A noção de conforto térmico pode ser definida como “a condição mental que expressa
satisfação com o ambiente térmico envolvente”, no entanto, a zona de conforto térmico pode
ser definida como um conjunto de parâmetros com os quais a maioria das pessoas não se sentiria desconfortável, seja por excesso de calor ou de frio. Estes parâmetros são, por exemplo, a temperatura do ar interior, a humidade relativa, a velocidade do ar e taxa de renovação, a radiação solar, a actividade ou metabolismo e o vestuário [13].
O ser humano adapta-se, alterando parâmetros físicos (temperatura, humidade relativa) do ambiente em que se inserem. De acordo com Butera [14], a sensação de conforto térmico entre pessoas sujeitas ao mesmo ambiente térmico é idêntica, independentemente da sua proveniência, seja ela, climas muito frios, quentes ou temperados. No entanto, as temperaturas interiores de conforto estão relacionadas com a temperatura exterior, de tal forma que, quanto mais alta é a temperatura exterior assim também a interior a acompanha. Num artigo de 1998, Coch [15] destaca o papel da arquitectura tradicional ou vernacular no como referência da adequação ao clima em que se insere e do aproveitamento da energia, comparativamente à arquitectura contemporânea ou representativa, muitas vezes mais focada na estética do que na funcionalidade. Ao contrário da arquitectura contemporânea, em que se recorrem a diferentes soluções construtivas, muitas vezes desadequadas, para resolver um mesmo problema climático, na arquitectura tradicional, o clima (a par dos materiais disponíveis localmente por exemplo) é apenas mais um dos factores directores da forma e sistema construtivo a utilizar.
O conhecimento e correcta utilização dos factores climáticos (o vento, o sol, a humidade e a vegetação), pode contribuir significativamente para a melhoria do conforto térmico dos habitantes. A manipulação destes factores através da criatividade dos arquitectos, pode contribuir para o aparecimento de novas formas arquitectónicas, pelo que o domínio destes factores aliado ao conhecimento das propriedades térmicas dos materiais de construção é fundamental durante a fase de projecto [16]. O resultado de uma construção que aproveita ao máximo o conhecimento deste tipo factores traduz-se na redução significativa de sistemas convencionais de aquecimento, arrefecimento e iluminação artificial. É assim possível, melhorar o conforto térmico e reduzir a participação da energia eléctrica.
Este tipo de construção, que alia a estética ao conforto térmico, minimizando o uso de energias convencionais através do máximo aproveitamento da energia solar, é denominado de arquitectura solar.
A principal dificuldade do uso da energia solar térmica consiste no seu armazenamento, pois é captada durante o dia, período de menor necessidade, enquanto que à noite, esta não está disponível. Este problema pode ser resolvido recorrendo a elementos com elevada capacidade térmica, que conseguem desfasar temporalmente a entrega de calor ao meio interno.
Para o aproveitamento da energia solar em edificações são empregues basicamente dois sistemas, os sistemas passivos e os activos. Nos sistemas passivos, a energia solar é captada por elementos arquitectónicos e flui no sistema por meios naturais através da radiação, difusão e convecção natural, isto é, a estrutura do prédio ou algum elemento seu é o próprio sistema. Nos sistemas activos a energia solar é captada ou transportada por equipamentos que utilizam energia auxiliar. Os sistemas passivos nos edifícios são sistemas cujo objectivo é o de contribuir para o seu aquecimento ou arrefecimento natural. A eficiência destes sistemas está em primeira análise dependente da correcta orientação e posicionamento do edifício relativamente ao sol, pelo que o conhecimento da incidência da radiação (Figura 1.26) em função da estação do ano é fundamental.
Figura 1.26 – Incidência da radiação solar (Inverno / Verão).
Os sistemas de aquecimento pretendem maximizar a captação do sol no Inverno, através de vãos envidraçados bem orientados e dimensionados, aos quais se podem associar elementos massivos, que permitirão o armazenamento da energia solar e sua utilização em horas posteriores. Os sistemas passivos de aquecimento são classificados da seguinte forma [17]: ⋅ Ganho Directo: Neste tipo de sistema (Figura 1.27), o espaço a aquecer dispõe de vãos
envidraçados bem orientados de forma a possibilitar a incidência da radiação no espaço e nas massas térmicas envolventes (paredes e pavimentos).
⋅ Ganho Indirecto ou desfasado: A massa térmica destes sistemas é interposta entre a superfície de ganho e o espaço a aquecer. A massa térmica absorve a energia solar nela incidente, sendo posteriormente transferida para o espaço. Esta transferência pode ser imediata ou desfasada, conforme a estratégia de circulação do ar que for adoptada. Exemplos deste tipo de sistemas são a Parede de Trombe (Figura 1.28) e Colunas de Água.
⋅ Ganho Isolado: Nestes sistemas, a captação dos ganhos solares e o armazenamento da energia captada não se encontram nas áreas ocupadas dos edifícios, pelo que operam independentemente do edifício. Os espaços estufa (Figura 1.29) são exemplos deste sistema e utilizam a combinação dos efeitos de ganho directo e indirecto. A energia solar é transmitida ao espaço adjacente à estufa por condução através da parede de armazenamento que os separa e ainda por convecção, se existirem orifícios que permitem a circulação de ar.
Figura 1.27 – Sistema de ganho directo.
Figura 1.28 – Sistema de ganho indirecto (Parede de Trombe).
Os sistemas de arrefecimento solar passivo pretendem tirar partido de fontes frias que permitirão arrefecer o edifício. Os sistemas existentes não são, ainda, economicamente competitivos principalmente devido ao elevado investimento que acarretam (para uma igual capacidade de arrefecimento) e ao baixo preço da energia utilizada nos sistemas clássicos. No entanto, a comparação entre tecnologias só pode ser feita se incluir os custos ambientais e sociais, devendo portanto estas tecnologias, ser apoiadas, quer através de incentivos financeiros, quer através de uma taxa energética que reflicta os custos ambientais face às energias convencionais.
Nos sistemas de arrefecimento convencionais, a potência de arrefecimento é calculada com base na carga térmica no Verão. Os factores que têm maior impacte nas necessidades de arrefecimento são: o efeito da radiação solar através das superfícies transparentes, efeitos da transferência de calor por condução através de superfícies claras e opacas; inércia térmica do edifício; cargas térmicas internas, devido à presença de pessoas e fontes produtoras de calor (tais como iluminação e maquinaria); ganhos de calor devidos à infiltração de ar e ventilação do local [18].
As necessidades de arrefecimento de um edifício durante o Verão podem ser reduzidas, adoptando estratégias "bioclimáticas". Estas estratégias contemplam a redução das cargas
térmicas na fase de concepção do edifício (protecções solares nas janelas, paredes e cobertura,
utilizando barreiras artificiais ou naturais; forte inércia térmica conjuntamente com ventilação nocturna; ventilação adequada) e a redução da temperatura exterior, intervindo nas proximidades do edifício (aumento da humidade relativa do ar com lagos, fontes e vegetação; utilização de plantas para sombreamento; redução do coeficiente de reflexão solar do meio ambiente, por exemplo, através da criação de espaços verdes; escolha de cores claras para as paredes exteriores).
No Verão, a radiação solar atravessa as superfícies transparentes do edifício causando um ganho de energia imediato. A utilização de diferentes dispositivos de sombreamento permitem reduzir esse impacte (estruturas de sombreamento vertical para as orientações Este e Oeste ou horizontal para a orientação Sul; estores exteriores fixos ou ajustáveis; toldos exteriores ou cortinas internas; vidros especiais). De todas, as estruturas de sombreamento externo são as mais eficazes, pois impedem a radiação solar de atingir as superfícies envidraçadas.
A inércia térmica de um edifício tem um elevado impacto na transferência de calor com o ambiente interior. Um edifício caracterizado por uma massa térmica importante aquece lentamente, o que permite atenuar o sobreaquecimento provocado pela radiação solar através dos envidraçados. A envolvente exterior acumula a radiação directa e restitui-a lentamente no ambiente interior, nas horas seguintes. Deste modo, uma elevada inércia térmica limita os picos da necessidade de arrefecimento.
A ventilação é uma das formas mais simples de garantir o conforto térmico dos ocupantes de um edifício.
Existem duas estratégias possíveis: a primeira, que tem um impacte imediato no bem-estar dos ocupantes, consiste em movimentar o ar no interior do edifício por agitação, com ventoinhas ou então pela circulação de correntes de ar exterior; a segunda, direccionada para o arrefecimento do edifício, consiste em arejar fortemente as divisões com ar exterior, pois desta forma as estruturas arrefecem, prolongando o conforto dos ocupantes, mesmo durante as horas mais quentes do dia. Em ambos os casos, o objectivo pode ser atingido de forma mecânica ou de forma natural (correntes de ar), sendo para tal necessário: divisões com dupla orientação (pelo menos duas paredes exteriores e com direcções opostas); paredes com aberturas para espaços pouco ruidosos (para permitir aberturas de tomada de ar).
As técnicas de arrefecimento passivo podem ser divididas em dois grandes grupos: as que
limitam as cargas térmicas e as que contribuem para a remoção das cargas térmicas para outros ambientes. As técnicas de redução das cargas térmicas de um edifício consistem em
actuar tanto ao nível da potência máxima necessária como do consumo global de energia, através da: melhoria da gestão operacional do edifício; redução das cargas térmicas internas; intervenção estrutural na envolvente exterior do edifício; intervenção no sistema de ventilação. A redução das cargas depende de vários factores como, as características técnicas da envolvente exterior, a orientação, a inércia térmica do edifício, a latitude e as condições climáticas. Os sistemas passivos de arrefecimento são classificados da seguinte forma:
⋅ Ventilação Natural: A circulação de ar (Figura 1.30) contribui para a diminuição da temperatura interior e ainda para a remoção do calor sensível armazenado na massa térmica. Tem também implicações em termos de conforto térmico, ao incentivar perdas de calor por convecção e evaporação nos ocupantes.
Figura 1.30 – Sistemas de ventilação natural (Ventilação Directa e Chaminé Solar).
⋅ Arrefecimento pelo Solo: O solo, no Verão, apresenta temperaturas inferiores á temperatura exterior, constituindo uma importante fonte fria para a dissipação de calor, por processos directos ou indirectos. No caso do arrefecimento por contacto directo (Figura 1.31) com o solo, este constitui a extensão da própria envolvente do edifício (paredes, pavimento e eventualmente cobertura). Do ponto de vista térmico, o interior do edifício encontra-se ligado ao solo por condução através destes elementos. Na situação de arrefecimento por contacto indirecto (Figura 1.32) com o solo, o interior do edifício está associado a um permutador existente no solo, geralmente, condutas subterrâneas colocadas entre 1 e 3 m de profundidade.
Figura 1.31 – Sistema de arrefecimento pelo solo por contacto directo.
⋅ Arrefecimento Evaporativo: Esta estratégia baseia-se na diminuição de temperatura associada à mudança de fase da água do estado líquido ao estado de vapor. O ar exterior é arrefecido por evaporação da água, antes de entrar no edifício (Figura 1.33). As técnicas passivas directas incluem o recurso à vegetação para promover a evapotranspiração, fontes, piscinas e lagos artificiais.
⋅ Arrefecimento Radiativo: A emissão de radiação por parte dos elementos da envolvente exterior de um edifício poderá ser utilizada no arrefecimento do mesmo (Figura 1.33). As perdas por radiação ocorrem mais durante o período nocturno que os seus efeitos se fazem mais sentir em virtude da ausência de radiação solar directa.
CAPÍTULO 2