente construtivo representa uma escolha capaz de reduzir a transmisso de calor atravs da cobertura,superfcie que se encontra mais exposta radiao solar dentre aquelas que compem a envoltria, sendo,portanto, uma das principais responsveis pelos ganhos de calor em edicaes trreas.

O Captulo 6 apresenta as concluses relativas s anlises apresentadas, evidenciando as contribuies daCasa Eciente para a demonstrao do potencial de solues inovadoras para o projeto de habitaes unifamiliares.


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Classicao do desempenho trmico da casa eciente: avaliao segundo as normas brasileiras

2. Classifcao do desempenhotrmico da casa efciente: avaliao

segundo as normas brasileirasAutores:

Juliana Oliveira BatistaRoberto Lamberts

Neste captulo so apresentadas as normas brasileiras destinadas avaliaodo desempenho trmico de edicaes residenciais, aplicando-as Casa

Eciente atravs de avaliao prescritiva (NBR 15220-3) e classicao dodesempenho mediante monitoramento e simulao (NBR 15575).

2.1. Como se avalia o desempenho trmico de uma edifcaoresidencial?

Segundo Pereira e Neto (1988), avaliar o desempenho trmico de uma edicao signica avaliarseu comportamento trmico frente a requisitos pr-estabelecidos, para atender as necessidades trmicas

do usurio frente s aes climticas s quais a edicao est sujeita.

Convm salientar a distino entre desempenho trmico e comportamento trmico. O comporta-mento trmico caracterizado pela resposta fsica que a edicao apresenta quando submetida s solici-

taes do clima externo (variveis climticas) e s condies de uso dos ambientes, destacando-se agerao de calor interno advindo da presena de pessoas e equipamentos no interior dos ambientes. Estaresposta pode ser identicada observando-se fatores como a variao da temperatura e umidade do arinterno ou dos uxos de calor transmitidos atravs das vedaes (paredes e cobertura, principalmente).Quando tais fatores so confrontados com parmetros de referncia, ou seja, pr-requisitos que enfocamo atendimento das exigncias dos usurios quanto ao comportamento da edicao em uso, tem-se uma

avaliao do desempenho trmico.No caso de uma edificao residencial, a exemplo da Casa Eficiente, o seu comporta-

mento trmico determinado, principalmente, em funo das condies ambientais externas. Emresidncias, a ocupao menor do que em um edifcio comercial, de modo que h menos geraode calor interno advindo de pessoas, computadores e sistemas de iluminao artificial, por exemplo.Nesse caso, os ganhos de calor atravs das superfcies externas (paredes e cobertura) e dasaberturas existentes (superfcies envidraadas), assim como as condies de exposio insolao e ventilao, so os principais fatores determinantes do desempenho trmico de uma residncia. Portanto,


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o projeto de habitaes apresenta um grande potencial para a incorporao de estratgias bioclimticas,favorecendo o melhor aproveitamento da luz e da ventilao natural, assim como identicando quais osmateriais construtivos mais adequados para adaptar a edicao ao contexto climtico no qual a mesmase insere.

O projeto da Casa Eficiente foi concebido a partir da incorporao de princpios da arquiteturabioclimtica. As solues arquitetnicas foram desenvolvidas com o intuito de favorecer o melhoraproveitamento dos condicionantes climticos locais, desde a escolha dos materiais construtivos, como uso intensivo da inrcia e do isolamento trmico para evitar ganhos de calor excessivos no vero ereduzir as perdas no inverno. Desse modo, buscou-se dispor as aber turas nas fachadas para favorecero aproveitamento dos ventos predominantes no vero, utilizando-se barreiras para bloquear os ventosde inverno e protetores solares para evitar a insolao indesejvel (dispositivos de sombreamento).Alm disso, foi empregada a ventilao mecnica noturna como estratgia de resfriamento da tempe-ratura interna no vero.

Entretanto, deve-se considerar que os padres de uso e ocupao tambm interferem no comporta-mento trmico de uma residncia, na medida em que o modo como os usurios manipulam os dispositivosde controle da ventilao e da insolao interfere nos ganhos e perdas de calor pela edicao. Uma vezque a Casa Eciente uma vitrine de tecnologias aberta visitao, que tambm funciona como laboratriode pesquisa, seus padres de uso e ocupao no so representativos do que acontece em uma residnciareal. Buscou-se ento representar situaes variadas durante os experimentos, visando reproduzir situaessemelhantes quelas que ocorreriam caso a edicao fosse ocupada e utilizada como uma residnciaconvencional, possibilitando uma ampla avaliao do desempenho trmico da Casa Eciente, com base emmedies de variveis representativas, tais como a temperatura e a umidade relativa do ar.

Mas, para avaliar o desempenho trmico de uma edicao, existem outros procedimentos quepodem ser adotados ainda na fase de projeto, ou aps a construo. Uma alternativa de avaliao asimulao computacional do sistema construtivo utilizado, observando-se o enquadramento dos resultadosdentro de limites ou parmetros de conforto trmico ajustados para a populao local (BARBOSA et al.,2003). Um exemplo de parmetro que pode ser utilizado o total de horas anuais em que as tempera-

turas internas obtidas por simulao ou monitoramento apresentam-se fora dos limites de temperatura dazona de conforto (BARBOSA et al., 2003). Tem-se ainda a avaliao por prescrio, na qual so denidoslimites para as caractersticas termofsicas dos materiais construtivos, assim como recomendaes para odimensionamento de aberturas para ventilao e existncia de dispositivos de sombreamento que visam adequao do projeto s condies climticas de um determinado local.

Neste captulo, ser abordada a avaliao de desempenho da Casa Eciente com base em duasnormas aplicveis habitao, vigentes no Brasil: a NBR 15220 Desempenho Trmico de Edicaes,que em sua parte 3 apresenta as diretrizes do Zoneamento Bioclimtico Brasileiro (ABNT, 2005c), e a NBR15575 Edicaes Habitacionais de at cinco pavimentos Desempenho (ABNT, 2008), que trata dediversos requisitos de desempenho para edifcios habitacionais (estrutural, acstico, lumnico, entre outros),dentre eles o desempenho trmico.


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2.2. A Casa Efciente e as normas brasileiras

2.2.1. ANBR15220:DesempenhoTrmicodeEdifcaes

A NBR 15220-3 (ABNT, 2005c) apresenta o Zoneamento Bioclimtico Brasileiro e as DiretrizesConstrutivas para Habitaes Unifamiliares de Interesse Social. De acordo com esta classicao, o Brasilfoi subdividido em oito zonas, cujas exigncias climticas se assemelham (Figura 2.1).

As diretrizes construtivas so especcas para cada zona bioclimtica e a avaliao prescritiva,realizada com base na vericao do atendimento de cada parmetro identicado pela norma, a saber:

:: tamanho das aberturas para ventilao (expressas como percentual de rea de piso);

:: proteo das aberturas;

:: vedaes externas, parede externa e cobertura, informando o tipo de vedao (leve ou pesada,reetora ou isolada);

:: estratgias de condicionamento trmico passivo.

00,8%

06,4%

06,5%

02,0%

05,6%

12,6%

12,6%

53,7%

FIGURA 2.1 Zoneamento bioclimtico brasileiro. (Fonte: ABNT, 2005c).


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Embora a norma faa referncia habitao de interesse social, as recomendaes e diretrizes queexpressa visam otimizao do desempenho trmico e so fundamentadas em estratgias de adaptaoda edicao ao clima. Portanto, a NBR 15220-3 uma importante referncia normativa para a prescriode estratgias bioclimticas a serem incorporadas no projeto de edicaes. As estratgias de condiciona-

mento ambiental recomendadas pela NBR 15220-3 so baseadas na carta bioclimtica de Givoni (1992) enas planilhas de Mahoney (KOENIGSBERGER et al., 1977).

A classicao de cada cidade em uma determinada zona depende das estratgias bioclimticas,que so denidas previamente, tendo sido utilizadas as planilhas de Mahoney para a denio dos limitesdas propriedades trmicas dos elementos construtivos (paredes e coberturas): Fator Solar, Atraso Trmicoe Transmitncia Trmica (ABNT, 2005a). Tambm so indicados percentuais de rea de piso relativos saberturas para ventilao, classicando-as em pequenas, mdias ou grandes.

Tmtc tmc (U) uma propriedade dos componentes construtivos relacionada permisso da passagem de

energia, medida em W/m2

K. Est relacionada espessura do componente e condutividade trmica dos seus materiaisconstituintes, e representa sua capacidade de conduzir maior ou menor quantidade de energia por unidade de rea e dediferena de temperatura.

at tmc () indica o tempo transcorrido entre uma variao trmica em um meio e sua manifestao na superfcieoposta de um componente construtivo. Por exemplo: o tempo transcorrido entre o pico de temperatura mxima do ar externoe a temperatura mxima do ar em um ambiente interno.

Ft (Fs): em componentes opacos, representa o quociente da taxa de radiao solar transmitida atravs do compo-nente pela taxa da radiao solar total incidente sobre a superfcie externa do mesmo.

A Casa Eciente, por estar localizada em Florianpolis-SC, est inserida na zona bioclimtica 3(Figura 2.2). Neste caso, as diretrizes construtivas recomendadas pela NBR 15220-3 so relativas a trsaspectos principais. O primeiro deles trata das estratgias de condicionamento trmico passivo. Para overo, recomendada a ventilao cruzada. Para o inverno, so recomendados o aquecimento solar daedicao e o uso de vedaes internas pesadas (inrcia trmica).

O segundo aspecto apresentado na norma relativo ao dimensionamento das aber turas paraventilao e o sombreamento dessas aberturas. As reas so definidas em funo da rea de piso doambiente, variando entre 15 e 25%. A recomendao quanto ao sombreamento permitir sol durante

o inverno.Por m, so denidas as propriedades trmicas das vedaes externas. No caso das paredes, que

devem ser leves e reetoras, o valor limite da transmitncia trmica (U) igual a 3,60 W/m2 K. O atrasotrmico () deve ser igual ou inferior a 4,3h e o fator solar (FSo) deve ser menor ou igual a 4%.

Quanto cobertura, que deve ser leve e isolada, o valor limite da transmitncia trmica (U) iguala 2,00 W/m2 K. O atraso trmico () deve ser igual ou inferior a 3,3h e o fator solar (FSo) deve ser menorou igual a 6,5%.


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00

10

20

30

00

10

20

30

70 60 50 40

Zona 3

70 60 50 40

(a)

gkg

25

20

15

10

05

00

60%

50%

40%

30%

20%

10%

Zona 3 62 cidades

Florianpolis (SC)

00 05 10 15 20 25 30 35 TBS

(b)

FIGURA 2.2 (a) Zona Bioclimtica 3 e (b) Carta Bioclimtica apresentando as normas climatolgicasde cidades da zona 3, destacando a cidade de Florianpolis-SC.

De acordo com estas recomendaes, a Casa Eciente foi submetida anlise prescritiva, comrelao s estratgias de condicionamento trmico passivo. Foram calculados os valores de transmitncia

trmica, atraso trmico e fator solar para as paredes e coberturas, utilizando-se os procedimentos declculo descritos na prpria NBR 15220, parte 2 (ABNT, 2005b), adotando-se como referncia os valoresde propriedades trmicas dos materiais apresentados na mesma norma, no tendo sido realizadas medies


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in loco destes parmetros. Foram empregados trs tipos de cobertura com a nalidade de comparar odesempenho trmico das mesmas: cobertura em telha metlica, telha cermica e telhado vegetado (Figura2.3). As Figuras 2.4 a 2.7 indicam os valores das propriedades trmicas correspondentes s paredes e aosdiferentes tipos de cobertura, indicando-se tambm os valores recomendados pela NBR 15220-3.

FIGURA 2.3 Tipos de cobertura empregadas: (1) metlica, (2) cermica e (3) telhado vegetado.

L de rocha (2,5 cm)

Tijolo macio (10 cm)

Paredes duplas de tijolo macio e l de rocha

Valores usados na Casa Eciente Referncias NBR 15220-3

Transmitncia (U)

1,06 W/m2 K 3,6

Atraso trmico ()

8,6 h 4,3

Fator Solar (FSo)

2,8% 4,0

FIGURA 2.4 Propriedades termofsicas das paredes externas e recomendaes construtivas (NBR 15220-3).


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Isolante de l de rocha (2,5 cm)

Painel metlico de chapadobrada (1mm x 4,6 cm)

Mdulo fotovoltaico (6,5cm)

Forro de chapa OSB (1,5 cm)

Cobertura em telha metlica

Valores usados naCasa Eciente

RecomendaesNBR 15220-3

Transmitncia (U)

0,87 W/m2 K 2

Atraso trmico ()

3,8 h 3,3

Fator Solar (FSo)

0,7% 6,5

FIGURA 2.5 Propriedades termofsicas da cober tura metlica e recomendaes construtivas (NBR 15220-3).

Ripa de madeira (2,5 cm)

Telha cermica tipo portuguesa (1cm x 10 cm)

Manta de polietileno aluminizadonas 2 faces (5 mm)

Isolante trmico de l de rocha (2,5 cm)

Forro de chapa OSB (1,5 cm)

Cobertura em telha cermica

Valores usados naCasa Eciente


Transmitncia (U)

0,57 W/m2 K 2

Atraso trmico ()

4,9 h 3,3

Fator Solar (FSo)

1,5% 6,5

FIGURA 2.6 Propriedades termofsicas da cober tura cermica e recomendaes construtivas (NBR 15220-3).

Vegetao Bulbine Frutescens(20 cm)

Terra vegetal (14 cm)

Filtro geotxtil (1 cm)

Drenagem de brita e seixo rolado (8 cm)Camada de regularizao mecnica deargamassa armada (3 cm)

Isolamento de poliestireno extrudado (2 cm)Impermeabilizante no asfltico (4 mm)Laje de concreto armado moldadoin loco(15 cm)

Telhado vegetado

Valores usadosna Casa Eciente


Transmitncia (U)

0,82 W/m2 K 2

Atraso trmico ()

10,9 h 3,3

Fator Solar (FSo)

1,3% 6,5

FIGURA 2.7 Propriedades termofsicas do telhado vegetado e recomendaes construtivas (NBR 15220-3).


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Com relao s aberturas, a avaliao foi realizada com relao incidncia de radiao solar e rea de ventilao disponvel. Na Casa Eciente, todas as portas e janelas dos ambientes de maior perma-nncia (sala, quartos e cozinha) possuem dispositivos de sombreamento, xos e mveis. Para as janelasdo quarto de casal e da cozinha, foram projetados dispositivos xos constitudos por uma estrutura em

eucalipto e bambu, qual foi incorporada uma cobertura vegetal com trepadeiras, conforme ilustrado nasFiguras 2.8(a) a e 2.8(b). As Figuras ilustram, tambm, os dispositivos mveis de sombreamento: persianasde enrolar incorporadas s esquadrias de PVC, na face exterior das aberturas. Estes dispositivos mveisso manipulados individualmente no interior do ambiente e possibilitam o bloqueio total da insolao quandocompletamente desenroladas, oferecendo ao usurio a possibilidade de obstruir tambm a passagem da luznatural, caso necessrio.

(a) (b)

FIGURA 2.8 Dispositivos xos e mveis de sombreamento posicionados em aberturas nas fachadas Leste e Oeste: (a) janela quar to de casal,fachada Leste e (b) janela da cozinha, fachada Oeste.

Os beirais tambm foram aproveitados para o sombreamento das aberturas (Figuras 2.9(a) e2.9(b)), tendo sito feito um estudo prvio para o dimensionamento de todos os dispositivos xos, como auxlio de mscaras de sombra, ilustradas na Figura 2.10. Conforme se pode observar, nos horrios de

temperatura mais elevada, entre 9h e 15h, as aberturas esto sombreadas, enquanto no inverno a entradade sol permitida, de acordo com a recomendao da NBR 15220-3.

A Tabela 2.1 indica as reas de abertura e os percentuais relativos s reas de piso de cadaambiente. De acordo com a NBR 15220-3, as aberturas mdias indicadas para a zona bioclimtica 3 devempossuir reas mnimas equivalentes a 15% da rea do piso ambiente e reas mximas equivalentes a 25%.Comparando-se estes percentuais com os valores indicados na Tabela 1 verica-se que apenas a sala deestar/jantar possui a rea de abertura adequada.

Convm salientar que o projeto original da Casa Eficiente previa esquadrias de correr feitas sobmedida, com rea efetiva de ventilao correspondente a 100% da abertura. Alm disso, as portasexternas dos quartos foram projetadas para que sua parte superior pudesse ser aberta, comple-mentando a rea de ventilao necessria e ampliando, tambm, o alcance da ventilao cruzada.Entretanto, durante a obra as esquadrias foram substitudas por modelos pr-fabricados em PVC, comjanelas de correr e portas com folhas nicas, devido a restries relativas licitao de compra do


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modelo especificado inicialmente. As Figuras 2.11(a) a 2.11(g) ilustram as aberturas existentes nosdiversos ambientes.

(a) (b)

FIGURA 2.9 Aberturas nas fachadas e beirais utilizados como dispositivos xos de sombreamento: (a) Fachada Norte (portas externas dos

quartos) e fachada Leste (janela do quar to de solteiro) e (b) Fachada Norte (porta de acesso sala de estar).

Fachada NortePorta Sala Estar

Proteo TotalProteo Parcial

MesesHoras

Fachada OesteJanela Cozinha


MesesHoras

Fachada LesteJanela Quarto Casal


MesesHoras


MesesHoras

Fachada LesteJanela Quarto Solteiro

FIGURA 2.10 Mscaras de sombra correspondentes s aberturas da Casa Eciente.


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TABELA 2.1 reas de aber tura dos cmodos da Casa Eciente.

Ambiente rea de piso (m2) rea efetiva de ventilao (m2) Percentual da rea de piso (%)

Sala de estar/jantar 41,71 7,50 18

Quarto de casal 17,25 1,00 6

Quarto de solteiro 11,21 1,00 9

Cozinha 11,4 1,03 9

rea de servio 7,98 0,50 6

Banheiro 9,50 0,50 6

OBS.: Com exceo da sala de estar/jantar, as reas efetivas de ventilao foram caluladas considerando-se apenas as janelas dos ambientes (as

reas das portas externas no foram contabilizadas).

A anlise prescritiva no projeto possibilitou vericar se os materiais especicados so adequadoss exigncias da norma para a zona bioclimtica 3, onde se localiza a cidade de Florianpolis. Os resultados

desta anlise podem ser sintetizados com relao aos seguintes aspectos::: pedde tmc d mte: com exceo do atraso trmico, as demais propriedades

trmicas de todos os componentes construtivos apresentam-se adequadas s recomendaesda norma. Entretanto, convm esclarecer que em todos os componetes (paredes e coberturas)buscou-se obter um atraso trmico elevado, a m de se investigar o efeito da maximizao dainrcia trmica como estratgia de condicionamento passivo em Florianpolis. O Captulo 3apresenta os resultados do monitoramento trmico da Casa Eciente, podendo-se vericar emque medida o comportamento trmico dos componentes construtivos inuenciou o desem-penho trmico da edicao.

::

abetu vet e mbemet d betu: com relao congurao naldas aberturas, as reas efetivas disponveis para ventilao foram consideradas inadequadas,sendo equivalentes a menos de 15% das reas de piso dos ambientes internos. A nica exceoneste caso foi a sala de estar/jantar, considerada adequada. J com relao ao sombreamento,as aberturas de todos os ambientes de permanncia prolongada atenderam satisfatoriamente asrecomendaes da norma: sombreamento no vero e entrada de sol no inverno.

:: Ettg de cdcmet v: na Casa Eciente foram incorporadas todas asestratgias de condicionamento passivo recomendadas pela NBR 15220-3: ventilao cruzada,aquecimento solar da edicao e uso de inrcia trmica. Utilizou-se tambm a ventilaomecnica nos quartos, com a nalidade de incrementar o resfriamento da envoltria no perodo

noturno, tirando partido da inrcia trmica da construo. Atendendo-se s prescries danorma neste quesito, o desempenho das estratgias mencionadas durante a fase de uso daedicao investigado detalhadamente nos captulos seguintes.


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(a)

(c)

(e) (f) (g)

(b)

(d)

FIGURA 2.11 Portas e janelas existentes nos diversos ambientes da Casa Eficiente: (a) sala de estar, (b) sala de jantar, (c) rea de servio,(d) cozinha, (e) quarto de casal, (f) janela do quarto de solteiro e (g) porta externa.

2.2.2. ANBR15575:EdifcaeshabitacionaisdeatcincopavimentosDesempenho

A NBR 15575: Edicaes habitacionais de at cinco pavimentos Desempenho uma norma lanadaem 2008 que engloba diversos requisitos, de modo que a avaliao da edicao contempla os diversossistemas que a compem. O escopo desta norma abrangente, denindo-se requisitos de desempenhomnimo obrigatrio para alguns sistemas das edicaes, considerando-se as necessidades dos usuriose as condies de exposio da edicao, ao longo de uma vida til mnima obrigatria. O desempenho

trmico um dos requisitos qualitativos de desempenho, sendo os critrios de avaliao os valores mximos


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de temperatura interna no vero e os valores mnimos de temperatura interna no inverno. Na NBR 15575, odesempenho trmico pode ser classicado e um dos requisitos que deve ser contemplado adequadamentepelos sistemas de vedaes ver ticais internas e externas, assim como pelos sistemas de cobertura.

A norma estabelece trs procedimentos de avaliao: prescritiva (semelhante NBR 15220-3);simulao computacional e medio. Quando se utiliza a medio, a temperatura do ar monitorada nasedicaes ou prottipos construdos, considerando-se os dias tpicos de projeto de inverno e vero,especcos de cada local (ABNT, 2008). A classicao dos nveis de desempenho feita de acordo coma adequao do projeto aos critrios estabelecidos pela norma, em trs categorias: nvel M (mnimo), I(intermedirio) ou S (superior).

Com relao s fachadas, a norma dene apenas os requisitos mnimos que devem ser atendidos,referentes classicao de nvel de desempenho mnimo: as propriedades termofsicas transmitncia ecapacidade trmica, de acordo com a absortncia da superfcie externa. Para a Casa Eciente, localizada nazona bioclimtica 3, os valores dessas propriedades encontram-se enumerados na Tabela 2.2, sendo que

os valores destacados na cor verde indicam os limites estabelecidos pela norma. De acordo com os valoresapresentados, as fachadas so consideradas adequadas aos limites estabelecidos pela NBR 15575.

TABELA 2.2 Propriedades termofsicas das fachadas e recomendaes construtivas (NBR 15575).

Componente Absortncia ( )Transmitncia

trmica (U)Capacidadetrmica (CT)

Nvel de classicaodo desempenho

Recomendaes NBR 15575(ABNT, 2008) Fachadas

0,6 3,7 W/ m2 K 130 kJ / m2 K

MNIMO(pelo menos)> 0,6 2,5 W/ m2 K

Fachadas 0,65 (tijolo aparente) 1,07 W/ m2 K 315,8 kJ / m2 K MNIMO

Com relao s coberturas, so indicados parmetros para classicao do nvel de desempenhocomo mnimo (M), intermedirio (I) e superior (S), determinado de acordo com a transmitncia trmica, emfuno da absortncia. A norma tambm recomenda que elementos com capacidade trmica maior ou iguala 150 kJ/(m2 K) no sejam empregados sem isolamento trmico ou sombreamento. A Tabela 2.3 comparaos valores de referncia da NBR 15575 com os valores calculados para os trs tipos de cobertura existentesna Casa Eciente. Nestes casos, a classicao do projeto foi considerada de nvel intermedirio para acobertura cermica existente no quarto de casal e de nvel superior para as demais, tendo sido atendido ocritrio relativo capacidade trmica, pois todas as coberturas possuem isolamento trmico (Figuras 2.5 a2.7).

Com relao s reas de abertura, as recomendaes da norma s se aplicam aos ambientes delonga permanncia: salas, cozinhas e quartos. obrigatria a existncia de dispositivos de sombreamentonas janelas dos quartos, de forma a permitir o controle do sombreamento, ventilao e escurecimento, acritrio do usurio, como por exemplo, venezianas. Nestes casos, a norma recomenda aberturas mdias,com rea efetiva de ventilao equivalente a 8% de rea de piso dos ambientes, no mnimo. Observando-seos dados da Tabela 2.1 verica-se que apenas o quar to de casal no atenderia este critrio, pois possui reaefetiva de abertura para ventilao equivalente a 6% da rea do piso.

Por m, uma vez que todas as esquadrias possuem dispositivos de controle da insolao e venti-lao, o nvel mnimo de aceitao contemplado.


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TABELA 2.3 Propriedades termofsicas das coberturas e recomendaes construtivas (NBR 15575).

Componente Absortncia ()Transmitncia

trmica (U)Nvel de classicao

do desempenho

Recomendaes NBR 15575(ABNT, 2008) Coberturas

0,6

2,3 W/ m2 K MNIMO

1,5 W/ m2 K INTERMEDIRIO 1,0 W/ m2 K SUPERIOR

> 0,6

1,5 W/ m2 K MNIMO

1,0 W/ m2 K INTERMEDIRIO

0,5 W/ m2 K SUPERIOR

Cobertura cermica (quarto de casal) 0,65 0,57 W/ m2 K INTERMEDIRIO

Cobertura metlica (sala de estar/jantar) 0,20 0,87 W/ m2 K SUPERIOR

Telhado vegetado (quarto de solteiro) 0,55 0,82 W/ m2 K SUPERIOR

A NBR 15575 apresenta, ainda, os procedimentos de medio e de simulao. O procedimento

de medio consiste na medio da temperatura de bulbo seco no centro dos quartos e salas, a 1,20 mdo piso, no dia considerado dia tpico de projeto, no vero e no inverno. Esses dias so determinados emfuno da temperatura mxima e da temperatura mnima tpicas da localidade onde ser feita a medio. ANBR 15575 apresenta valores de temperatura a serem considerados como referncia para a seleo do dia

tpico das capitais brasileiras, obtidos a partir das Normais Climatolgicas. No caso de Florianpolis-SC,as temperaturas tpicas de vero e inverno so, respectivamente, iguais a 28,4C e 13,3C. Portanto, naanlise de desempenho por medio, o dia selecionado deve corresponder a um dia tpico de projeto, devero ou de inverno, precedido por pelo menos um dia com caractersticas semelhantes. A recomendaoda norma trabalhar com uma sequncia de trs dias e analisar os dados do terceiro dia, a m de garantirque a edicao entrou em regime permanente.

regme emete: quando uma edicao entra em regime permanente, signica que as condies trmicas das super-fcies internas (temperatura e uxo de calor) atingiram uma situao de equilbrio, mantendo os mesmos padres de compor-tamento aps uma sequncia de dias com caractersticas semelhantes quanto variao da temperatura, umidade e insolao.

A classicao do desempenho efetuada quando se comparam os valores mximos e mnimosdas temperaturas internas e externas registradas nos dias tpicos de vero e de inverno, respectivamente,conforme indicado na Tabela 2.4. A classicao mnima atribuda no vero, quando a temperatura mximainterna (Ti,mx) inferior mxima externa (Te,mx). J no inverno, o nvel mnimo atribudo quando a tempe-ratura mnima interna (T

i,min

) 3C mais elevada do que a temperatura mnima externa (Te,min

).

TABELA 2.4 Critrios para classicao do nvel de desempenho de edicaes no vero e inverno, com base no procedimento de medio (NBR 15575).

Nvel de classicaodo desempenho

Critrios para comparao entre temperaturas internas e externas

Vero: temperaturas mximas Inverno: temperaturas mnimas

Mnimo Ambiente interno exterior Ambiente interno (exterior + 3C)

Intermedirio Ambiente interno (exterior - 2C) Ambiente interno (exterior + 5C)

Superior Ambiente interno (exterior - 4C) Ambiente interno (exterior + 7C)


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Com relao instrumentao utilizada para o monitoramento da Casa Eciente, as medies detemperatura do ar nos ambientes internos foram realizadas com o auxlio de sensores portteis, armazenadoresde dados (data loggers) do tipo Hobo (Figura 2.12). Estes equipamentos armazenam os valores medidos, queso posteriormente transferidos para computador atravs de um programa computacional especco. Em cada

ambiente foi instalado um Hobo, posicionado a 1,8 m de altura em relao ao piso. Os Hobos foram programadospara adquirir as informaes em intervalos de 5 minutos. Posteriormente, foram calculadas mdias horrias dosvalores de temperatura, possibilitando a comparao com os valores da temperatura externa registrados pelaminiestao meteorolgica instalada ao lado da Casa Eciente (Figura 2.13).

Hb um equipamento do tipo data logger, capaz de medir earmazenar dados de temperatura do ar e umidade relativa do ar. OsHobos utilizados nestas pesquisas so da marca Onset Computer

Corporation, modelo Hobo U12, como os mostrados na Figura2.12. Para medio de temperatura, sua resoluo de 0,03C,com preciso de 0,35C

FIGURA 2.12 Sensores do tipo Hobo.

FIGURA 2.13 Miniestao meteorolgica da Casa Eciente.


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2.2.2.1. Classifcao do desempenho trmico no vero

Alm do critrio de seleo baseado na temperatura mxima diria, a seleo do dia tpico tambm levouem considerao as condies de ventilao s quais os ambientes internos encontravam-se sujeitos. Conformeser discutido no Captulo 3, a manipulao das esquadrias interfere diretamente na quantidade de ventilaoadmitida no interior da edicao, inuenciando o comportamento trmico dos componentes construtivos. Poreste motivo, foram realizados diversos experimentos na Casa Eciente, variando-se as condies de manipu-lao das esquadrias e observando-se o efeito sobre as temperaturas internas, resultantes de perodos de venti-lao diferenciados. Buscou-se ento selecionar um dia no qual a Casa Eciente foi mantida sob condies deventilao representativas do uso real de uma residncia ocupada, com as janelas abertas pela manh e pela

tarde, e fazendo uso da ventilao mecnica noturna nos quartos de casal e de solteiro, estratgia incorporadaao projeto com vistas a favorecer o resfriamento dos componentes da envoltria (ver Captulo 4).

Evt: fazem parte da envoltria todas as superfcies externas que compem a edicao: paredes, cobertura e aber turas. atravs desses componentes que se realizam as trocas trmicas com o ambiente externo, de modo que os materiais consti-tuintes da envoltria devem ser criteriosamente selecionados em funo de suas propriedades trmicas e exigncias do climaonde a edicao ser inserida.

Por m, considerando-se tais aspectos e as recomendaes da norma, selecionou-se o dia 27/01/08como dia tpico dentre os dados disponveis. Nesta data, a temperatura mxima externa foi igual a 27,5C,sendo precedida por dois dias com temperaturas mximas iguais a 27,2C e 26,9C. A Figura 2.14 ilustraa variao das temperaturas internas e externas entre os dias 25 e 27/01, indicando-se as temperaturasmximas externas dirias. Comparando-se estes valores com as temperaturas mximas registradas nosambientes internos, obtiveram-se os resultados apresentados na Tabela 2.5.

Temperaturadoar(C)

25/01-01h

25/01-04h

25/01-07h

25/01-10h

25/01-13h

25/01-16h

25/01-19h

25/01-22h

26/01-01h

26/01-04h

26/01-07h

26/01-10h

26/01-13h

26/01-16h

26/01-19h

26/01-22h

27/01-01h

27/01-04h

27/01-07h

27/01-10h

27/01-13h

27/01-16h

27/01-19h

27/01-22h

28

27

26

25

24

23

22

21

20

19

18

27,226,9

27,5

Exterior Sala Estar Sala Jantar Quarto Casal Quarto Solteiro

FIGURA 2.14 Dia tpico selecionado para classicao do desempenho trmico no vero (27/01/2008).


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TABELA 2.5 Classicao do nvel de desempenho dos ambientes no dia tpico de vero.

DadosAmbientes

Ambiente externo Sala estar Sala jantar Quarto casal Quarto solteiro

Temperaturas mximas (C) 27,5 25,5 25,3 26,0 24,7

Diferena em relao temperatura externa

-2,0 -2,2 -1,5 -2,8

Nvel de desempenho Intermedirio Intermedirio Mnimo Intermedirio

De acordo com os dados da Tabela 2.5, verica-se que os ambientes obedeceram ao critrio declassicao intermedirio, com exceo do quarto de casal, que foi classicado com nvel de desempenhomnimo.

2.2.2.2. Classifcao do desempenho trmico no inverno

Quanto ao dia tpico de inverno, foi selecionado o dia 07/06/08, cuja temperatura externa mnimafoi igual a 13,7C (Figura 2.15), sendo a temperatura mnima tpica de inverno igual a 13,3C. Nesta data,

todas as esquadrias da Casa Eciente foram mantidas fechadas, a m de se evitar a perda de calor parao ambiente externo.

A Tabela 2.6 indica as temperaturas mnimas alcanadas nesta data. Em comparao ao ambienteexterno, as temperaturas mnimas internas apresentaram diferenas de mais de 5C, obtendo-se as classi-caes intermediria e superior.

05/06-0

0h

05/06-0

3h

05/06-0

6h

05/06-0

9h

05/06-1

2h

05/06-1

5h

05/06-1

8h

05/06-2

1h

06/06-0

0h

06/06-0

3h

06/06-0

6h

06/06-0

9h

06/06-1

2h

06/06-1

5h

06/06-1

8h

06/06-2

1h

07/06-0

0h

07/06-0

3h

07/06-0

6h

07/06-0

9h

07/06-1

2h

07/06-1

5h

07/06-1

8h

07/06-2

1h

08/06-0

0h

282726

2524232221201918171615141312

13,5

15,2

13,7

Temperaturadoar(C)

Exterior Sala Estar Sala Jantar Quarto Casal Quarto Solteiro

FIGURA 2.15 Dia tpico selecionado para classicao do desempenho trmico no inverno (07/06/2008).


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TABELA 2.6 Classicao do nvel de desempenho dos ambientes no dia tpico de inverno.

DadosAmbientes

Ambiente externo Sala estar Sala jantar Quarto casal Quarto solteiro

Temperaturas mnimas (C) 13,7 20,5 20,7 21,4 20,4

Diferena em relao temperaturaexterna

6,8 7,0 7,7 6,7

Nvel de desempenho Intermedirio Superior Superior Intermedirio

De acordo com o procedimento de medio denido pela NBR 15575, a Casa Eciente teve seudesempenho trmico classicado de forma diferenciada para cada ambiente interno. Os resultados da classi-cao tambm foram diferenciados nos perodos de vero e inverno, destacando-se a sala de jantar e o quartode casal (Tabela 2.7) como os nicos ambientes classicados com nvel superior, o que ocorreu apenas noinverno. Entretanto, o quarto de casal foi o nico ambiente classicado com nvel mnimo no vero.

TABELA 2.7 Sntese dos resultados de classicao do nvel de desempenho trmico.

Nvel de classicao do desempenhoAmbientes/Classicaes

Sala estar Sala jantar Quarto casal Quarto solteiro

Nvel de desempenho: vero Intermedirio Intermedirio Mnimo Intermedirio

Nvel de desempenho: inverno Intermedirio Superior Superior Intermedirio

Convm salientar que o procedimento de medio fornece uma indicao do desempenho trmicodos ambientes internos de uma edicao, que est sujeito tambm a outros fatores intervenientes, almdas condies climticas externas. Ou seja, alm do critrio de seleo do dia tpico, baseado nos valores

de temperatura mxima no vero e mnima no inverno, a medio deve ser realizada em situaes quereproduzam os padres de uso reais da residncia, a m de evitar classicaes equivocadas.

Os dias tpicos de vero e de inverno foram selecionados aps a anlise de todo o conjunto dedados disponvel, resultante do monitoramento desenvolvido ao longo dos anos de 2007 e 2008. Deposse de um extenso conjunto de dados, devidamente acompanhados dos registros de uso e ocupao daresidncia, puderam-se escolher duas datas representativas de condies ideais de utilizao das esqua-drias, dispositivos de sombreamento e o uso combinado da ventilao natural e da ventilao mecnicano perodo noturno. Os resultados satisfatrios obtidos com a medio reetem tambm os benefcios daescolha criteriosa dos materiais que constituem as superfcies externas da edicao (paredes, cobertura,aberturas para ventilao), os quais obtiveram classicao satisfatria quando avaliados pelo mtodoprescritivo da NBR 15575.

Porm, mesmo um projeto bioclimtico pode ter seu desempenho trmico prejudicado quando asestratgias de condicionamento que incorpora no so utilizadas adequadamente. Outros experimentosrealizados pelo LMBEE demonstraram que o desempenho trmico desta edicao pode se alterar comple-

tamente quando as rotinas de aber tura das esquadrias so modicadas. Os resultados destes experimentossero apresentados nos Captulos 3 e 4 desta publicao e avaliam o impacto do uso inadequado da venti-lao natural e da insolao.


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Desempenho das estratgias bioclimticas de projeto: inrcia trmica e ventilao natural

3. Desempenho das estratgiasbioclimticas de projeto: inrcia

trmica e ventilao naturalAutores:

Juliana Oliveira BatistaRoberto Lamberts

Christhina Maria Cndido

O objetivo deste captulo consiste em descrever o comportamento trmico

da Casa Eciente como resultado de diferentes condies de ocupao euso. Atravs da anlise de variveis ambientais (temperatura, umidaderelativa e velocidade do ar) em perodos de vero e de inverno, podem seridenticados subsdios teis para o projeto de residncias localizadas emclimas semelhantes ao de Florianpolis-SC.

3.1. IntroduoA cidade de Florianpolis localiza-se na ilha de Santa Catarina, entre os paralelos de 2710 e 2750 de

latitude Sul e entre os meridianos de 4825 e 4835 de longitude Oeste. O clima caracterizado por NIMER (1979)

como Tropical Temperado subsequente, super mido, apresentando vero quente e inverno ameno, sub-seco.

No vero, o clima de Florianpolis caracterizado por temperaturas elevadas, sendo o ms de fevereiroconsiderado o mais quente do ano, cuja temperatura mdia corresponde a 29C (GOULART, 1993). Entretanto,a temperatura mxima pode ultrapassar os 36C no ms de janeiro. J a umidade do ar elevada, apresentandovalores superiores a 80% durante todo o ano. Nas situaes de calor, o objetivo manter as temperaturasinternas inferiores s temperaturas externas e evitar os ganhos de calor indesejveis, para no prejudicaro conforto dos usurios das edicaes. As altas temperaturas e a umidade relativa elevada demandam oemprego da ventilao cruzada no vero, enquanto a presena da radiao solar requer o sombreamento dasaberturas. Se por um lado a ventilao bem-vinda nos dias quentes e midos, deve-se bloquear a entradada insolao, para evitar ganhos de calor adicionais. Outro modo de reduzir os ganhos de calor atravs doisolamento trmico, com o uso de materiais isolantes que possuam elevada resistncia trmica nas paredes e,principalmente, na cobertura, a superfcie mais exposta radiao solar, para reduzir a transmisso do calordo exterior para o interior. Pode-se ainda empregar de forma combinada o isolamento com a inrcia trmica, ouseja, com materiais que possuam elevada capacidade trmica, possibilitando o atraso e o amortecimento douxo de calor que transmitido pelos componentes opacos. Nesse caso, porm, necessria precauo como uso da ventilao, pois caso a temperatura externa esteja mais elevada que a temperatura interna, h prejuzoimediato ao conforto trmico dos ocupantes, com a elevao da temperatura do ar interno. Alm disso, o calorpode ser acumulado na envoltria e posteriormente transmitido para os ambientes internos.


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Ccdde tmc uma propriedade dos componentes construtivos que indica a quantidade de calor necessria paraelevar sua temperatura em uma unidade, por cada unidade de rea. Quanto maior a capacidade trmica dos componentesde uma edicao (paredes e cobertura), maior sua inrcia trmica e, por conseguinte, maior o amortecimento dos picos detemperatura internos em relao aos valores correspondentes no ambiente externo.

Considerando-se tais aspectos, percebe-se a importncia de se incorporar ao projeto arquitetnicomecanismos que possibilitem manipular as condies de ventilao e iluminao natural sem prejudicaro conforto dos usurios, e estes devem manipular as aberturas e os dispositivos de sombreamento noshorrios adequados.

No inverno, a queda nas temperaturas e a incidncia de ventos com velocidade elevada nos perodosfrios, praticamente em todas as orientaes, demandam a adoo de outras estratgias para mantercondies adequadas de conforto nos ambientes internos (GOULART, 1993). Assim como no vero, nobasta um projeto adequado: as condies de uso tambm afetam o desempenho trmico da edicao. O

ms de julho considerado o ms mais frio, cuja temperatura mnima mdia corresponde a 13C. Nessecaso, recomenda-se o aproveitamento da insolao para aquecimento solar passivo, devendo-se restringira ventilao para evitar as perdas de calor. No inverno, o uso da massa trmica para aquecimento umaestratgia com elevado potencial de aplicao: pode-se acumular o calor nas paredes e coberturas, desdeque sejam constitudas por materiais com elevada capacidade trmica, controlando-se as condies deventilao e insolao para preservar as temperaturas mais elevadas nos ambientes internos.

A anlise bioclimtica, necessria para a denio de solues arquitetnicas capazes de promovera adaptao do projeto ao clima, requer a anlise de diversas variveis ambientais: temperatura e umidaderelativa do ar, insolao, incidncia e velocidade dos ventos predominantes. Diversas ferramentas podemser utilizadas para a realizao desta anlise, a exemplo da carta solar, destinada anlise da incidncia

da insolao nas aberturas e da carta psicromtrica. Sobre a carta psicromtrica so delimitadas diversaszonas, correspondentes aos limites da zona de conforto e aos limites de aplicao de cada estratgia.Inserindo-se os dados referentes s variveis climticas de um determinado local, possvel identicar quaisas estratgias bioclimticas mais adequadas para favorecer o confor to trmico.

Z de cft: as zonas de conforto limitam os parmetros fsico-ambientais, denindo limites nos quais o confortotrmico estabelecido. Podem ser representadas atravs de nomogramas e cartas bioclimticas. Vrios pesquisadores j sededicaram a identicar limites para a zona de conforto, destacando-se Olgyay (1968), Watson e Labs (1983) e Givoni (1992),entre outros. Para Givoni (1992), o limite mximo da zona de conforto para pases de clima tropical, a exemplo do Brasil, podeultrapassar os 29C, para velocidades do ar da ordem de 2 m/s.

A Figura 3.1 ilustra a carta de Florianpolis, onde foram inseridos dados referentes s 8.760 horas do anoclimtico de referncia. Para cada uma das estratgias bioclimticas indicadas h um percentual de horas relativoao total de horas do ano climtico de referncia. Para Florianpolis, as principais estratgias so a ventilao, com35,5%, para resfriamento, e a inrcia trmica e aquecimento passivo para ganho de calor, com 35,4%.

As estratgias bioclimticas mais recomendveis para o clima de Florianpolis foram incorporadasao projeto da Casa Eciente e puderam ser testadasin loco a par tir do monitoramento trmico desenvolvido


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pela equipe do LMBEE. Os resultados apresentados a seguir demonstram como ocorrem diversos fenmenosque caracterizam o desempenho trmico de uma edicao residencial, no vero e no inverno.

30

20

10

0 10 20 30 40 50

Temperatura de bulbo seco [C]

RazodeUmidadeW[g/k

g]

1) Conforto 20,8%

2) Ventilao 35,5%

4) Ventilao/massa trmica para resfriamento /resfriamento evaporativo 0,9%

5) Condicionamento articial 1,7%

7) Massa trmica para aquecimento / aquecimentosolar passivo 35,4%

8) Aquecimento solar passivo 3,8%

9) Aquecimento articial 1,5%

FIGURA 3.1 Carta bioclimtica de F lorianpolis.

3.2. Compreendendo o eeito da inrcia trmica no veroEdicaes cujos elementos construtivos possuem uma elevada capacidade de armazenamento de

calor, a exemplo da Casa Eciente, podem tirar proveito do efeito da inrcia trmica nos perodos quentespara favorecer uma menor elevao da temperatura interna. O efeito da inrcia trmica ocorre quando ospicos de temperatura em relao aos valores mximos e mnimos vericados no ambiente externo soamortecidos. Desse modo, a temperatura interna tem sua amplitude reduzida (diferena entre os valoresmximos e mnimos) e varia com valores prximos temperatura mdia externa do perodo. Para queesta estratgia obtenha resultados satisfatrios, de fundamental importncia considerar tambm quais ascondies de ventilao qual a edicao est sujeita.

A seguir, sero apresentados os resultados de dois experimentos de controle da ventilao na CasaEciente. No primeiro, a edicao foi mantida completamente fechada, com todas as suas janelas sombreadaspelas persianas e sem ocupao. No segundo experimento, as esquadrias foram mantidas abertas pela manhe pela tarde, permitindo a entrada da ventilao, inclusive nos horrios mais quentes do dia.

3.2.1. Noventilarnovero?

Observando-se a variao da temperatura externa e da temperatura interna no quarto de casal da CasaEciente entre os dias 27/12 e 31/12 de 2007 (Figura 3.2), pode-se observar o efeito da inrcia trmica no vero:o amortecimento e o atraso dos picos de temperatura no ambiente interno em relao ao ambiente externo.

Nesses dias, a Casa Eciente foi mantida completamente fechada, com todas as suas janelassombreadas pelas persianas e sem ocupao. Foram registradas temperaturas externas mximas superioresa 34C, enquanto as temperaturas internas mantiveram-se entre 26,7 C e 28,9C. A temperatura mdiaexterna para esta sequncia de dias foi igual a 27,3C, ou seja, a temperatura interna manteve-se prxima


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mdia externa. Tomando-se como exemplo o dia 28/12, quando a temperatura externa mxima foi igual a34,8 C s 15h, o amortecimento no pico de temperatura mxima foi de 6,8C, registrando-se a temperaturamxima interna igual a 28 C. Isto ocorre 2h aps o registro da temperatura mxima externa, indicando aocorrncia de atraso trmico na temperatura interna.

36353433323130292827262524232221

20

3635343332313029282726252423222120

amplitude externa:12,5C

Ambiente externo Quarto de casal

b) Variao das temperaturas em 28/12/2007

Ambiente externo

Quarto de casal

a) Variao das temperaturas entre 27/12 e 31/12/2007

28/12

amplitude interna: 1C

27/12 28/12 29/12 30/12 31/12

TEMPERATURAS EXTERNASXTEMPERATURAS INTERNAS

Dia 28/12/2007:

Temperaturas internas:

27C a 28CTemperaturas externas:22,3C a 34,8C

Sem ocupao

Sem ventilao

Esquadrias:fechadas e

sombreadas

FIGURA 3.2 Variao das temperaturas durante o perodo 27/12 a 31/12/07 (esquadrias permanentemente fechadas, assim como as persianas).

Estes efeitos foram obtidos devido a diversos fatores. Em primeiro lugar, graas s caractersticasconstrutivas da Casa Eciente, que alm de possuir componentes com elevada inrcia trmica, possui

tambm isolamento de l de rocha no interior das paredes duplas de tijolo macio, assim como na coberturade telha cermica do quarto de casal (composta ainda por manta reetiva de alumnio e forro de madeira).Tais caractersticas dicultam a transmisso dos uxos de calor do exterior para o interior. Mas, alm disso,as condies de uso no perodo, quando a edicao permaneceu desocupada, com todas as suas janelase portas fechadas e totalmente sombreadas, mantendo-se as persianas externas tambm fechadas a m deevitar quaisquer ganhos de calor, foram fundamentais para maximizar o efeito da inrcia trmica.

Observando-se as temperaturas externas registradas no perodo noturno, possvel identicar opotencial de aplicao de outra estratgia bioclimtica: a ventilao noturna. Em ambientes naturalmente venti-lados, a temperatura das superfcies internas tende a se aproximar da temperatura externa, devido s trocas decalor por conveco, de modo que essa estratgia bem-vinda quando as temperaturas externas so inferiores


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s internas. Conforme ilustrado na Figura 3.3, no intervalo entre 21h e 7h (destacado em azul), as temperaturasexternas so menores que as temperaturas internas. Com o emprego da ventilao noturna, favorecer-se-ia oresfriamento das superfcies internas nesses horrios, evitando o acmulo de calor na envoltria e facilitandoa absoro de uma nova onda de calor no dia subsequente. Alm disso, o uxo de ar direcionado para os

usurios favoreceria o conforto trmico exatamente no perodo em que o quarto estaria ocupado.3635343332313029282726252423222120

27/12

-03h00

27/12

-07h01

27/12

-11h03

27/12

-15h00

27/12

-19h02

27/12

-23h00

28/12

-03h03

28/12

-07h00

28/12

-11h02

28/12

-15h00

28/12

-19h01

28/12

-23h03

29/12

-03h03

29/12

-07h02

29/12

-11h00

29/12

-15h01

29/12

-19h03

29/12

-23h01

30/12

-03h02

30/12

-07h00

30/12

-11h01

30/12

-15h03

30/12

-19h01

30/12

-23h02

31/12

-03h00

31/12

-07h02

31/12

-11h03

31/12

-15h01

31/12

-19h02

31/12

-23h00

Ambiente externo Quarto de casal

Temperaturadoar(C)

FIGURA 3.3 Variao das temperaturas do ar externo e interno (quarto de casal). Em destaque, diferenas de temperatura no perodo noturno.

Entretanto, exatamente nesses horrios verica-se a ocorrncia de calmaria, ou seja, ausncia devento. Na Figura 3.4 esto indicadas as frequncias de ocorrncia de calmaria, ao longo das horas do dia,nos dias mais quentes do ano (meses de outubro a maro). Observa-se que a frequncia de ocorrncia maior entre 19h e 7h, mantendo-se superior a 25%.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

40%

35%

30%

25%

20%

15%

10%

5%

0%

Hora do dia

Percentualtotaldehorasdecalmaria

FIGURA 3.4 Frequncia horria de ocorrncia de calmarias de vento em Florianpolis (perodo: outubro a maro). Fonte: TRY Florianpolis (LabEEE, 2008).

aquv cmtc TrY (Tet refeece Ye) u a Cmtc de refec constitudo por dados climticos relativosa um ano real que melhor representa as condies climticas de uma determinada localidade. O TRY selecionado a partirde procedimentos estatsticos e contm dados horrios de temperatura, umidade relativa, radiao, ventilao, entre outrasvariveis, podendo ser utilizado tambm em simulaes de modelos computacionais.


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Como alternativa para aproveitar esse potencial de resfriamento tem-se como opo a ventilaomecnica noturna, que consiste na ventilao forada com o auxlio de insuadores, equipamentos desti-nados a insuar o ar externo e introduzi-lo no interior dos ambientes. Esta estratgia tambm foi aplicada naCasa Eciente e sua eccia ser avaliada no Captulo 4.

Convm salientar que o experimento ora apresentado representa a condio ideal para o aproveita-mento da inrcia trmica. Entretanto, em uma residncia efetivamente ocupada, mesmo com caractersticasconstrutivas semelhantes, as situaes normais de uso seriam diferenciadas, devido sua ocupao pelosusurios e admisso da ventilao e da radiao atravs da abertura das janelas. Tais interferncias

tambm foram observadas no monitoramento da Casa Eciente, conforme ser discutido a seguir.

3.2.2. Ventilarnovero?

Nos perodos quentes, o uso da ventilao pode prejudicar o desempenho trmico de edicaesconstrudas com materiais de elevada inrcia trmica, como o caso da Casa Eciente. Isto acontece porque

os componentes construtivos, principalmente paredes e cobertura, armazenam o calor advindo do exterior.Quando uma edicao est sob a inuncia da ventilao natural, as superfcies internas mantm

contato com os uxos de ar, cujas temperaturas correspondem temperatura externa. Na sequncia,ocorrem trocas de calor entre a superfcie e o ar nas proximidades, principalmente por conveco. Caso a

temperatura externa seja superior s temperaturas internas, a tendncia que essas trocas de calor resultemna elevao das temperaturas superciais internas com o acmulo de calor na parede.

Cvec um mecanismo de transferncia de calor que ocorre nos uidos (ar, gua, etc.). Nas edicaes, pode ocorrerdevido s trocas de calor entre as super fcies da edicao e o ar em movimento, introduzido pela ventilao natural.

A Figura 3.5 ilustra a incidncia dos ventos e suas respectivas velocidades no entorno da CasaEciente, no perodo compreendido entre 7 e 11/01/2008. Nesse perodo, a ventilao natural foi empregadapela manh (entre 9h e 12h) e tarde (entre 14h e 17h) incluindo os horrios nos quais a temperaturaexterna atingiu seus valores mximos. Com relao incidncia dos ventos, foram identicadas comodirees predominantes a Noroeste e a Norte, com velocidades predominantes nos intervalos acima de 0 at6 m/s, conforme ilustrado na Figura 3.5. Sob tais condies, as salas de estar e jantar eram os ambientesmais expostos inuncia da ventilao. Observa-se tambm que as velocidades mais frequentes do ventoconcentraram-se nas faixas at 4 m/s, identicando-se calmarias (velocidades = 0) em apenas 1% doperodo considerado (intervalo entre 9h e 17h).

Quando se avalia a incidncia dos ventos predominantes, deve-se observar tambm a incidncia daradiao solar. Em dias ensolarados, com a incidncia da radiao direta h uma tendncia para a elevao da

temperatura do ar externo que, uma vez em movimento, ir penetrar na edicao e contribuir para o aumentoda temperatura interna, caso esta esteja mais baixa em relao ao ambiente interno. Alm disso, a penetraoda radiao direta contribui para a elevao da temperatura interna e para o acmulo de calor nos componentesda envoltria, sendo que na Casa Eciente, todas as aberturas possuem dispositivos de sombreamento quebloqueiam a penetrao da radiao direta nos horrios mais quentes do dia (Figura 2.10).


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9 10 11 12 13 14 15 16 17

N NE E SE S SO O NO

F

requnciadeocorrncia

d) Frequncia de ventos por direo e horrio

c) Frequncia de velocidadesb) Frequncia de

ventos por direo

Incidncia do vento

a) Planta baixa

N

S

NE

SE

NON

NO

N

SO

O E

70%

60%

50%

40%

30%

20%

10%

0%

horas

50%

40%

30%

20%10%

0%

40%

30%

20%

10%

0%

V (m/s)0 > 0 e 2 > 2 e 4 > 4 e 6 > 6 e 8

FIGURA 3.5 Caracterizao da incidncia dos ventos predominantes: (a) em relao Casa Eciente; (b) frequncia por direo, (c) por velocidades

e (d) por direo e horrio.

Para o perodo em anlise, a Figura 3.6 indica os valores da radiao incidente no plano horizontal,variando entre 500 e 1100 Wh/m2, coincidindo com os valores do arquivo climtico de Florianpolis. Taisdados indicam a ocorrncia de dias ensolarados, de modo que a radiao entre os dias 7 e 11/1 representouuma contribuio signicativa para os ganhos de calor aos quais a edicao est sujeita.

00h

03h

06h

09h

12h

15h

18h

21h

00h

03h

06h

09h

12h

15h

18h

21h

00h

03h

06h

09h

12h

15h

18h

21h

00h

03h

06h

09h

12h

15h

18h

21h

00h

03h

06h

09h

12h

15h

18h

21h

00h

1200

1000

800

600

400

200

0

09/0107/01 08/01 10/01 11/01

2008 Ano Climtico de Referncia (TRY)

Radiaoglobalnoplanohorizontal(Wh/m2)

FIGURA 3.6 Radiao global sobre o plano horizontal: registros de 2008 e do ano climtico de referncia (TRY). Perodo: 7 a 11/1.

Pode-se obter uma indicao do impacto da ventilao nos perodos quentes ao se observar avariao das temperaturas internas, comparando-as ao limite mximo da zona de conforto, utilizando-secomo referncia o valor indicado por Givoni (1992) para pases tropicais: 29C. A Figura 3.7 ilustra a variao


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das temperaturas internas e externas no perodo considerado. Tomando-se como referncia as temperaturasregistradas no dia 10/1, destacado no grco, observa-se que as temperaturas internas ultrapassam o limitede 29C, vericando-se o efeito negativo da admisso da radiao e da ventilao nos perodos quentes.

07/01-00h

07/01-04h

07/01-08h

07/01-12h

07/01-16h

07/01-20h

08/01-00h

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08/01-08h

08/01-12h

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08/01-20h

09/01-00h

09/01-04h

09/01-08h

09/01-12h

09/01-16h

09/01-20h

10/01-00h

10/01-04h

10/01-08h

casa eficiente - bioclimatologia e desempenho termico

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