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Arquitetura bioclimática

Uma arquitetura bioclimática consegue aproveitar as características do seu clima local para trazer conforto ao ocupante com o mínimo de participação de condicionamento ativo, ou simplesmente se proteger adequadamente contra características contrárias. Por exemplo, uma casa em uma zona que é quente, deveria maximizar a ventilação natural e o uso de dispositivos de sombreamento a fim de diminuir, ou eliminar, a necessidade de ar condicionado.

Atualmente, o Brasil está dividido em 8 zonas bioclimáticas pela Norma ABNT NBR 15.220-3, na qual são descritas diretrizes construtivas (não normativas) das estratégias de construção de acordo com as características do clima local. Embora a Norma seja voltada para o uso residencial, seu conceito pode ser aplicado em qualquer tipologia de edifício.

Além disso, a arquitetura bioclimática também deve considerar a orientação e condições microclimáticas do lugar onde está. Por exemplo, a forma e a orientação do edifício deveriam ser concebidos de forma que áreas envidraçadas nas fachadas norte e oeste (onde o sol está mais forte) sejam reduzidas, ou adequadamente protegidas por dispositivos de sombreamento, para diminuir a carga térmica do ambiente. Esses projetos de sombreamento podem ser feitos a partir da carta solar. Já as aberturas para ventilação podem ser concebidas a fim de aproveitar os fluxos de ventos daquela região, conforme definidos pela carta de ventos.

Também deve-se considerar que o microclima é afetado por outros fatores no entorno da edificação. A presença de vegetação arbórea próxima às janelas ou um edifício de grande porte na vizinhança podem bloquear a incidência de luz solar em alguma fachada de interesse da construção ou alterar as correntes de vento locais, o que pode ter um grande impacto na análise de desempenho térmico. Um projeto arquitetônico que não leve em conta seu entorno pode prejudicar o conforto térmico do edifício, e/ou aumentar seu consumo de energia.

A Tabela abaixo apresenta um resumo das principais estratégias de arquitetura
para cada zona bioclimática. São apresentadas as seguintes variáveis na tabela:

U = Transmitância térmica [W/(m2.K)]

ϕ – Atraso térmico [horas]

FS0 – Fator Solar das Superfícies Opacas [%]

tabela para aspectos construtivos conceitos arquitetura bioclimatica

DEFINIÇÕES CHAVES

TRANSMITÂNCIA
TÉRMICA (VALOR-U)
ABSORTÂNCIA
TÉRMICA (α)
CAPACIDADE TÉRMICA
ATRASO TÉRMICO
FATOR
SOLAR (FS)
TRANSMISSÃO LUMINOSA

Transmitância Térmica (valor-U)

Para calcular a transmitância térmica de um elemento, é necessário calcular a Resistência Térmica (RT) das camadas que compõem um elemento construtivo. A resistência térmica é o inverso da transmitância térmica – ou seja, quanto maior a resistência térmica de um material, menor a sua transmitância. A resistência térmica depende diretamente das espessuras e dos materiais de cada uma das camadas que compõem um componente construtivo.

Cálculo da Resistência térmica

U=1/RT

Onde:
U = Transmitância térmica [W/(m².K)]
RT = Resistência térmica [(m².K)W]

RT=
e / λ

 

Onde:
RT = Resistência térmica da camada [(m².K)W]
e = espessura da camada [m]]
λ = condutividade térmica do material [W/(m.K)]

Exemplo de fachada: Argamassa interno 2,5cm, tijolo comum 19xm, argamassa externa 2,5cm.

Fonte: LAMBERTS, R.; DUTRA, L.; PEREIRA, F. O. R. Eficiência Energética na Arquitetura: 3.ed. PROCEL, ELETROBRAS, MME   hyper link

Utotal = 1/RT total

Onde:
RT total = RT1
+ RT2 + RT3

Onde:
U = Transmitância térmica da camada (em W/(m².K)
RT = Resistência térmica da camada (em m².K / W))
e = espessura do material (em m))
λ = condutividade térmica do material (W/m.K)

Os valores de condutividade térmica devem ser obtidos diretamente do fornecedor do material. Caso o fornecedor não tenha este valor, ou o material não tenha sido escolhido ainda, podem ser usados valores típicos de referência da norma ABNT NBR 15.220 ou do Guia Procel Edifica – Desempenho Térmico.
Em um elemento composto de 3 camadas, por exemplo: argamassa interna, bloco de cerâmico, e argamassa externa, será necessário somar a Resistência Total das 3 camadas antes de calcular a Transmitância Térmica.

Qual valor deveria escolher para seu projeto?

Quanto menor o valor, menor a entrada de calor do ambiente externo.

ABSORTÂNCIA TÉRMICA (α)

Quando a radiação térmica do sol incide em uma superfície, uma parte será refletida e uma parte será absorvida. A radiação absorvida provocará uma elevação da temperatura das superfícies interna e externa do material aumentando a temperatura radiante do ambiente interno. Com materiais translúcidos, há também uma parcela transmitida diretamente para o interior.
Para materiais construtivos, o valor de cada parcela é definido principalmente pela cor da superfície. Um material de cor escura tem um valor de absortância alto, absorvendo mais calor que um material de cor clara. Após ser absorvido, o calor será reemitido, com uma parcela reemitida para dentro e uma para fora. O quanto é reemitido depende da emissividade.
De forma geral, revestimentos de fachadas e coberturas deveriam ser escolhidos de acordo com sua Absortância (α), dando preferência a valores baixos, a fim de minimizar o ganho térmico ao ambiente. Superfícies brancas podem apresentar Absortância de 0,20 (20%), enquanto superfícies escuras podem chegar a 0,97 (97%).

O valor de Absortância deve ser fornecido pelo fabricante do revestimento (tinta, ou material construtivo se não houver revestimento). Tabelas de referências da norma ABNT NBR 15220-2 podem ser usadas em casos de ausência deste dado. Contudo, é importante atentar-se ao fato de que superfícies em condição de exposição tendem a ter a cor alterada, principalmente pela presença de resíduos, poluentes, dentre outros. A manutenção delas é, portanto, fundamental para que o valor de absortância se mantenha baixo.

Qual valor deveria escolher para seu projeto?

Quanto menor o valor, menor a entrada de calor do ambiente externo.

Capacidade Térmica

A capacidade térmica representa a capacidade de um certo material de reter calor. Está relacionada ao quanto de energia é necessário para elevar a temperatura daquele material em um grau Celsius, por uma unidade de área. Um material com alta capacidade térmica terá maior potencial de contribuir com a inércia térmica, ou seja, o armazenamento de calor.

CT =
e . c . ρ

Onde:
CT = Capacidade Térmica da camada [kJ/(m2.K)]
e = espessura da camada [m]
c = calor específico do material da camada [kJ/(Kg.K)]
ρ = densidade de massa aparente do material da camada [kg/m3]

Qual valor deveria escolher para seu projeto?

Quanto maior o valor, maior a capacidade de absorção de calor.

 

Atraso térmico

Atraso térmico é o quanto um material demora para absorver ou perder calor. Essa propriedade depende de suas Resistência e Capacidade Térmicas, sendo que, quanto maior forem estas variáveis, maior será o atraso térmico.

Assim, uma envoltória construída com materiais que apresentem atraso térmico significativo tornará seu ambiente interno menos susceptível a variações de temperatura externas, pois seus picos de calor e frio serão atrasados em relação ao ambiente externo, além de serem amenizados (amortecidos).

Na prática, o conforto térmico do ambiente construído melhorará, pois seus ocupantes terão menor sensação de calor ou frio extremos, além de terem mais tempo de se acostumarem às variações de temperatura. O conjunto dessas propriedades definem a inércia térmica.

Fator Solar (FS)

O ganho solar transmitido a um ambiente pela transmissão de radiação solar direta é geralmente a maior carga térmica de um ambiente. Dependendo da transmissividade (τ), Absortância (α) e refletividade do vidro (ρ), apenas uma proporção da radiação solar será transmitida ao ambiente. Essa proporção é definida como o Fator Solar (FS), que deve ser solicitado ao fabricante do vidro que está sendo considerado.

Q solar =
FS x I solar

Onde:
Q solar = Ganho de radiação solar no ambiente (em W/m²)
FS = Fator Solar do vidro (obtido pelo fabricante)
I solar = Radiação solar externa, incidente na superfície

Portanto, quanto mais baixo o Fator Solar, menor o ganho solar por radiação e menor a carga térmica do ambiente.
O Fator Solar varia entre 0 e 1, em que zero representa transmissão de calor nula. Um vidro comum tem um Fator Solar de aproximadamente 0,87[3].

Há também um outro indicador da transmissão de radiação solar transmitida a um ambiente que é comumente usado: O SHGC (Coeficiente de Ganho de Calor Solar). Ele indica a quantidade de radiação solar transmitida em relação a um vidro comum. Portanto, um valor de SHGC de 1 quer dizer que o vidro tem a mesma transmissão de radiação solar que um vidro comum).

Qual valor deveria escolher para seu projeto?

Quanto menor o valor, menor a entrada de calor do sol.

Transmissão Luminosa

A transmissão luminosa (em %) define o percentual de luz visível capaz de atravessar um elemento transparente ou translúcido. De influência direta sobre o desempenho lumínico de um ambiente, este valor deve ser fornecido pelos fabricantes.

Geralmente, quanto mais baixo o Fator Solar, mais baixa também a transmissão luminosa. Portanto, estudos de viabilidade de vidros com proteção solar têm que considerar o impacto na iluminação natural do ambiente, por exemplo através de simulações.

Qual valor deveria escolher para seu projeto?

Quanto maior o valor, maior a entrada de luz natural…

NORMAS RELEVANTES

ABNT NBR 15.220 “Desempenho térmico de edificações”

ABNT NBR 15.575 “Edificações habitacionais – Desempenho”

ABNT NBR 15.215 “Iluminação Natural”

ABNT NBR 10.821 “Esquadrias eficientes para edificações”

Códigos de Obras do município onde está sendo ou será construído o edifício.