DESEMPENHO TÉRMICO DE EDIFICAÇÃO EM MADEIRA EM CLIMA
QUENTE E ÚMIDO – ESTUDO DE CASO: ESCRITÓRIO EM SÃO MIGUEL DO GOSTOSO/RN
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Bianca Negreiros([email protected]), 2Aldomar Pedrini([email protected]), 3Edna Moura Pinto([email protected]), 4Ivan Oliveira([email protected])
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Arquiteta e Urbanista
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Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Departamento de Arquitetura – Campus Lagoa Nova – Natal-RN
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Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Departamento de Arquitetura – Campus Lagoa Nova – Natal-RN
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Arquiteto e Urbanista
RESUMO: O artigo apresenta as análises de desempenho térmico de um escritório de 8,18m² com
estrutura em madeira de lei Maçaranduba e teto-jardim, paredes externas em madeira do tipo Piquiarana instalada tipo escama de peixe recheada com isolamento de poliestireno expandido de 20mm e revestimento interno de chapas de OSB. Localizado em São Miguel do Gostoso – RN, município a 110km da capital Natal, a edificação encontra-se inserida em clima quente e úmido. O objetivo é verificar a eficiência do material frente às exigências de conforto térmico e contribuir com informações técnicas para a melhoria do conforto ambiental das habitações em madeira na região de clima quente-úmido. O método de análise consiste na medição de temperatura de bulbo seco e temperatura de globo através do equipamento HOBO H8 RH/Temp Data Logg, localizado em pontos protegidos de radiação solar direta. O método de determinação de conforto térmico emprega o modelo adaptativo de De Dear e Brager (2002) que propõe uma faixa de conforto térmico que relaciona a temperatura média do ar externo com um intervalo de temperatura operativa interna. Os resultados possibilitam caracterizar o desempenho térmico por meio dos períodos de ocorrência de conforto térmico, o pequeno atraso térmico do ambiente e os períodos de maior temperatura do ar, além da baixa amplitude térmica.
Palavras Chave: sistemas construtivos, madeira, conforto térmico, desempenho térmico.
ABSTRACT: The article presents the analysis of thermal performance of an office from 8.18 m²
wooden structure of Maçaranduba and roof garden, exterior walls in wood type Piquiarana installed with 20mm of expanded polystyrene and inner lining of OSB. It is located in São Miguel do Gostoso - RN, 110km from the capital city Natal, in hot and humid weather. The goal is to verify the efficiency of the materials to the requirements of thermal comfort and contribute with to technical information to improve thermal comfort of wooden houses in hot-humid weather. The method of analysis is the measurement of dry bulb temperature and globe temperature through the HOBO H8 RH
equipment/Temp Data Logg, located in spots protected from direct sunlight. The determination method employs the adaptive thermal comfort model of De Dear and Brager (2002) that proposes a range of thermal comfort that relates the average outdoor air temperature with a range of internal operating temperature. The results show the thermal performance considering the occurrence of thermal comfort, the small thermal lag of the environment and times of higher temperature and the low temperature range.
1. INTRODUÇÃO
A edificação de madeira é um pequeno escritório localizado em São Miguel do Gostoso, município 110km ao Norte de Natal, capital do estado do Rio Grande do Norte (RN) Nordeste do Brasil (Figura 1). A região está inserida no clima quente e úmido e corresponde a zona bioclimática 8, onde as principais recomendações construtivas indicam minimizar ganhos de calor durante o dia e maximizar a perda de calor durante a noite, minimizar ganhos internos de calor, controlar a radiação solar, regular movimento do ar e otimizar a estrutura com relação ao armazenamento térmico e atraso térmico (Wong e Li, 2007).
Figura 1- Localização do município de São Miguel do Gostoso. Fonte: www.saomigueldogostosobrasil.com/mapas.htm
No clima quente e úmido do litoral do Rio Grande do Norte, quando combinadas a temperatura de bulbo seco do ar com a velocidade do ar, pode ser confortável na maioria das horas do ano devido à aceleração das trocas de calor por convecção entre o corpo humano e o ambiente e promoção de resfriamento evaporativo do corpo. Quando combinadas com a radiação térmica, o clima pode se tornar muito desconfortável. A radiação solar afeta as edificações causando aquecimento penetrando através das aberturas e sendo absorvida pela envoltória, além destes fatores a alta radiação causa ofuscamento e deterioração de materiais e influencia as trocas de calor do corpo com o meio.
A NBR 15.220 (ABNT, 2005) indica para a zona bioclimática 8 o uso de grandes aberturas para ventilação, sombreamento para aberturas e uso de vedações externas do tipo leve refletora, o que significa uma adoção do valor para transmitância térmica de parede menor ou igual a 3,60 W/m².K e da cobertura, menor ou igual à 2,30 W/ m².K multiplicado pelo fator de correção da transmitância aceitável para coberturas desta zona. Os atrasos térmicos devem ser menores que 4,3 horas para paredes e menores que 3,3 horas para cobertura.
O escritório analisado possui quatro pilares de madeira Maçaranduba, cada um composto de duas peças de madeira (9cm x 5,5cm), paredes externas em madeira do tipo Piquiarana instalada tipo escama de peixe recheada com poliestireno expandido em chapas de 20mm justamente encostadas ao revestimento interno de chapas de OSB (Figura 2 e Figura 3). As dimensões do escritório estão especificadas na Figura 4. A cobertura do tipo teto-jardim com inclinação de 10% facilita o escoamento das águas para a calha de alumínio embutida após a última linha da estrutura da coberta (Figura 5). Os 16,00m² de grama que compõem o teto-jardim estão sobre uma camada de areia barrada misturada com vermiculita, logo abaixo uma camada de bidin e seguida de duas camadas de lonas plásticas diretamente apoiadas nas chapas de madeirite plastificado que compõem a estrutura.
Figura 2 e Figura 3 – Escritório com estrutura em madeira Fonte: autores
Figura 4 - planta baixa do escritório Fonte: autores
Figura 5 – Teto-jardim Fonte: autores
2. OBJETIVO
O objetivo deste artigo é analisar o desempenho térmico de um escritório de madeira em clima quente e úmido no município de São Miguel do Gostoso - RN, através de monitoramento de temperatura de bulbo seco e temperatura de globo.
3. MÉTODO
O procedimento de pesquisa consistiu no monitoramento das temperaturas do ar externo e interno e temperatura de globo interna do escritório de madeira ao longo de dois dias representativos. As variáveis escolhidas para análise se baseiam no modelo de conforto térmico adaptativo. O método escolhido de monitoramento foi definido com base nos equipamentos disponíveis no Laboratório de Conforto Ambiental da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN).
3.1 Determinação de conforto
A faixa de conforto térmico emprega o método adaptativo (SPAGNOLO e DE DEAR, 2003), que avalia a influência do movimento do ar sobre a elevação do limite da temperatura de desconforto ao calor, utilizada pela Standard 55-2004 (ASHRAE, 2004b), adotado por Negreiros (2010). A faixa de conforto térmico relaciona a temperatura média do ar externo com um intervalo de temperatura operativa interna (Equação 1). A temperatura operativa foi considerada uma média entre a temperatura do ar e temperatura de globo.
A faixa limite de conforto para 90% de pessoas satisfeitas é de ± 2,5ºC na temperatura de conforto. A influência do efeito do movimento do ar emprega o modelo da ASHRAE Standard 55-2004 (OLESEN, 2000), cuja equação 2 foi obtida do gráfico da Figura 6, adaptado da ASHRAE Standard 55-2004 (2004a), utilizando o programa DataFit version 9.0.59 (OAKDA LE ENGINEERING, 2009). Este modelo é aplicado para condições com roupas leves entre 0,5 e 0,7 clo e taxa de metabolismo entre 1,0 e 1,3 met e situações em que os ocupantes têm controle individual do moviment o do ar. A velocidade do ar foi limitada em 0,8m/s, equivalente a uma brisa, devido aos efeitos provocados por velocidades mais elevadas.
Tc = 0,31 Te + 17,8 (1)
Tc é temperatura de conforto, em °CTe é temperatura externa, em °C
dT=a+b*x1+c*x2+d*x1²+e*x2²+f*x1*x2+g*x1³+h*x2³+i*x1*x2²+j*x1²*x2, (2)
dT é o aumento de temperatura por uso da velocidade do ar, em °Cx1 representa a diferença entre temperatura radiante e do ar, em °C x2 representa a velocidade do ar, em m/s
As constantes são:
a=-8,95E-03 e=4,86 i=-1,61E-02
b=9,03E-03 f=0,14 j=2,48E-03
c=1,67 g=-1,33E-04
d=-2,18E-04 h=-3,58
Figura 6 - Relações entre velocidade de ar, diferença entre temperatura radiante e temperatura do ar, e efeito equivalente à redução da temperatura do ar.
Fonte: adaptado de ASHRAE Standard 55-2004 (OLESEN, 2000) -10 0 10 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 0,00 0,25 0,51 0,76 1,02 Tr-Tar (ºC) aumento de temperatura (ºC) velocidade do ar (m/s) 4,00-4,50 3,50-4,00 3,00-3,50 2,50-3,00 2,00-2,50 1,50-2,00 1,00-1,50 0,50-1,00 0,00-0,50
3.2 Monitoramento
O monitoramento de temperatura de bulbo seco dos ambientes foi realizado por meio de sensores/armazenadores da marca Hobo, cuja aferição ficou inferior à incerteza de medição nominal de ±0,5°C. Durante o monitoramento as venezianas de portas e janelas foram mantidas fechadas, havendo renovação de ar por suas frestas.
4. ANÁLISE DE RESULTADOS
Conforme gráfico da Figura 7, o clima externo apresentou máxima temperatura de 31,9°C e mínima temperatura de 25,2°C. Há 67,6% das horas registradas dentro da faixa de conforto e 32,4% na faixa de conforto se houver movimento de ar de até 0,80m/s (equivalente a uma brisa). A amplitude térmica foi pequena, como caracteriza o clima quente e úmido, variando 6,8 °C.
Figura 7 – Temperatura do ar externo e limites de conforto A
Figura 8 apresenta o registro da temperatura interna do ar e temperatura operativa. A temperatura interna do ar registrada é muito próxima da temperatura do ar externa. Os picos de temperaturas internas e externas ocorrem com pouca defasagem, indicando que não há atraso térmico significativo. Durante a noite, a temperatura externa é aproximadamente 1,6°C mais baixa que a interna, sendo que nas horas mais quentes do dia é aproximadamente 1,6°C mais alta. A maior temperatura interna foi de 31,9°C e a menor de 25,5°C, praticamente as mesmas da temperatura externa.
Há 70,5% das horas registradas dentro da faixa de conforto, um percentual maior do que o registrado pela temperatura externa e 29,5% na faixa de conforto se houver movimento de ar de até 0,80 m/s (equivalente a uma brisa). A pequena diferença se dá nos primeiros horários da manhã, quando a temperatura externa atinge níveis de conforto com uso de ventilação primeiro, porém no momento em que esta começa a diminuir, a temperatura interna acompanha a diminuição com menor atraso.
Durante a maior parte da manhã até pouco depois do meio-dia a temperatura interna se mantém abaixo da externa, a partir das 15h há uma inversão com a temperatura interna se mantendo maior que a externa, inclusive durante toda a noite.
20,0 22,0 24,0 26,0 28,0 30,0 32,0 34,0 10/26/13 09:00:10,0 10/26/13 11:10:10,0 10/26/13 13:20:10,0 10/26/13 15:30:10,0 10/26/13 17:40:10,0 10/26/13 19:50:10,0 10/26/13 22:00:10,0 10/27/13 00:10:10,0 10/27/13 02:20:10,0 10/27/13 04:30:10,0 10/27/13 06:40:10,0 10/27/13 08:50:10,0 10/27/13 11:00:10,0 10/27/13 13:10:10,0 10/27/13 15:20:10,0 10/27/13 17:30:10,0 10/27/13 19:40:10,0 10/27/13 21:50:10,0 10/28/13 00:00:10,0 10/28/13 02:10:10,0 10/28/13 04:20:10,0 10/28/13 06:30:10,0 10/28/13 08:40:10,0 Tem p e ratu ra °C T limite ao frio T limite conforto ao calor T limite conforto ao calor com mov de ar
A temperatura operativa é praticamente a mesma que a temperatura do ar, resultado do isolamento, que evita que as paredes sem sombreamento passem calor para dentro, minimizando a necessidade de ventilação.
Figura 8 - Temperatura do ar externo e interno e limites de conforto
5. CONCLUSÕES
Os dados coletados entre os dias 26 e 28 de outubro de 2013, relativo a medição do escritório de 8,18 m2 em São Miguel do Gostoso permitiram analisar o comportamento térmico do sistema construtivo utilizado de estrutura em madeira e teto jardim. O sistema se mostrou adequado para o uso no clima quente úmido, mesmo com as venezianas fechadas e utilizando apenas a renovação de ar das frestas e sombreamento, além do poder de reter calor do teto-jardim e do fechamento em madeira com isolamento. A temperatura interna acompanhou a mudança da temperatura externa mantendo-se com pequenas diferenças durante todo o tempo registrado. A maior parte das horas registradas esteve dentro da faixa de conforto, com o restante das horas dentro da faixa de conforto adicional quando for utilizado movimento do ar.
Desta forma, quando uma edificação não tem potencial de ventilação, como no protótipo analisado com suas venezianas mantidas fechadas, é importante dar atenção para que as superfícies internas não aqueçam, utilizando estratégias como isolamento nos fechamentos e teto jardim.
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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T limite ao frio T limite conforto ao calor T limite conforto ao calor com mov de ar Temp Externa
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