Equinócio de Outono: 20 e 21 de março. Solstício de Inverno: 20 e 21 de junho.
Inverno 20 de junho a 22 de setembro. Primavera 22 de setembro a 21 de dezembro.
Equinócio de Primavera: 22 e 23 de setembro. Solstício de Verão: 20 e 21 de dezembro.
A+
Solstício: Quando a Terra recebe uma quantidade maior de luz sobre um dos hemisférios, marcando o verão num hemisfério e inverno noutro.
Equinócio: Quando os raios solares atingem com grande intensidade a zona intertropical, o que favorece uma uniformidade quanto à quantidade de luz e calor recebida pelos dois hemisférios, marcando outono num hemisfério e primavera noutro.
Fonte: Livro Eficiência Energética na Arquitectura, 2014.
Mesoclima: Clima local;
Reflete a influência das condicionantes de Florianópolis: Cidade litorânea, urbanizada em meio à natureza, e de relevo acidentado, nas variáveis climáticas, que serão analisadas especificamente para o caso do Florianópolis.
Florianópolis Localização
Coordenadas: 27° Latitude Sul | 48° Longitude Oeste
Clima
Macro Clima: Clima Temperado Úmido com Verão Quente (Cfa).
De acordo com a Classificação Climática de Köppen:
1. Localização da cidade de Florianópolis no estado de Santa Catarina e no Brasil. Fonte: Wikipedia 2. Zoneamento Bioclimático Brasileiro. Fonte: NBR 15.220-30. Zona Bioclimática: ZB3
As zonas bioclimáticas brasileiras baseiam-se nos macro climas e têm o objetivo de determinar quais estratégias um projeto deve seguir para alcançar conforto térmico na edificação.
De acordo com a Norma da ABNT de Desempenho térmico de edificações - Parte 3: Zoneamento bioclimático brasileiro e diretrizes construtivas para habitações unifamiliares de interesse social, as principais recomendações construtivas para a ZB3, são:
➔ Aberturas para ventilação de dimensões médias, com sombreamento destas aberturas no verão mas de forma a permitir o sol de inverno;
➔ Necessidade de ventilação cruzada no verão;
➔ Uso de paredes e coberturas de inércia térmica leve, sendo as coberturas idealmente isoladas e as paredes externas refletoras da radiação solar;
➔ Grande inércia térmica nas vedações internas; ➔ Aquecimento solar;
Análise do Mesoclima através de ferramentas
O conjunto de dados climáticos de uma determinada cidade pode ser compilado num arquivo chamado Ano Climático de Referência (Test Reference Year – TRY), que se torna base para a elaboração de arquivos climáticos em softwares de simulação de desempenho de edificações, e também outras ferramentas, que serão utilizadas a seguir.
Carta Bioclimática | Software Climate Consultant - U.S. Department of Energy Uma Carta Psicrométrica apresenta três variáveis do clima de um determinado local, simultaneamente:
A temperatura de bulbo seco (TBS) - indicando a temperatura sem considerar a umidade; A umidade relativa do ar (UR);
A temperatura de bulbo úmido (TBU) - indicando a temperatura dessa vez considerando a umidade;
Além da razão de umidade em g/kg.
A análise dessas variáveis e o apontamento de quais são as estratégias de projeto mais adequadas, torna a Carta Psicrométrica uma Carta Bioclimática, uma ferramenta
primeiramente desenvolvida por Olgyay em 1963 e que foi desenvolvida ao longo do tempo
por outros profissionais. O Climate Consultant, no caso, refere-se a Milne-Givoni, Givoni,
Lechner, e Stein-Reynolds.
Fonte: Livro Eficiência Energética na Arquitectura
A Carta Bioclimática divide-se em 9 zonas, cada qual associada a uma estratégia de projeto que deverá ser analisada.
Carta Bioclimática de Florianópolis - ANUAL
Apontando estratégias considerando as médias dos doze meses do ano. A Carta, indica que:
➔ Em 8.9% das horas há conforto térmico naturalmente;
➔ Resfriamento através de ventilação mecânica forçada é necessário em 28.2% das horas;
➔ Ganho interno de calor em 34,7% das horas;
➔ Ganho solar passivo direto em alta massa em 12.8%; ➔ Desumidificação em 26.8%;
➔ Resfriamento artificial em 13.7%; ➔ Aquecimento artificial em 2.3%.
Ao analisar em detalhe as estratégias para cada estação do ano em separado, observa-se a importância da adoção destas estratégias acima, pois todas elas repetem-se em cada estação, com necessidades de intensidades diferentes. Logo, é indispensável que o projeto bioclimático adote estas estratégias e permita uma dinâmica de substituição entre elas, para que a edificação seja eficiente e confortável durante todo o ano.
Carta Bioclimática de Florianópolis - POR ESTAÇÃO
Verão
➔ Em apenas 2% das horas há conforto naturalmente;
➔ Resfriamento através de ventilação mecânica forçada é necessário em 39.0% das horas;
➔ Ganho interno de calor em apenas 4.1% das horas; ➔ Ganho solar passivo direto em alta massa em 2.4%; ➔ Desumidificação artificial em 37.1%;
➔ Resfriamento artificial em 36.5%;
Outono
➔ Em 9.1% das horas há conforto naturalmente;
➔ Resfriamento através de ventilação mecânica forçada é necessário em 30.8% das horas;
➔ Ganho interno de calor em 32.8% das horas;
➔ Ganho solar passivo direto em alta massa em 14.2%; ➔ Desumidificação em 30.3%;
➔ Resfriamento artificial em 9.9%;
Inverno
➔ Em 11.9% das horas há conforto naturalmente;
➔ Resfriamento através de ventilação mecânica forçada é necessário em 8.1% das horas; ➔ Ganho interno de calor em 67.8% das horas;
➔ Ganho solar passivo direto em alta massa em 21.7%; ➔ Desumidificação em 7.3%;
➔ Resfriamento artificial em apenas 1.0%; ➔ Aquecimento artificial em 6.5%.
Primavera
➔ Em 11.2% das horas há conforto naturalmente;
➔ Resfriamento através de ventilação mecânica forçada é necessário em 36.3% das horas;
➔ Ganho interno de calor em 30.7% das horas;
➔ Ganho solar passivo direto em alta massa em 12.1%; ➔ Desumidificação em 32.0%;
➔ Resfriamento artificial em 7.6%;
Carta Solar | Software Analysis SOL-AR - LabEEE
As Cartas Solares são representações do percurso do Sol na abóbada celeste nas diferentes horas do dia e períodos do ano, e é específica para a latitude do local.
Há vários tipos de Carta Solar, neste caso é utilizada a de projeção estereográfica, a qual fornece dois ângulos que serão usados para encontrar a orientação do raio solar em determinado momento do dia:
O Azimute Solar (a) - em relação ao norte, e que mostra a direção do raio solar, sendo indicado no anel externo;
E a Altitude solar (h) - em relação à superfície, e que mostra a inclinação desse mesmo raio, sendo indicado num seguimento na parte inferior.
A Carta também conta com uma malha, para localizar determinada data e hora (das 6hrs as 18hrs), sendo a faixa colorida, a trajetória solar em si, e considera-se que a edificação encontra-se no centro da carta.
Fonte: Livro Eficiência Energética na Arquitectura, 2014.
Trajetória Solar em Florianópolis - TEMPERATURA
Até 21 de junho.
Após 21 de junho.
Trajetória Solar em Florianópolis - RADIAÇÃO GLOBAL HORIZONTAL Até 21 de junho.
Após 21 de junho.
Observa-se que as temperaturas refletem as intensidades da radiação global, onde quanto mais forte a radiação, maior a temperatura, e que estes valores mais elevados encontram-se em torno do meio-dia.
Com o intuito de se obter mais clareza em relação à trajetória solar que impacta cada orientação solar, é possível analisar a carta solar em partes:
Temperaturas Norte
Até 21 de junho. Após 21 de junho.
Sul
Até 21 de junho. Após 21 de junho.
A orientação norte recebe radiação solar ao longo de todo o dia, considerando o movimento do sol de leste a oeste.
A maior concentração de radiação ocorre por volta do meio dia, o que acarreta em temperaturas mais altas, principalmente até 21 de junho, durante verão e outono. A orientação sul recebe radiação apenas no início e no fim do dia, com temperaturas médias no verão e outono, e baixas no inverno e primavera, e caracteriza-se por raios solares de angulação mais elevada.
Leste Oeste
Até 21 de junho. Após 21 de junho. Até 21 de junho. Após 21 de junho.
As orientações leste e oeste recebem respectivamente o sol da manhã e o da tarde, com uma angulação rasante. Observa-se a maior radiação e temperatura na orientação oeste, no verão e outono.
Estratégias de Proteção Solar
Visto que as aberturas conformam uma tênue separação entre o exterior e interior das edificações, sua proteção frente a radiação solar direta é de suma importância para a manutenção do c onforto térmico no interior destas edificações.
Brises
Elementos internos ou externos, móveis ou fixos, os brises geralmente são formados por aletas.
Para a fachada norte, com grande incidência solar ao longo de todo o dia, numa posição mais a pino, sugere-se brises horizontais.
Para a fachada sul, com incidência solar muito menor, concentrada no início e fim do dia, sugere-se brises móveis, para barrar o sol quando necessário e permitir a iluminação natural no restante das horas.
Para as fachadas leste e oeste, com incidência solar numa posição rasante, sugere-se brises verticais.
Fonte: http://www.edifique.arq.br, 2017. Fonte: Livro Eficiência Energética na Arquitectura, 2014.
Instalando-se o brise no interior da edificação, estes tendem a se conservar por mais tempo, sua limpeza é mais simples e pode-se deixar a fachada livre para ser toda envidraçada.
No entanto, como a função primordial dos brises é proteger a edificação da radiação, cujo calor é absorvido e transmitido através do envelope da mesma, sugere-se que os brises sejam colocados no exterior das edificações.
Elementos Vazados
Fixos frente às aberturas, ou conformando paredes de equilíbrio entre privacidade e permeabilidade.
Geralmente decorativos, os conhecidos como cobogós costumam ser de concreto ou cerâmica, bastante populares por seu baixo custo e grande durabilidade, e de presença marcante nas técnicas construtivas brasileiras, enquanto os muxarabis são cobogós de origem árabe, e costumam ser de madeira ou ferro.
Chapas e Malhas
Há opções de chapas de aço ou alumínio com furos redondos, quadrados, retangulares, em formatos decorativos, etc. As malhas metálicas são gradis maleáveis, como se fossem telas.
Estratégias de Aquecimento Solar
Na análise do Climate Consultant, é indicada a necessidade de ganho solar passivo em 12.8% das horas anuais, 21.7% das horas do inverno. Sem a possibilidade de ganho solar, ¼ das horas de inverno encontrarão-se fora da zona de conforto, no entanto, se sempre houver ganho solar, haverá desconforto por temperatura demasiadamente alta, em especial no verão. Logo, o ideal é que o ganho solar seja ajustado para cada estação e ainda, idealmente, para cada necessidade ao longo do dia. Uma boa estratégia é definir uma porção da envoltória da edificação para receber ganho solar de maneira controlada. Para realizar este controle podem ser usados cobogós, grandes venezianas, brises, etc.
Existe a possibilidade de utilizar a vegetação, com espécies que perdem suas folhas no inverno, permitindo a passagem dos raios solares. O ganho solar também pode ser direto, com os raios solares incidindo diretamente sobre aberturas ou paredes com alta transmitância, ou indireto, através de paredes com alta massa que irão receber os raios, armazenar calor e o liberá-lo aos poucos para o interior da edificação, ou através de ambientes de transição, como jardins de inverno.
Estratégias de Iluminação Natural
A utilização de luz natural reduz a necessidade de luz artificial, e pode ser otimizada considerando-se a incidência de luz em cada orientação solar.
Ventos Predominantes | WINDFINDER
Os ventos predominantes têm sua frequência determinada pelas estações, e sofrem variações relativas à localidade onde se pretende estudar a implantação de uma edificação, considerando o relevo e massas vegetais.
WINDFINDER é um site que disponibiliza estatísticas de vento baseadas em observações reais de estações meteorológicas, como a do Aeroporto de Florianópolis, e permite a observação destas estatísticas no período de um ano e também mês a mês:
Ventos Predominantes em Florianópolis - Anual
Observa-se que há predominância do vento norte na maior parte dos meses, no entanto há uma presença considerável do vento sul no mês de março, no fim do verão.
Sabe-se que apesar de menor presença do vento noroeste, este caracteriza-se por ter grande intensidade, e que o vento sul, influi muito na queda das temperaturas por caracterizar-se por ser mais frio e seco.
Verão
Outono
Inverno
Estratégias de Ventilação no Entorno do Edifício
Os fluxos de vento criados pelas volumetrias dos edifícios exerce uma grande influência no conforto de permanência ao redor do edifício e também em suas áreas externas como térreos livres e terraços.
Fonte: Livro Eficiência Energética na Arquitectura, 2014.
Estratégias de Ventilação Cruzada
Uma vez apontada como estratégia essencial para a garantia de conforto térmico, pelas diretrizes da ZB3 e pela análise do Climate Consultant, e observando a predominância dos ventos em Florianópolis, pode-se propor sistemas de ventilação cruzada que levem em conta a entrada de vento especialmente pelas fachadas norte e sul, no verão, e lembrando que é necessário poder controlar esta ventilação para que não seja desconfortável em períodos frios do dia, ou no inverno.
Estratégias Pontuais de Ventilação
Elemento Redutor de Velocidade. TAMANINI (2009). Peitoril Ventilado. TAMANINI (2009). Sistema de sombreamento para fachadas ventiladas. Fonte: www.arcstructures.com (2017).
Estratégias de Resfriamento Evaporativo
A Carta Bioclimática indica a necessidade de resfriamento através de ventilação mecânica forçada em 28.2% das horas anuais, e em 39.0% das horas no verão. Uma maneira de potencializar este resfriamento é através do resfriamento evaporativo, onde o ar cede energia através de calor para que a água evapore, o que resulta na formação de uma corrente de ar mais fria. É uma estratégia coerente para Florianópolis apenas em dias quentes e secos, pois seu clima já é naturalmente úmido. Pode ser direto, quando a corrente de ar adentra a edificação, ou indireto, quando há o resfriamento de um componente da mesma, como um telhado, que por sua vez irá transmitir menos calor para o interior da edificação.
As chuvas são exemplo de sistemas de resfriamento evaporativo tanto direto quanto indireto. Uma boa estratégia, considerando o clima de Florianópolis, é criar um sistema de resfriamento, direto ou indireto, que possa ser controlável.
Precipitação | Climate-Data.Org
O índice de precipitação anual de Florianópolis fica em torno de 1500mm , o que significa um clima com umidade relativa anual alta, em torno de 85%.
A presença de litoral e duas lagoas extensas, a do Peri e a da Conceição, são as causas de um ativo processo de evaporação, gerando chuvas equitativamente distribuídas ao longo do ano.
Não há estação seca, sendo o verão geralmente a estação que apresenta o maior índice pluviométrico, com elevadas precipitações de janeiro a março, com médias acima de 160 mm mensais, enquanto de abril a agosto há pouca variação, com médias entre 70 mm e 140 mm, e onde ocorrem os valores mais baixos.
Sabe-se que as chuvas de verão costumam ser diárias e de curta duração, enquanto as de inverno, provocadas pela ação direta das frentes polares, costumam ser intermitentes durante dois ou mais dias. Estas frentes polares, também adentram o território em qualquer época do ano, gerando mudanças bruscas de tempo.
Relação da Temperatura (em graus Celsius e graus Fahrenheit) e o Índice Pluviométrico (em mm) ao longos dos doze meses do ano em Florianópolis.
Fonte: Climate-Data.Org
Estratégias de Captação de Água da Chuva
O alto índice pluviométrico de Florianópolis indica seu potencial para captação de água da chuva.
Umidade Relativa do Ar
| Software Climate Consultant - U.S. Department of Energy
Observa-se uma alta umidade relativa do ar, numa média anual em torno de 85%, indicada em pontilhado verde nos gráficos, acima da zona de conforto, em
todos os meses do ano, enquanto a temperatura de bulbo seco (sem considerar a umidade) encontra-se próxima e às vezes incluída, na zona de conforto. Estes dados reforçam o que foi indicado anteriormente pelas Cartas Bioclimáticas, quanto à necessidade de sistemas de desumidificação, ventilação, e ar condicionado, especialmente no verão, no outono e na primavera.
Temperatura | Software Climate Consultant - U.S. Department of Energy O clima temperado, e a proximidade com o mar, com sua grande capacidade térmica, grande transparência à radiação solar e a transferência de calor gerada pelo processo de evaporação e condensação, influem na baixa
oscilação térmica em Florianópolis ao longo do ano. Há certa amplitude térmica ao longo do dia em consequência dos ventos e precipitações mas pouca se comparada a outros tipos de clima.
Médias das Temperaturas Mensais - Bulbo Úmido (temperatura do ar levando em conta a umidade)
Observa-se que as médias das temperaturas, indicadas em verde e amarelo, avançam para fora da zona de conforto, indicada em cinza, em torno de 20°C a 24°C, em todos os meses. No verão, em geral são mais altas que o confortável, no outono e inverno mais baixas, e na primavera é quando estão mais próximas da zona de conforto, apesar de apresentarem também temperaturas tanto mais altas quanto baixas que a zona de conforto.
A média de variação da temperatura anual, na coluna em branco, está indicada entre 10°C e 30°C.
E aproximadamente, tem-se: ➔ No verão, entre 17°C a 32º, ➔ No outono, entre 7°C a 27°C; ➔ No inverno, entre 9°C a 29°C; ➔ E na primavera, entre 13°C e 30°C.
A partir destas análises, faz-se evidente a importância de projetar estratégias tanto para o frio quanto para o calor, e que dentro de cada estação há certa amplitude térmica a ser considerada, porque mesmo com a diferenciação das estações, estas por muitas vezes ainda mesclam-se devido às demais variáveis climáticas: Há temperaturas abaixo da zona de conforto em certos dias de verão e dias acima em dias de inverno.
Estratégias de Inércia Térmica
A inércia térmica significa a atenuação das variações de temperatura, diferente do isolamento, que impede a passagem de calor de um lado para outro.
A quantidade de massa de um componente o confere maior inércia térmica, como é o caso de paredes de maior espessura, de concreto ou alvenaria convencional.
➔ Inércia Térmica associada ao Isolamento
“Ao forrar a parede interna com um isolante térmico de 5 cm, que pode ser poliuretano expandido, lã de vidro ou lã de rocha, a inércia térmica da parede será anulada. Porque o calor produzido dentro da casa ou a radiação solar que entrou pela janela não serão absorvidos pela parede. Mas, com o emprego do isolante térmico do lado externo da parede, tem-se o aumento do isolamento térmico e a manutenção da inércia térmica.” (AKUTSU, 2017)
Uma estratégia coerente para Florianópolis é utilizar paredes externas isoladas, independente da massa, e paredes internas com alta massa e por conseguinte, inércia térmica, além de coberturas isoladas.
Estratégias de Condicionamento de Ar
Como indicado pela análise da Carta Bioclimática, o condicionamento de ar será necessário principalmente no verão, em 36.5% das horas. Dessa forma, faz-se necessário a consideração em projeto, de que os ambientes possam ter boa estanqueidade, tornando mais eficiente a utilização do equipamento.
Nebulosidade
A nebulosidade é um importante fator a ser considerado em cálculos posteriores de sistemas de aquecimento solar de água ou captação de energia solar, além de influenciar as estratégias de insolação.
A média de variação da nebulosidade anual, na coluna em branco, está indicada entre 35% e 90% de cobertura do céu.
Ao observar estação a estação, vê-se que a amplitude de nebulosidade também é grande em cada uma delas, principalmente no outono e em seguida, no inverno, variando desde valores de baixa nebulosidade a alta, enquanto há predominância de alta nebulosidade no verão e na primavera.
Conclusões sobre as Análises e Estratégias Bioclimáticas
Observa-se que são muitas estratégias possíveis a serem tomadas, e deve-se considerá-las desde o momento inicial da concepção do projeto.
De modo geral, para Florianópolis, as principais estratégias necessárias para atingimento do conforto térmico, são:
➔ Boa ventilação cruzada;
➔ Controle adequado de insolação e sombreamento; ➔ Isolamento térmico na envoltória;
➔ Massa térmica nas repartições internas.
Além disso, observou-se que Florianópolis tem potencial para a instalação de sistemas sustentável como captação de água da chuva, aquecimento solar de água e captação de energia solar.
7.2 TECNOLOGIAS DE BAIXO IMPACTO
ESTUDO DE TÉCNICAS CONSTRUTIVAS Introdução: Construção Sustentável
Racionalização de Recursos: Sistemas Pré-Fabricados Passo-A-Passo de um Sistema Pré-Fabricado