Como já foi referido anteriormente o objetivo dos sombreamentos e das obstruções solares consiste em diminuir a quantidade de radiação solar que incide nos envidraçados, ou seja, que
12 Influência dos Elementos de Obstrução no Desempenho Térmico da Parede de Trombe. a incidência da radiação solar não se faça diretamente sobre o vidro e na redução das perdas térmicas durante os períodos noturnos no Inverno, através dos elementos de obstrução. Quando a parede de Trombe tem uma proteção solar ativa fica impedido esse contacto, sendo assim, diminuída a energia solar absorvida por esta e transmitida para o interior do edifício nas alturas em que não é precisa, ou seja, quando as temperaturas no interior do edifício são superiores às de conforto.
A morfologia da própria parede de Trombe também pode ser uma forma de criar um sistema de sombreamento, O. Saadatian et al [6] realizaram estudos com uma parede de Trombe em ZigZag (figura 6). Esta parede é projetada para reduzir os ganhos excessivos de calor nos dias mais quentes. É constituída por 3 secções, uma virada para sul e as outras duas construídas lateralmente de modo a criar 2 Vs. A face virada para sudeste possui uma janela que permite a absorção de calor e de luz durante a manha quando o aquecimento imediato é necessário. As restantes paredes que formam o V são paredes de Trombe que armazenam o calor durante o dia para libertar durante a noite. [6]
Figura 6 - Parede de Trombe em ZigZag [6]
As persianas (exteriores) são os dispositivos de obstrução mais utilizados nos envidraçados dos edifícios em Portugal. Este é um dispositivo que permite criar um espaço entre a persiana e o vidro capaz de refletir grande parte da radiação solar incidente. Para o resultado ser o mais positivo possível é necessário que a persiana seja opaca e de cor clara, podendo assim diminuir significativamente a passagem da radiação solar e também diminuir a absorção.
Existem vários tipos de sombreamentos e obstruções, como por exemplo ripas de madeira como se pode ver na figura 7. Para além deste existem também sombreamentos horizontais e verticais (palas), vegetação, obstruções exteriores (portadas, persianas ou estores), obstruções interiores (cortinas, estores de lâminas, portadas de madeira, persianas de madeira).
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Figura 7 - Exemplo da aplicação de um sistema de sombreamento [7]
F. Stazi et al [8], realizaram um estudo do comportamento da parede de Trombe em condições de verão e a sua influência no conforto térmico no interior do edifício e nos consequentes consumos de energia necessários para garantir o mesmo. Neste estudo são comparadas ao mesmo tempo duas paredes de Trombe, fazendo variar alguns parâmetros constituintes destas, como o sombreamento, a ventilação e as condições operacionais. Este estudo mostrou que o uso combinado de sombreamentos horizontais, persianas e ventilação na parede de Trombe podem assegurar um conforto térmico satisfatório e permitem a redução da energia necessária para o arrefecimento do edifício em 72,9% e 63,0% para um nível de pouca ou muita insulação respetivamente.
Os mesmos autores realizaram também um estudo experimental para analisar o comportamento das paredes de Trombe em edifícios residenciais com diferentes níveis de isolamento [9]. Este estudo teve como objetivos investigar o comportamento térmico da parede de Trombe, a avaliação da influência desta na energia necessária para o aquecimento e o arrefecimento necessários para garantir o conforto térmico no interior do edifício e a análise e otimização do comportamento da parede de Trombe num edifício variando os níveis de isolamento. O sistema era constituído por uma parede de betão com 40 cm de espessura pintada de cor preta no lado exterior, uma caixa-de-ar com 10 cm de espessura e por um vidro duplo no exterior, como se pode ver na figura 8. A parede acumuladora tem ainda na sua constituição aberturas para a ventilação no topo e no fundo para ativar a termo circulação do
14 Influência dos Elementos de Obstrução no Desempenho Térmico da Parede de Trombe. ar, bem como persianas e sombreamentos horizontais para permitir o controlo da radiação solar.
Figura 8 - Vista exterior da parede de Trombe [9].
Os resultados deste estudo demonstraram que a parede de Trombe permite economizar energia necessária para o aquecimento e favorece o conforto térmico no edifico durante os períodos de inverno e das restantes estações intermédias (primavera e outono). Conclui-se também que a utilização do vidro duplo permite introduzir uma melhoria muito significativa na performance da parede [9]. Durante o período de verão, através do uso de sombreamento e ventilação da caixa-de-ar, foi possível obter condições de temperatura no interior do edifício dentro dos parâmetros de conforto adequado. A utilização de sombreamentos e ventilação na parede permitem reduzir as desvantagens e ao mesmo tempo melhorar o conforto no interior do edifício.
B. Chen et al [10] realizaram um estudo sobre o efeito do sombreamento colocado na caixa- de-ar da parede de Trombe em condições de inverno. O desempenho térmico desta parede foi analisado para diferentes temperaturas e ganhos térmicos. Os resultados obtidos apoiaram a ideia de que o uso da proteção na caixa-de-ar da parede de Trombe é uma maneira eficiente de melhorar as características térmicas da parede (figura 9), pois permite reduzir a perda de energia por convecção da caixa-de-ar e impedir a transferência dessa mesma energia por radiação para o exterior. Através da análise dos resultados obtidos foi possível concluir que a presença da persiana na caixa-de-ar permite reduzir entre 20 e 40 % a perda de calor durante
Influência dos Elementos de Obstrução no Desempenho Térmico da Parede de Trombe. 15 uma noite de inverno e ao mesmo tempo aumentar a temperatura da superfície exterior da parede de Trombe.
Figura 9 - Alçado sul da célula de teste (direita) e da sala de referência (esquerda) [10].
A diferença do valor DH (grau-hora) entre as duas paredes durante o período de dia não é muito significativa, mas durante a noite o valor de DH na parede sem proteção é 10ºC h superior ao da parede com proteção. Através da análise do gráfico 1 pode verificar-se que a essa diferença do valor DH entre as duas paredes de Trombe testadas não é muito significativo no período diurno mas pelo contrário no período noturno verifica-se uma maior diferença entre os valores, sendo as perdas superiores na parede de Trombe que não possui a proteção na caixa-de-ar.
Pode concluir-se que será necessário gastar mais energia para obter o mesmo conforto térmico no caso em que não existe proteção na caixa-de-ar durante a noite. Neste caso a utilização de dispositivos de oclusão é um fator positivo pois durante a noite ajuda a diminuir as perdas de energia para o exterior e desta forma a diminuir o gasto de energia para aquecimento [10].
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Gráfico 1 - Diferença do valor grau-hora entre os dois ensaios anteriores [10].
Os sombreamentos horizontais ou “palas horizontais” têm um funcionamento diferente do das persianas, a eficiência destes dispositivos depende da posição do sol, figura 10. Durante o período de inverno o sol está a uma altitude mais baixa, ou seja, a radiação solar incide nos envidraçados praticamente na horizontal, pelo contrário durante o verão o sol encontra-se a maior altitude, incidindo nos envidraçados com um ângulo mais vertical. Se o sombreamento horizontal for bem dimensionado irá permitir que durante o inverno o sol incida no envidraçado fazendo assim funcionar a parede de Trombe e durante o verão crie uma área de sombra sobre o mesmo reduzindo drasticamente a quantidade de radiação solar absorvida e consequentemente transmitida para o interior do edifício em estudo.
Influência dos Elementos de Obstrução no Desempenho Térmico da Parede de Trombe. 17 O funcionamento dos sombreamentos verticais é semelhante com o dos horizontais, criando uma área de sombra dependendo da posição do sol. A diferença é que ao contrário das palas horizontais, a altitude a que o sol se encontra não influência significativamente o desempenho deste sistema, não deixando este fator de ser importante, pois durante o inverno a área de sombra criada é maior do que no verão pois o sol está localizado numa posição mais baixa, exatamente ao contrário do que é desejável. Este tipo de sombreamentos é mais indicado quando o sol incide no envidraçado apenas segundo uma destas orientações. Ao prever esse acontecimento durante a fase de projeto pode-se criar sistemas de sombreamento passivos que auxiliem o alcance de um conforto térmico no interior do edifício.
De forma a ser possível tornar os edifícios mais verdes e ecológicos, também pode ser considerada a introdução de sombreamentos provocado por vegetação de folha caduca, figura 12.
A introdução deste sistema permite diminuir o gasto com a construção/aplicação de outros sistemas e também permite ao mesmo tempo embelezar a zona exterior ao edifício.
O funcionamento deste sistema de sombreamento passivo tem como base a presença (ou não) de vegetação em frente ao envidraçado, a sombra pode ser proporcionada por vegetação de grande ou pequeno porte com folha caduca ou permanente. Se se pretender sombrear um envidraçado ou a fachada de um edifício durante todo o ano deve-se recorrer ao uso de vegetação com folha permanente. No caso da parede de Trombe, apenas se pretende que a vegetação possua folha durante as estações mais quentes, como o final da primavera e o verão, por isso, nesse caso tem que se utilizar vegetação de folha caduca para que durante o inverno o sol possa entrar em contacto com o envidraçado e ao mesmo tempo durante o verão exista um sombreamento capaz de impedir a insolação do sistema com o auxilio das folhas que entretanto nasceram e criaram uma sombra eficaz.
18 Influência dos Elementos de Obstrução no Desempenho Térmico da Parede de Trombe. A figura 13 é apenas um exemplo das enumeras aplicações que podem ser criadas para obter sombreamento utilizando vegetação.
Nesta figura apresenta-se um exemplo da utilização vegetação nas fachadas de um edifício. A aplicação de vegetação na fachada, tal como em frente ao envidraçado, é uma medida de auxílio ao arrefecimento dos edifícios, criando uma barreira que o sol tem que atravessar para entrar em contacto com a fachada e ao mesmo tempo contribui para o embelezamento do meio urbano. As cidades, hoje em dia, possuem cada vez menos espaço para jardins e espaços verdes, desta forma pode-se “trazer” a natureza para a cidade de formas mais originais.
Figura 12 - Utilização de vegetação em fachadas de edifícios [13].
Para além a utilização de vegetação em fachadas e envidraçados esta pode ser também utilizada em coberturas contribuindo assim, como referido anteriormente, para a resistência térmica da cobertura e também para o embelezamento do espaço urbano. Na figura 14 apresenta-se um exemplo de como a vegetação pode ser aplicada em coberturas.
Na figura 15 apresenta-se um exemplo da utilização da vegetação como sombreamento dos envidraçados na fábrica da Kyocera no Japão [16].
A vegetação também pode ser aplicada como sombreamento da parede de Trombe, localizada diretamente no vidro ou afastada deste.
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Figura 13 - Exemplo da utilização de vegetação para o sombreamento de envidraçados [16].
2.4 – Conclusões
Na elaboração da revisão bibliográfica dos trabalhos e estudos realizados até à data constatou-se que ainda não existem muitos estudos sobre a utilização de sombreamentos na parede de Trombe, e a sua influência no desempenho deste sistema, o que dificultou bastante a recolha de uma bibliografia mais completa.
Pretende-se com este trabalho contribuir para o estudo do sombreamento e proteção da parede de Trombe e obter resultados sobre a possível utilização deste sistema durante o inverno e o verão e quais os cuidados que se devem ter para que não exista desconforto térmico devido ao sobreaquecimento ou sobrearrefecimento.
Com este trabalho pretende-se analisar a influência da utilização de persianas, palas verticais e horizontais e vegetação no comportamento térmico da parede de Trombe.
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