Análise do desempenho térmico de tinta refletiva para coberturas em habitações de
interesse social.
Analysis of the thermal performance of reflective paint for roofs in social housing.
Camila Pereira Cruz1, Karen Wrobel Straub Schneider2Resumo: As habitações de interesse social – HIS são residências destinadas a população de baixa renda, com o objetivo de combater o déficit habitacional. Geralmente, estas edificações contém as mesmas características construtivas devido a padronização dos projetos, independente do local, ocasionando baixo desempenho e ausência de conforto térmico para os usuários. Este trabalho analisa o desempenho térmico de tintas refletivas em diferentes tipos de coberturas utilizadas em HIS, por meio de simulação computacional. A HIS escolhida para realização desta pesquisa encontra-se no município de Sinop – MT, porém foi utilizado o EPW do município de Cuiabá. A avaliação foi realizada conforme as características construtivas, comparando os resultados da temperatura operativa obtida através das oito simulações. A escolha dos materiais empregados em cada combinação foi em função dos tipos de coberturas usuais. Os resultados mostram que entre as combinações, a tinta refletiva se comportou de forma mais eficiente em cobertura de telha cerâmica sem laje, enquanto nas demais combinações a mesma não influenciou de forma significativa na temperatura operativa. A diferença de temperatura operativa média anual entre a pior e a melhor combinação é de 6,37°C no interior da edificação. Porém, em relação ao custo, a utilização da tinta refletiva se tornou onerosa devido ao alto custo de aplicação.
Palavras-chave: Conforto Térmico; Refletância; Tinta Refletiva; DesignBuilder.
Abstract: Social housing are residences destined to the low-income population, with the objective of combating the housing deficit. Generally, these buildings have the same constructive characteristics due to the standardization of the projects, regardless of the location, causing low performance and lack of thermal comfort for the users. This work had the objective of analyzing the thermal performance of reflective paints in different types of coverings used in Social housing, through computational simulation. The Social housing chosen to carry out this research is in the municipality of Sinop - MT, but the EPW of the city of Cuiabá was used. The evaluation was performed according to the constructive characteristics, comparing the results of the operating temperature obtained through the eight simulations. The choice of materials used in each combination was based on the usual types of roofing. The results showed that, among the combinations, the reflective paint behaved more efficiently in the cover of ceramic tile without slab, while in the other combinations it did not influence significantly the operating temperature. The difference between the worst and the best situation is 6.37°C of the operating temperature inside the building. However, in relation to the cost, the use of reflective paint became impracticable due to the high cost of application. Keywords: Thermal Comfort; Reflectivity; Reflective paint; DesignBuilder.
1 Introdução
Habitação de interesse social, é uma edificação destinada às pessoas de baixa renda através de um programa desenvolvido pelo governo, com o objetivo em sanar o déficit habitacional, o que favoreceu a implementação mais assídua das HIS em nosso cotidiano.
Porém, por se tratar de construções que necessitam de um prazo curto para sua execução para conseguir suprir a demanda, Durante et al. (2006) constatou que as HIS não atendem as expectativas dos seus moradores, pois a padronização dos projetos impede que sejam atendidas algumas das especificidades regionais, culturais e climática, o que pode ocasionar desconforto térmico aos usuários.
Devido à padronização de projetos, à falta de aplicação de técnicas normatizadas e a escolha de materiais de baixo custo, as edificações residenciais acabam sendo caracterizadas pelo alto consumo de energia elétrica para a refrigeração dos ambientes, gerando assim, um gasto a mais para os usuários.
Apesar da padronização construtiva das HIS, nos últimos anos os estudos sobre o desempenho e conforto térmico de edificações tem se desenvolvido de forma intensa, principalmente em função da criação de novas normas como a NBR 15575 e NBR 15220, salientando diversas vezes que, uma edificação com bom desempenho térmico pode apresentar ou proporcionar economia, e consequentemente a redução do consumo de energia elétrica com climatização artificial, além do bem-estar dos moradores.
Diante disto, o conforto do ambiente segundo Felice Júnior (2015) é o aspecto mais importante de um projeto arquitetônico. Portanto, as utilizações de materiais adequados evitam a radiação solar, responsável por uma parcela significativa da temperatura, pois, quando é absorvida pelas superfícies externas originam armazenamento de calor, evitando assim o desconforto térmico e contribuindo para o aumento no consumo energético (MONTEIRO & LEDER, 2011).
No atual cenário da construção civil é possível constatar que existem uma alta generalização de técnicas na elaboração e execução de projetos, tendo em vista que o meio em qual a edificação está inserida exerce papel preponderante sobre seu desempenho térmico, principalmente em HIS.
1Graduanda em Engenharia Civil, UNEMAT, Sinop, Brasil,
millapereirasud@gmail.com
2Mestre, Professora, UNEMAT, Sinop, Brasil,
Sendo assim, o conhecimento das condições climáticas externas é essencial. Conforme Abreu (2004), o clima é o principal fator que influência o comportamento térmico do ambiente. Como em nosso país existem locais com uma variabilidade climática anual bem diversificada, é necessária uma demanda de técnicas construtivas específicas para atender à necessidade térmica de cada região, para que se obtenha um conforto térmico dentro da edificação.
Diante dessas falhas durante a execução e concepção do projeto, essas construções acabam oferecendo condições precárias de climatização interna, interferindo no conforto, na saúde e gastando mais com condicionamento artificial (RESENLUND, 2000). Atualmente uma das técnicas empregadas que prometem melhorar o desempenho térmico das edificações é a aplicação de tintas refletivas nas coberturas residenciais, que estão ganhando espaço no mercado da construção civil, pois, as coberturas desempenham papel importante no clima interno das edificações, sendo ela a parte mais exposta à radiação solar.
Em relação às tintas refletivas, há pesquisas realizadas por vários autores como Dornelles e Roriz (2007), Ikematsu e Uemoto (2008), Castro et al. (2003), Caram et al. (2001), comprovando que em condições de desconforto térmico, as aplicações de tintas refletivas apresentam melhor desempenho térmico em função da menor absorção de radiação, proporcionando redução do ganho de calor, e consequentemente melhorar o bem-estar dos ocupantes.
Portanto, aplicar a um edifício materiais com propriedades que proporcionem respostas térmicas convenientes, não implica obrigatoriamente em acréscimo no custo da construção, pelo contrário, pode proporcionar redução do custo de utilização e de manutenção, além de propiciar condições internas agradáveis aos ocupantes (PEDRA, 2011).
Em função dos fatos apresentados evidencia-se a necessidade de estudos sobre a concepção da HIS para as especificidades das regiões, visando minimizar o desconforto e consequentemente reduzir custos relacionados ao uso de condicionamento artificial de ambientes internos.
Porém, uma maneira prática de fazer estes estudos sem haver custos desnecessários é a utilização de análises computacionais. Logo, o software DesignBuilder torna-se de extrema importância, por possibilitar fazer análises e simulações, tornando possível o estudo de várias soluções de forma a aperfeiçoar o comportamento térmico e eficiência energética de edifícios, pois, desta forma pode-se testar diferentes tipos de materiais e solução que se pretende utilizar na habitação, e também testar alternativas de modo a verificar qual seria a melhor solução para cada caso.
Deste modo, o objetivo desta pesquisa foi analisar o desempenho térmico de tintas refletivas em diferentes tipos de coberturas utilizadas em HIS, por meio de simulações computacionais. Os objetivos específicos foram: verificar a influência da tinta refletiva em HIS com diferentes combinações dos materiais e por fim uma análise de custo para a comparação.
2 Revisão Bibliográfica
2.1 Habitação de Interesse Social
Segundo Marafon (2013), as cidades têm crescido e com elas uma população com dificuldades em adquirir uma habitação adequada. Diante disto as HIS têm sido a solução empregada para combater o déficit habitacional existente no Brasil.
Portanto, Habitação de Interesse Social (HIS) define-se como uma série de moradias voltada à população de baixa renda (ROMAGNOLI, 2012).
O desafio que se coloca, segundo Abiko (1995) é a necessidade de se construir um grande número de unidades habitacionais de baixo custo e de boa qualidade em um curto espaço de tempo, e que sejam atendidos adequadamente por serviços urbanos. Além dos aspectos quantitativos, Reys e Lay (2010) frisam que é importante que sejam considerados os aspectos relacionados à qualidade da habitação de interesse social, o que remete a sustentabilidade social. Conforme Abiko (1995), para que as habitações cumpram suas funções, deve-se conter um espaço confortável, seguro e com seu entorno de forma adequada ao meio ambiente que a cerca, garantindo assim o conforto térmico aos moradores da edificação.
2.2 Conforto Térmico
As exigências humanas com o conforto térmico estão relacionadas ao seu bem-estar dentro do ambiente, onde sua maior insatisfação é com a sensação térmica causada pelo ganho ou perda de calor do corpo humano em excesso, provocando consequências como sonolência, cansaço, stress, além da redução da atenção e da concentração. A sensação de conforto depende das condições ambientais e humanas, em que fatores pessoais interferem nessa resposta, seja pela temperatura do ar, temperatura radiante, velocidade do ar e umidade relativa (PEDRA, 2011).
Os estudos em conforto térmico para Lamberts (2016) visam principalmente analisar e estabelecer as condições necessárias para a avaliação e concepção de um ambiente térmico adequado às atividades e ocupação humana.
É notório que, o conforto térmico além de ser condição essencial para a sensação de bem-estar do homem, também está diretamente relacionado com a eficiência no desenvolvimento das atividades por ele ali desempenhada, como citado acima. Além disso, a concepção satisfatória do clima interno de um edifício não interfere apenas na condição de conforto dos ocupantes, mas também reflete no consumo de energia elétrica da edificação (LAZZAROTTO, 2007).
Deste modo, ao gerar uma arquitetura adequada a determinado clima, expressa que estamos elaborando espaços que propiciem a seus usuários condições internas microclimáticas compatíveis ao funcionamento de cada indivíduo nas diversas atividades ali exercidas (PROCEL, 2011).
2.3 Fundamentos da transferência de calor
Todos os corpos realizam a transferência de calor, sendo ela por condução, convecção ou por radiação. Uma definição simples para a transferência de calor é que ela é uma energia térmica em trânsito devido a uma diferença de temperaturas no espaço (INCROPERA et al., 2008, p. 2).
De acordo com Frota & Schiffer (2001), as trocas térmicas entre os corpos advêm de uma das duas condições básicas: existência de corpos que estejam a diferentes temperaturas, e a mudança de estado de agregação. Sempre que existir estes dois fenômenos haverá então a transferência de calor.
Sendo assim, corpos que estejam a temperaturas diferentes trocam calor, os mais “quentes” perdendo e os mais “frios” ganhando. O calor envolvido é denominado calor sensível. A figura 1 traz como exemplo a transferência de calor até que os corpos se igualam a uma mesma temperatura T1=T2, ou seja, atingem um equilíbrio térmico.
Figura 1: Transferência de Calor. Fonte: Lamberts, 2016.
Para o caso de paredes, a figura 2 apresenta o sentido do fluxo de calor da diferença de temperatura externa e interna.
Figura 2: Transferência de calor em uma parede. Fonte: Lamberts, 2016.
2.4 Influência da cobertura na temperatura interna da edificação
A cobertura da edificação é a parte mais exposta a radiação solar. É fundamental serem aplicados materiais de boa qualidade para que estes não interfiram na temperatura interna da edificação Como é possível confirmar pela de citação de Satamouris et al. (2011), os materiais utilizados nos envelopes dos edifícios e nas estruturas urbanas contribuem significativamente para o equilíbrio térmico do ambiente, e influenciam no consumo de energia e nas condições de conforto dos residentes.
Uma estratégia amplamente utilizada é o emprego de materiais altamente reflexivos, também conhecidos popularmente como materiais frios em residências (MUNIZ-GÄAL et al., 2018).
Essa técnica passiva contribui para a eficiência energética dos edifícios, reduzindo a demanda de energia para o resfriamento, diminuindo tanto a temperatura do ar como a temperatura de superfície (SATAMOURIS et al., 2011).
2.5 Influência das cores e sua absortância
De acordo com Dornelles & Roriz (2007), a intensidade da radiação solar não é constante ao longo do espectro e sua distribuição depende do clima, da altitude e das diversas características atmosféricas que se modificam frequentemente.
A refletância da superfície também varia em função do comprimento de onda dos raios incidente. Ainda conforme Dornelles e Roriz (2007), o comportamento ótico de cada superfície pode ser representado por uma curva de distribuição de suas refletâncias (ou absortância) ao longo do espectro solar. Logo, na figura 3 são apresentadas curvas de refletância espectral de algumas amostras analisadas por Dornelles e Roriz (2006).
Figura 3: Curvas de refletância espectral de diferentes amostras. Fonte: Dornelles & Roriz, 2007.
Por serem os principais tipos de revestimentos utilizados no meio da construção civil, as tintas exercem papel fundamental sobre a absorção de energia solar e sobre o desempenho térmico e energético das edificações pois, pela sua grande influência pode-se determinar a quantidade de calor solar que será absorvida pela superfície pintada.
2.6 Tinta Refletiva
As tintas com elevada refletância se distinguem das demais pela sua elevada capacidade para refletir a radiação solar incidente. Estas tintas absorvem apenas uma pequena fracção de radiação solar, mantendo a temperatura superficial menor que as tintas convencionais, diminuindo o fluxo de calor (GONÇALVES et al., 2014).
A capacidade destas tintas rejeitarem o calor deve-se à incorporação de pigmentos especiais na composição das mesmas (SOUSA, 2014). Estas, são destinadas a aplicação no exterior dos edifícios, paredes externas e as coberturas.
Existem aditivos que podem ser incorporados nas tintas, com a finalidade de aumentar a refletividade da radiação. Um destes aditivos são as microesferas ocas que podem ser de vidro ou cerâmicas (DIAS, 2008).
Dessa forma, apresenta-se vantagens por diminuir a necessidade de recorrer a sistemas de climatização artificial e também diminuir a absorção do calor para o ambiente interno e a sua temperatura, gerando ao usuário um conforto térmico agradável, e em decorrência pode-se reduzir o custo da energia elétrica por não haver uma grande necessidade do uso excessivo de climatização artificial.
2.7 Estudos Correlatos
Vários estudos definem a importância da aplicação da tinta de cor branca sobre a superfície do telhado, comprovando uma redução da temperatura do ambiente e da cobertura. Os objetivos de suas pesquisas têm como um fator em comum alcançar o conforto térmico em ambientes reais.
Ikematsu (2007) realizou pesquisas verificando que, as tintas com pigmentos refletivos podem modificar o comportamento das telhas, formando uma película com maior poder refletivo à radiação infravermelha, auxiliando na diminuição da temperatura quando comparadas com tintas convencionais.
Dornelles et al (2011) por sua vez obtiveram resultados que demonstraram que ao pintar as coberturas das edificações localizadas em climas quentes no Brasil com tintas brancas de alta refletância, pode-se reduzir o desconforto térmico e o consumo de energia com sistemas de refrigeração.
Também foram realizadas pesquisas que utilizaram simulações computacionais para fazer análises da temperatura interna da residência, modificando a envoltória, sendo possível encontrar a melhor solução para o conforto térmico.
Através das simulações computacionais realizadas por Moraes (2017), foi possível a avaliação de diferentes envoltórias, facilitando a escolha de elementos construtivos adequados para Habitações de Interesse Social de Sinop. Os resultados mostram que para o município de Sinop, as diretrizes construtivas não estão totalmente fora do padrão indicado pela norma. No entanto, verificou-se que mesmo atendendo aos limites da NBR- 15575, as edificações não apresentam condições de conforto térmico definidas no estudo. 3 Metodologia
Para a realização deste trabalho, utilizou-se ferramentas para as simulações computacionais que permitissem propor e analisar elementos construtivos na cobertura da HIS, com o intuito de satisfazer termicamente os usuários que habitam na edificação. Assim, a primeira etapa correspondeu à determinação dos parâmetros necessários para a simulação, e a segunda etapa à simulação em si. A figura 4 apresenta o fluxograma com as principais etapas da metodologia adotada.
Figura 4: Etapas da pesquisa. Fonte: Autoria própria, 2019.
3.1 Área de estudo
A pesquisa foi realizada no município de Sinop, localizado no norte do estado do Mato Grosso, com uma população de 135.874 habitantes segundo IBGE do ano de 2017.
Em função da proximidade de Sinop com o município de Vera e suas semelhanças Straub (2016) e Balen (2012) adotaram a zona bioclimática 5 para o município de Sinop. Com referência as autoras, no presente trabalho foi adotado a zona bioclimática 5.
Segundo o INMET (2014) Sinop apresenta precipitação média anual de 2.500 mm, com maior intensidade nos meses de janeiro, fevereiro e março, e sua temperatura média anual é de 24°C.
3.2 Objeto de estudo
Para a realização desta pesquisa, adotou-se como modelo uma edificação de habitação de interesse social localizada no município de Sinop, no bairro Daury Riva. A HIS é composta por dois dormitórios, sala, cozinha, banheiro, área de serviço e varanda, com uma área total aproximadamente de 51 m². A figura 5 mostra a habitação do residencial Daury Riva.
Figura 5: Edificação Daury Riva Fonte: SISAN,2013.
A figura 6 apresenta a planta baixa da edificação utilizada para a realização das simulações. A escolha desta edificação se deu em função de ter sido a mesma utilizada por Moraes (2017), o que permitiu a
Levantamento Bibliografico Escolha da edificação a ser estudada Definição dos materiais utilizados Arranjo dos materiais Simulação computacional Análise de Custo Análise dos resultados
comparação dos resultados trazendo ainda mais contribuições para a comunidade.
Figura 6: Planta Baixa da edificação. Fonte: Adaptado de SISAN, 2013.
3.3 Simulação
A simulação foi executada pelo software DesignBuilder. Foi utilizado a planta baixa da edificação escolhida, sendo necessário a divisão em zonas térmicas. Esta divisão se deu entre os cômodos internos. Os mesmos foram divididos em 5 zonas térmicas. As zonas 1 e 2 foram atribuídas aos dormitórios 1 e 2, a zona 3 foi atribuída ao banheiro, a zona 4 para cozinha e zona 5 para a sala. A figura 7 ilustra esta divisão.
Figura 7: Divisão das zonas térmicas do modelo. Fonte: DesignBuilder, 2019.
Para a definição do modelo de simulação, como já dito anteriormente, foram baseados nas dimensões estabelecidas em projeto da HIS, conforme a figura 6. A figura 8 mostra a edificação depois de modelada pelo software.
Figura 8: Modelo da edificação no software DesignBuilder. Fonte: Acervo pessoal, 2019.
Sendo assim, a partir da criação deste modelo no software foram realizadas as modificações no tipo de cobertura como alternativa para melhorar o desempenho térmico e consequentemente a obtenção do conforto térmico.
Para a simulação, foram consideradas as influências de cargas internas como, as atividades desenvolvidas no ambiente e a ocupação dos usuários, a carga de iluminação artificial e a carga dos eletrodomésticos. Outro fator considerado durante a simulação foi a definição do local onde a edificação está inserida para fazer a análise. Para estabelecer o local, o software requer de uma base de dados climáticos de design da (ASHRAE, o EnergyPlus Weather File – EPW). No entanto, o município de Sinop ainda não possui um banco de dados completo e preciso. Desta forma, o EPW utilizado foi do município de Cuiabá-MT.
Os parâmetros de entrada utilizados tiveram alterações gerais e específicas, da mesma forma que as características variáveis e as constantes.
Foram modificados os seguintes parâmetros: arranjo dos materiais para cobertura; atividade metabólica e ocupação dos usuários por ambiente; carga e horário de iluminação por ambiente, conforme a utilização do mesmo; uso e carga dos eletrodomésticos e fatores de ventilação e sombreamento, de acordo a NBR 15575. Sendo assim, conforme os parâmetros de entrada, cada zona térmica foi detalhada de acordo com o tipo e a utilização de cada ambiente, descritas na tabela 1:
Tabela 1 – Parâmetros de entrada. Zonas Térmicas Densidade de ocupação de pessoa/m² N° de pessoas equivalente por cômodo Horário De Ocupação Taxa metabólica (W/pessoa) 1 e 2 0,2310 2 18:00 às 7:00 horas 90 3 0,3870 1 Estipulado pelo software 123 4 0,5510 4 6:00 às 8:00 11:00 às 13:00 18:00 às 22:00 160 5 0,3500 1 7:00 às 18:00 110 4 18:00 às 23:00 Fonte: DesignBuilder, 2019.
As cargas atribuídas referentes as atividades metabólicas descritas a cima foram obtidas pelo software, que estipula as características conforme o ambiente.
Já com relação às cargas internas geradas pelo uso dos eletrodomésticos, optou-se em manter a carga de equipamentos já estipuladas pelo software para cada tipo de ambiente conforme o seu uso, não ocorrendo assim modificações.
Em relação a iluminação das zonas térmicas 1, 2 e 5 foram consideradas com um intervalo das 18:00 às 23:00 horas. Para a zona 4, foi utilizado o uso da iluminação de acordo com alguns horários possíveis de ocupação, sendo entre as 6:00 às 7:00 horas e das 18:00 às 20:00 horas. E para a zona 3, a iluminação foi determinada pelo software, de acordo com sua ocupação.
As lâmpadas adotadas foram do tipo LED com densidade de potência instalada normatizada de 2,5W/m²-100 lux.
Portanto, para alcançarmos todos estes parâmetros é preciso definir a ocupação desta residência. Sendo assim, foram utilizados padrões de ocupação de acordo com Lima e Barbirato (2010). Os autores estabeleceram da seguinte forma a ocupação entre os diferentes períodos diurno e noturno para uma família de 4 membros (1 casal e 2 filhos) sendo: no período diurno foi considerado somente a presença de 1 adulto na residência e durante o período noturno a presença dos 4 membros.
3.3.1 Ventilação e sombreamento
Para a edificação satisfazer aos usuários deve ser atendido determinados requisitos obedecendo aos critérios estabelecidos. Logo, com o objetivo de satisfazer as necessidades básicas a NBR 15575 traz consigo os requisitos mínimos de desempenho para cada sistema. Sendo assim, quando se trata de ventilação a parte 4 da NBR 15575, que apresenta os requisitos e critérios para verificação dos níveis mínimos de desempenho térmico de vedações, traz também seus critérios para se cumprir, indicando que em procedimento de simulação do desempenho térmico podem ser consideras condições de ventilação e de sombreamento.
Segundo Lima e Barbirato (2010), deve-se utilizar uma taxa de ventilação do ambiente de 1 ren/h e considerar janela não sombreada caso esta não apresente nenhum tipo de proteção solar. Logo, foi utilizado para simulação a taxa de 1ren/h para ventilação e sem trocas de ar por infiltração. Para as aberturas não foi considerado qualquer tipo de proteção de sombreamento, levando em consideração do tipo de habitação adotada.
3.3.2 Caracterização dos materiais
São demonstradas as diretrizes construtivas para a zona bioclimática 5, conforme a NBR 15575-5, pois, recomenda-se que os tipos de sistema de cobertura devem apresentar transmitância térmica e absortância à radiação solar que proporcionem um desempenho térmico apropriado para cada zona bioclimática. Conforme a tabela 2.
Tabela 2 – Diretrizes Construtivas para Zona Bioclimática 5. Transmitância térmica - U (W/m².K)
Zonas 3 a 6
α ≤ 0,6 α > 0,6 U ≤ 2,3 U ≤ 1,5 Fonte: Adaptado de NBR 15575-5 ABNT, 2013.
Após serem estabelecidos tais parâmetros, determinou-se os materiais utilizados para a simulação, formando combinações entre esses materiais.
Essas combinações tiveram como objetivo variar a transmitância térmica da cobertura e verificar a influência no desempenho térmico das residências. Quando inseridos esses materiais no software, é necessário o conhecimento das propriedades de cada um dos elementos construtivos.
Na tabela 3 é fornecido as propriedades térmicas dos materiais utilizados para a simulação, obtidos através da norma NBR:15220.
Tabela 3 – Propriedades térmicas dos materiais selecionados para realizar a simulação.
Material (W/(m.K)) λ (J/(kg.K)) c (kg/m³) ρ Bloco cerâmico 6 furos 0,90 920 1600 Telha cerâmica 1,00 800 2000 Telha metálica de aço galvanizado 55 0,46 7800 Laje 1,75 1,00 2200 Forro PVC 0,20 0,96 1300 Fonte: Adaptado de NBR 15220 ABNT, 2003.
Os materiais selecionados formaram oito combinações distintas. Cada uma corresponde a uma simulação realizada no software DesignBuilder, conforme demonstrado na tabela 4.
Tabela 4 – Combinação dos materiais selecionados de acordo com sua numeração.
Combinação Combinação de materiais 1 Telha cerâmica 2 Telha cerâmica + Ar + Laje 3 Tinta refletiva + Telha cerâmica 4 Tinta refletiva + Telha cerâmica + Ar + Laje 5 Telha metálica
6 Telha metálica + Ar + Laje 7 Tinta refletiva + Telha metálica 8 Tinta refletiva + Telha metálica + Ar + Laje 9 Telha cerâmica + ar + forro PVC 10 Tinta refletiva + telha cerâmica + ar + forro PVC
Fonte: Autoria própria, 2019.
Optou-se por representar os dados obtidos através das simulações com intervalo mensal, com o intuito de obtermos a referência de um ano inteiro.
4 Resultados e Discussões
Através das 8 simulações realizadas verificou-se diferentes valores de temperatura operativa interna da edificação, a temperatura mínima anual obtida foi de aproximadamente 25,64°C e a máxima anual de 38,39°C. Esta oscilação se deu devido a variação dos materiais empregados e em função das condições climáticas que ocorrem anualmente.
As menores temperaturas registradas foram entre os meses de abril a setembro, e as temperaturas máximas entre os meses de outubro a março.
Desta forma, os dados obtidos através das simulações encontram-se na figura 9. A mesma foi elaborada com auxílio de planilha eletrônica com o objetivo simplificar a análise dos dados obtidos.
Figura 9: Resultados das simulações executadas no software DesignBuilder. Fonte: Acervo pessoal, 2019.
Na tabela 5 são demonstrados os valores de temperatura máxima e mínima, obtidos através das simulações realizadas.
Tabela 5 – Temperaturas operativas máximas e mínimas obtidas através das simulações.
Combinação Temperaturas Máximas Mínimas 1 38,26 30,73 2 38,39 31,77 3 31,73 25,64 4 33,26 27,88 5 37,57 31,53 6 37,26 31,76 7 33,14 27,36 8 33,64 28,38 9 38,52 31,49 10 33,02 27,36
Fonte: Autoria própia, 2019.
Através da figura 9 é possível verificar as diferentes temperaturas encontradas. Nas combinações 5 e 6 os valores de temperatura operativa encontrados foram próximos, justificando as sobreposições das linhas. As combinações 1 e 2 possuíram o pior desempenho, devido a presença de temperatura mais elevada do que as demais. Na combinação 1 foi utilizado somente telha cerâmica sem aplicação de tinta refletiva e na combinação 2 foi utilizado telha cerâmica + laje, também sem aplicação da tinta refletiva.
Nas combinações 4, 7 e 8 é possível verificar que ficaram em uma faixa intermediária nos resultados em relação as outras combinações, sendo a temperatura operativa média obtida para a combinação 4 de 31,51°C, para a combinação 7 de 31,19°C e para a combinação 8 obteve-se uma média de 31,93°C. Devido ao fato de todas possuírem a aplicação da tinta refletiva, há uma contribuição para a diminuição da temperatura operativa. Porém, quando comparadas com as demais simulações as combinações 4, 7 e 8 não são as coberturas ideais para serem aplicadas as tintas refletivas, devido a utilização da tinta não ter uma interferência perceptiva na temperatura quando aplicados em materiais com bom isolamento térmico. A combinação que obteve melhor desempenho devido a sua menor temperatura foi a combinação 3. Na simulação foram utilizados tinta refletiva + telha cerâmica. A temperatura média operativa obtida durante os meses de abril a setembro foi de 28,33°C e dos meses de outubro a março obteve uma média de 31,14°C.
Quando comparada com a temperatura obtida por Moraes (2017), sendo de 28,58°C nos meses de abril a setembro e nos meses de outubro a março de 31,28°C, a diferença de temperatura é de 0,20°C, tornando-se irrelevante está diferença. Possibilitou verificar que a aplicação da tinta refletiva diminui a temperatura operativa da edificação, pois, mesmo não sendo utilizado telha cerâmica + forro de madeira adotados pela autora, pode-se obter temperaturas muito
25,0°C 25,5°C 26,0°C 26,5°C 27,0°C 27,5°C 28,0°C 28,5°C 29,0°C 29,5°C 30,0°C 30,5°C 31,0°C 31,5°C 32,0°C 32,5°C 33,0°C 33,5°C 34,0°C 34,5°C 35,0°C 35,5°C 36,0°C 36,5°C 37,0°C 37,5°C 38,0°C 38,5°C 39,0°C J A N F E V M A R A B R M A I J U N J U L A G O S E T O U T N O V D E Z T E M P E R A T U R A O P E R A T I V A ( ° C ) D A S S I M U L A Ç Õ E S Combinação 1 Combinação 2 Combinação 3 Combinação 4 Combinação 5 Combinação 6 Combinação 7 Combinação 8 Combinação 9 Combinação 10
próximas somente usando a combinação de tinta refletiva + telha cerâmica.
A diferença de temperatura operativa média anual obtida da combinação que obteve o pior desempenho para a que obteve o melhor desempenho térmico através das simulações, é de 6,37°C, sendo possível verificar que a aplicação da tinta refletiva permite diminuir a temperatura no interior do edifício.
O resultado obtido na combinação 9 foram próximos aos obtidos nas combinações 1 e 2, pois atingiu temperaturas operativas altas no interior da edificação. A menor temperatura operativa obtida na combinação 10 foi de 27,36°C, quando comparada com a combinação 9 obteve uma diferença de temperatura operativa média anual de 4,92°C, ressaltando que a única diferença entre as duas é o acréscimo do material tinta refletiva na combinação 10, verificando assim a influência da tinta refletiva quando aplicada sobre a superfície.
Embora a combinação 3 ser considerada a melhor, era esperado que as temperaturas operativas das combinações 4, 5, 6, 7 e 8, fossem menores devido a sua alta refletância e menor absortância à radiação solar, e também por haver camadas mais espessas para reter a transferência de calor obtida pela superfície mais externa.
Deste modo, os materiais empregados garantem um bom isolamento térmico. Em contrapartida, estas mesmas características podem contribuir para que o calor fique concentrado no ambiente por mais tempo, aumentando assim as temperaturas dentro do ambiente.
4.1 Análise de custo
Foi realizado uma análise de custo dos materiais utilizados para a simulação. Estes valores foram obtidos através de uma pesquisa de mercado no município de Sinop/MT.
Na tabela 6 é possível obter os materiais selecionados para as simulações e o seu custo. Para obtermos este valor foi considerado apenas o dimensionamento da cobertura, não sendo considerado a mão de obra.
Tabela 6 – Materiais simulados e orçamento. Materiais Valor Total Telha cerâmica R$ 2.950,00 Telha cerâmica + Laje R$ 5.002,00 Tinta refletiva + Telha cerâmica R$ 3.930,00 Tinta refletiva + Telha cerâmica + Laje R$ 5.982,00 Telha metálica R$ 3.120,00 Telha metálica + Laje R$ 5.172,00 Tinta refletiva + Telha metálica R$ 4.100,00 Tinta refletiva + Telha metálica + Laje R$ 6.152,00 Telha cerâmica + ar + forro PVC R$ 3.584,00 Tinta refletiva + telha cerâmica + ar
+ forro PVC R$ 4.563,84 Fonte: Autoria própria, 2019.
Através desses valores é possível verificar-se que para a combinação 3 teríamos um gasto de R$ 3.930,00 para aplicar na edificação está técnica, o que facilita é que o material telha cerâmica já é usual nas HIS.
Porém, quando comparado estes valores com os da combinação utilizada por Moraes (2017), telha cerâmica + forro de madeira, sendo este arranjo o melhor resultado em relação a temperatura operativa com um custo de R$ 2.336,23. Nota-se que mesmo as temperaturas sendo próximas, em relação ao custo acaba se tornando inviável a aplicação da tinta refletiva, pois, houve uma diferença orçamentária de aproximadamente 40,55% a mais na combinação efetuada nesta pesquisa em relação a utilizada pela autora anteriormente.
5 Conclusão
A utilização da simulação como método de pesquisa, permitiu a avaliação de diferentes tipos de cobertura com e sem aplicação da tinta refletiva, facilitando a escolha do elemento construtivo com o melhor desempenho térmico adequado a HIS.
Constatou-se que a aplicação de tintas refletivas em coberturas pode ser uma solução válida na redução de temperatura, possibilitando a redução dos ganhos térmicos no interior das edificações. Isto deve-se ao seu alto desempenho térmico, com altos valores de refletância na região do infravermelho.
No entanto, nota-se que perante os resultados a tinta refletiva tem maior influência em combinações com pouca isolação térmica e um menor impacto quando é aplicada em uma superfície com boas características de isolamento térmico, sendo mais perceptível a diferença de temperatura nos casos de aplicação em materiais com pouca isolação térmica.
Portanto, a combinação que obteve melhor desempenho térmico, por resultar em uma menor temperatura operativa em relação as demais combinações, é a cobertura ideal para se aplicar a tinta refletiva e consequentemente obter temperaturas baixas e um desempenho térmico satisfatório.
Foi possível também, através das simulações, fazer uma análise de custo em relação a combinação que obtive melhor resultado nesta pesquisa com o arranjo utilizado por Moraes (2017). No entanto, mesmo obtendo temperaturas próximas, a aplicação da tinta refletiva em termos de custos se tornou onerosa, pois houve uma diferença significativa entre os valores que seriam gastos para a inserção deste método.
Desta maneira, uma sugestão para trabalhos futuros é a utilização do EPW da cidade de Sinop nas simulações, para se obter dados com maior precisão de temperatura para o município, visto que o EPW utilizado nesta pesquisa foi o de Cuiabá/MT.
Agradecimentos
Agradeço primeiramente a Deus pois ele é acima de tudo e de todos.
Agradeço a minha mãe por me motivar e me ajudar a realizar esse sonho, por batalhar nesses cinco anos junto comigo, a minha vó por ser um exemplo de perseverança, as minhas irmãs por também me apoiarem e sempre estarem junto comigo em todas as horas.
Agradeço a minha orientadora, Karen Wrobel Straub Schneider, pela oportunidade de ter desenvolvido uma pesquisa que pode ser utilizada no cotidiano dos profissionais da área e da sociedade.
Agradeço ao meu namorado, Gustavo de Matos por me ajudar no cotidiano da faculdade, por me entender nas horas de angústia e também por compartilhar desse mesmo sonho.
Agradeço as minhas amigas Bianca Giangareli, Bruna Marcela, Daniela de Lima e Graziela Paloschi por sempre estarem junto comigo me apoiando, incentivando e compartilhando desse sonho. Aos meninos por me ajudarem durante esse percurso da faculdade Willian, Jeferson, Gustavo e Denis.
Agradeço a Natalia, Elaise e Luana pela ajuda e colaboração para a realização deste artigo, pela compressão e pela solidariedade em ajudar o próximo. Referências
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