BIOCLIMATISMO NO PROJETO DE ARQUITETURA: DICAS DE PROJETO

BIOCLIMATISMO

NO PROJETO DE ARQUITETURA: DICAS DE PROJETO

ALGUNS FUNDAMENTOS E INSTRUMENTOS PARA

CONCEPÇÃO

EM CLIMA TROPICAL ÚMIDO

PARA EDIFICAÇÕES PREVISTAS SEM CLIMATIZAÇÃO OU COM

CLIMATIZAÇÃO MISTA

Autores:

Arq. Cláudia Barroso-Krause, D.Sc.

Arq. Maria Júlia de O. Santos, M.Sc.

Arq. Maria Lygia Niemeyer, M.Sc.

Arq. Maria Maia Porto, D.Sc.

Alunos de graduação

Anna Manuela Rodriguez Carneiro Gomes

Kamila Cobbe Teixeira

José Cláudio Peixoto Gomes

Proarq - DTC

FAU- UFRJ

PROARQ e DTC – FAU - UFRJ ₂

Algumas palavras...

Esta apostila propõe, para o aluno de graduação, em linguagem simples, as informações básicas para o início da abordagem bioclimática do projeto sujeito à climatização mista e à opção pela não climatização; um glossário simples, que explica os principais conceitos (sublinhados no texto) utilizados; anexos com instrumentos úteis para o acompanhar o desenvolvimento da concepção do projeto e um guia de utilização destes instrumentos no processo do projeto.

Ela não pretende resolver os problemas ligados ao bioclimatismo e a conservação de energia em edificações residenciais ou de climatização mista em clima tropical brasileiro, nem apresentar em detalhes todo o resumo do conhecimento disponível sobre o assunto, mas apresentar noções básicas que possam ser incorporadas ao processo de início de concepção arquitetônica permitindo a otimização do projeto face a seu entorno climático e às necessidades de seus futuros ocupantes. A pesquisa em qualidade das construções em clima tropical úmido vai muito mais longe e tem sido objeto de pesquisa intensa. Nossos centros universitários - de Norte a Sul do país - e institutos de pesquisas tecnológicas vêm procurando integrar e adequar os princípios físicos da transmissão de calor e as necessidades de caráter ambiental dos diversos tipos de usuários à nossas diversidades climáticas, culturais e às nossas leis de uso do solo. Muitas das informações aqui transmitidas vêm dessa massa multidisciplinar de pesquisadores. Outras, de uma geração anterior, a quem o pioneirismo deve ser reconhecido.

Especificamente a pesquisa em conforto ambiental nas edificações tem procurado tomar uma nova atitude frente a arquitetura. Ela procura definir uma abordagem do projeto da construção desde seu início em ligação “íntima” com o lugar, seu entorno, o clima e os hábitos construtivos locais. Ela procura preservar a liberdade de escolha, mas associando-a à sua responsabilidade ambiental. Viemos nos dar conta que fomos um pouco longe demais, ao ter confiança cega no uso de equipamentos para resolver a posteriori aspectos do conforto ambiental no interior das edificações. A arquitetura do século XX se caracterizará talvez (ao menos do ponto de vista histórico) por ter dado exagerada importância à tecnologia, a exclusão de qualquer outro valor. De lá esta dependência atual em relação ao controle mecânico do ambiente interior, em detrimento da exploração dos fenômenos climáticos naturais para satisfação de nossas exigências de conforto. Embora tenha havido um grande acúmulo de conhecimento, o acesso à essa informação já disponível constitui hoje um dos grandes problemas em todas as áreas, inclusive a da construção. A medida que os fenômenos envolvidos tornam-se mais complexos e que a gama de materiais e técnicas possíveis se aperfeiçoam, nos defrontamos na prática, à dificuldade de acesso a esse saber.

Assim, em geral, arquitetos, construtores e sobretudo auto-construtores, deixam de lado estas informações, mesmo disponíveis, por se apresentarem sob forma técnica, complexa e fastidiosa. Donde os erros, ou no mínimo as “prises” de riscos consideráveis na concepção do projeto arquitetônico. Com isso, a qualidade do ambiente resultante acaba sempre diferente - e em geral bem inferior - do esperado.

Para o profissional já “em campo” permanece uma certa dificuldade na matéria. Quando sem tempo para reciclar, com hábitos já enraizados, acaba com dificuldades para incluir, desde os primórdios do projeto os conceitos necessários à uma boa inserção de sua arquitetura no meio. Este é talvez o momento mais importante da concepção onde há mais liberdade de escolha (implantação, partidos, materiais, etc.), escolha essa que “engessará” para sempre (ou até uma reforma) a edificação.

Assim, hoje, o tema de conforto ambiental faz parte do novo currículo universitário brasileiro do curso de Arquitetura. A partir da constatação de que as construções deixaram de responder às necessidades mínimas de conforto dos indivíduos e às novas necessidades de conservação de

PROARQ e DTC – FAU - UFRJ ₃ energia do país, surgiu esta disciplina, ministrada na UFRJ em um período letivo. É disciplina introdutória de outras mais específicas, eletivas mas essenciais e fortemente recomendadas à formação completa do arquiteto atual.

Que não se espere obter daqui valores precisos previsionais do comportamento do projeto após sua construção. Estes dados serão sempre resultados de um trabalho especializado, de um nível de detalhamento muito superior. Mas espera-se que as informações lhes sejam úteis para orientá-los na iniciação da abordagem bioclimática do projeto.

Cláudia Barroso Krause

P.S. Softwares, freeware e outras dicas para apoio ao projeto podem ser encontrados na página

PROARQ e DTC – FAU - UFRJ ₄ Introdução_____________________________________________________________________________6

1.

O homem e suas necessidades ambientais. ... 1.1. O diagnóstico do microclima. ...

1.2.2 Trocas por condução ... 15

1.2.4. Muros e esquadrias... 20

1.3 Insolação e o projeto... 21

2.1. A construção e as fontes de luz ... 27

2.1.2. Fontes de luz natural... 27

2.1.3. Fontes de luz artificial ... 28

3. Homem e suas necessidades acústicas ... 35

3.2.1 Fonte sonora ... 38

3.2.2. Propagação ... 39

3.3. Qualidade Acústica ... 3.3.2. Absorção Acústica / Materiais Absorventes ... 43

3.3.3. Tempo de Reverberação (TR) ... 44

3.4. O Ruído e Projeto ... 3.4.2. Qualificação Acústica dos Espaços ... 44

3.4.3.Tratamento das Fontes de Ruído de Impacto ... 45

3.4.4. Afastar Espaços Sensíveis das Fontes de Ruído ... 45

3.4.5. Isolamento dos Ruídos Aéreos ... 45

3.4.6. Condicionamento Acústico ... 46

1. Higrotermia ... 48

Material ... 55

Anexo T2 – Cartas solares para diversas latitudes ... 57

Anexo T4 – Valores médios de absorção solar (

α

α

ε

Anexo T5 – Alguns materiais de construção e suas características térmicas médias. (Segundo FROTA e fabricantes – ver bibliografia) ... 60

Anexo T9 – Diversos fatores de sombra normalmente utilizados em projetos ... 66

Anexo T10 – Valores de transmissão de calor para vidros ... 66

Material ... 68

% reflexão ... 68

% transmissão ... 68

% absorção ... 68

Efeito resultante ... 68

Vidro Opaco negro ... 68

0,5 68 0 68 0,95 68 Reflexão difusa ... 68

Vidro Opaco branco ... 68

0,75...0,80 ... 68 0 68 0,25...0,20 ... 68 Vidro Transparente 2 a 4 mm ... 68 0,08 68 0,9 68 0,02 68

PROARQ e DTC – FAU - UFRJ ₅

Transmissão dirigida ... 68

Vidro Mate externo 1,5 a 3 mm ... 68

0,07...0,20 ... 68

0,87...0,63 ... 68

0,06...0,17 ... 68

Transmissão semi dirigida ... 68

Vidro Mate interno 1,5 a 3 mm ... 68

0,06...0,16 ... 68

0,89...0,77 ... 68

0,05...0,07 ... 68

Vidro Opal branco 2 a 3 mm... 68

0,30...0,55 ... 68

0,66...0,36 ... 68

0,04...0,08 ... 68

Vidro Opal vermelho 2 a 3 mm ... 68

0,04...0,05 ... 68

0,04...0,02 ... 68

0,92...0,93 ... 68

Transmissão difusa ... 68

Vidro Opal laranja 2 a 3 mm ... 68

0,05...0,08 ... 68

0,10...0,06 ... 68

0,85...0,86 ... 68

Vidro Opal amarelo 2 a 3 mm ... 68

0,25...0,30 ... 68

0,20...0,12 ... 68

0,55...0,58 ... 68

Vidro Opal verde 2 a 3 mm ... 68

0,08...0,10 ... 68

0,09...0,03 ... 68

0,83...0,87 ... 68

Vidro Opal azul 2 a 3 mm ... 68

0,08...0,10 ... 68 0,01...0,03 ... 68 0,82...0,87 ... 68 Papel branco ... 68 0,60...0,80 ... 68 0,10...0,20 ... 68 0,30...0,10 ... 68

Reflexão e transmissão difusas... 68

Papel apergaminhado... 68 0,50 68 0,30 68 0,20 68 Pergaminho ... 68 0,48 68 0,42 68 0,10 68 Seda branca ... 68 0,28...0,38 ... 68 0,61...0,71 ... 68 0,01 68 Reflexão semidirigida. Transmissão difusa ... 68

PROARQ e DTC – FAU - UFRJ ₆ Seda colorida... 68 0,20...0,10 ... 68 0,54...0,13 ... 68 0,44...0,86 ... 68 Hora ... 73 Hora ... 73 Hora ... 74 Hora ... 74

Anexo A2 – Tempo de reverberação ideal ... 78

Vidro simples...79

Vidro duplo...79

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Introdução

O novo cenário de nossos projetos arquitetônicos: as intervenções humanas e o

microclima.

Os grandes centros urbanos assistiram recentemente a uma variação importante no seu microclima, em função da mudança do ritmo da atividade humana: os milhares de deslocamentos diários dos automóveis, a refrigeração (ou o aquecimento) e a iluminação intensiva dos edifícios e dos locais públicos, e mesmo a presença dos milhares de seres humanos constituem hoje fonte de calor e de tipos diversos de poluição (ruídos, poeiras, hidrocarburetos e vários produtos das combustões), e determinam o microclima urbano. Se a estes fatores se associam situações geográficas especiais, assistimos, tanto em São Paulo como em Atenas e na cidade do México - situadas em uma depressão e fora do alcance dos ventos de alta velocidade - a um acúmulo destes digamos subprodutos das atividades humanas, gerando um adensamento dos gases e uma situação de poluição muito forte.

Resumindo, ao concentrar suas atividades em um só lugar - a cidade - o homem modifica seu microclima: acontecem temperaturas médias mais elevadas, há a modificação do regime de chuvas, o aumento da nebulosidade devido à poluição do ar. As chuvas, sendo rapidamente evacuadas para o sistema de esgoto, pelo excesso de solo impermeável, não tem tempo de refrescar o solo e o ar, salvo perto dos parques e jardins. Bairros inteiros passam a sofrer com o calor no verão e na meia-estação. Estes bairros, mais quentes, acabam atraindo as massas de ar, e, como estas estão carregadas de partículas poluentes, tornam-se bairros quentes e poluídos. As antigas regras de bem morar dormir de janelas escancaradas, cercar-se de muros baixos, insinuantes de propriedade, se modificam: por medo ou ruído ou chuva, não se permite a livre circulação de ar no interior das construções; os muros, cada vez mais altos e impenetráveis, afastam os ventos de todo o terreno. Construções em "paredão" como em Copacabana, impedem também o acesso dos ventos locais aos quarteirões internos, impedem o acesso do Sol às ruas estreitas e aos andares mais baixos das edificações, prejudicando a qualidade do ar em climas úmidos.

Mas não é só o meio urbano quem sofre. As zonas rurais padecem das filosofias agrícolas "modernas", e das novas implantações de fábricas, ambas trabalhando com a técnica de terreno arrasado. Limpa-se e planifica-se o terreno e em seguida começa-se, com mais "conforto" o projeto de implantação. Com a retirada da camada fértil do solo, e da variedade florestal existente, o microclima se modifica. Uma parte importante da fauna e da flora desaparecem e permite a ocorrência de erosão e do empobrecimento progressivo do solo. A qualidade da água dos mananciais é comprometida e será, segundo alguns o desafio maior do próximo século. Perde-se o amortecimento da vegetação em relação à ação das chuvas, dos ventos, da radiação solar. A amplitude de temperatura aumenta.

O microclima se degrada e as soluções tradicionais de projeto deixam de responder aos anseios de seus usuários.

O homem e suas necessidades ambientais.

Sentir-se confortável é talvez a primeira sensação procurada pelo ser humano. O bebê confortável ressona ou brinca tranqüilo e, a medida que esse equilíbrio vai se rompendo, dá sinais claros de agitação e descontentamento. Cada um de nós é incapaz de descrever, quando confortável, os limites ou as características desta sensação. Entretanto, ao rompimento deste estado, conseguimos descrever se trata de um ruído, um excesso - ou falta - de calor, uma ausência ou excesso de luz que nos incomoda.

Depreendemos daí que só existe um conforto, global, indefinível, mas várias fontes, independentes (mas capazes de se somarem) de desconforto. Assim, o que nos preocupa na realidade não é o conforto, mas o desconforto. É este que devemos bem conhecer, para melhor determinarmos suas causas. Desta forma, poderemos, no projeto nosso de cada dia, projetar mecanismos para evitar ou minorar suas conseqüências.

PROARQ e DTC – FAU - UFRJ ₈ Por uma questão de hábito, chamaremos este estudo de conforto ambiental. Dividiremos neste curso a noção de conforto ambiental basicamente em três: conforto térmico, lumínico e acústico; embora como vimos sejam apenas algumas das facetas1 _{de um único conceito que envolve o}

Homem e suas necessidades ambientais. Conhecendo as bases conceituais destes "confortos”, capacitamo-nos ao projeto arquitetônico responsável com o usuário e o seu entorno.

1 Aliás, como arquitetos, outros confortos igualmente importantes nos são cobrados, como o respiratório, ergonômico, táctil, visual, etc..que devem interagir no momento das decisões projetuais.

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1. O homem e suas necessidades higrotérmicas

O homem é o que chamamos um animal homeotérmico, ou seja, sua energia vital é conseguida através de fenômenos térmicos em um processo chamado metabolismo. Sua energia útil, entretanto é apenas 20% da metabolizada. Os restantes 80% são transformados em calor e devem ser eliminados para que o equilíbrio seja mantido.

Sempre que o organismo, através de seu sistema termo-regulador, necessita trabalhar muito para manter este equilíbrio, ocorre a fadiga, e a conseqüente queda de rendimento das atividades, em um primeiro estágio, e a longo prazo, algum tipo de dano físico (tontura, desmaio, etc.). É o que pode acontecer, por exemplo, ao se jogar partidas seguidas de vôlei de praia no verão sem descanso, ou durante as corridas feitas em horários de muito calor, etc.

Assim, o conforto higrotérmico é obtido sempre que consegue manter, através das trocas higrotérmicas (Fig.T1), um equilíbrio entre seu corpo (que está em torno de 36,7°C) e o entorno.

M - Metabolismo, ou a produção de calor interno do corpo. R - trocas por radiação. Entre o Sol e o corpo, entre o corpo

e a abóbada celeste, entre o corpo e os demais corpos (paredes, etc.)

C - trocas por condução, contato. Entre o corpo e toda

superfície em que ele toca.

Cv - trocas por convecção. Entre o corpo e o ar que está

em seu contato direto.

E - trocas por evaporação. Eliminação do calor pela troca

pulmonar, na expiração e através da pele, pelos poros.

Fig. T1 – Trocas higrotérmicas entre o homem e seu entorno.

As trocas ilustradas anteriormente ocorrem todo o tempo e podem mudar de sentido - de perda para ganho de calor - segundo haja mudança de local, de momento (dia/noite), de atividade (metabolismo) e de vestuário2_{. O fundamental, para que estejamos em sensação de conforto}

higrotérmico é que o somatório dessas trocas seja nulo. Ou seja, todo calor que estejamos produzindo em excesso possa ser eliminado e que não percamos calor necessário à manutenção do equilíbrio interno3_.

Ou seja, o rendimento de qualquer atividade, possui um vínculo estreito com as condições higrotérmicas do seu entorno. Para conhecer estes valores, várias pesquisas foram feitas com inúmeras pessoas em várias situações. Os resultados foram transformados em gráficos de ajuda ao diagnóstico de conforto higrotérmico chamados diagramas bioclimáticos. Eles interpretam os valores instantâneos de umidade e temperatura do ar em função de parâmetros de conforto. O mais utilizado é o realizado pela equipe do Prof. Givoni4 _{(Fig. T2).}

2 na realidade, de forma mais completa, podemos afirmar que o bom aproveitamento da atividade humana - no lazer ou no trabalho - é função (com pesos distintos e variáveis) do perfil de cada indivíduo. Chamaremos aqui de perfil sua descrição em termos de compleição física (devido à idade, tamanho, sexo, saúde, raça, etc. ..), vestimenta, atividade, e, de mais difícil mensuração, de seus fatores econômicos, sociais e psicológicos.

3 ou seja, para garantir as condições de saúde do organismo, necessitamos que a equação M ±R ± C ± Cv - E = 0 se mantenha ao longo do tempo.

PROARQ e DTC – FAU - UFRJ ₁₀ N, N' - zona de conforto e zona de conforto ainda

aceitável.

AC - resfriamento através de métodos ativos (condicionamento de ar).

EC, EC' - resfriamento através da evaporação. W - necessidade de umidificação suplementar. D - desumidificação necessária. H,H' - limite do aquecimento por métodos passivos. V,V' - resfriamento através de ventilação. M,M' - uso de materiais do envoltório construtivo.

Fig. T2 – Diagrama original de Givoni e as situações “vividas” fora do polígono de conforto. Fonte: GIVONI, A – L´homme, L´architeture et le Climat

O diagrama do Prof. Givoni identifica “zonas” de conforto e/ou de estratégias de arquitetura bioclimática, em função dos valores que encontramos no local de umidade e temperatura do ar. Fora do poligono central – N ou em verde na figura T2 – encontram-se situações climáticas associadas à sensações de desconforto higrotérmicas, que podem ser corrigidas ou minoradas se aplicarmos as respectivas estratégias.

Assim, se plotarmos em um diagrama bioclimático como o anterior os principais valores de temperatura e umidade de um local, poderemos obter um primeiro diagnóstico de seu clima e das melhores estratégias de projeto. Exemplo (Fig. T3):

Cidade dados climáticos médios diagnóstico

Estação verão inverno verão inverno

Valores temperatura _{média (°C)} umidade rel. _{média (%)} temperatura _{media (°C)} umidade rel. _{média (%)}

Belém 26,2 83 26,2 82 Brasília 21,5 77 18,1 65 (50) Fortaleza 27,3 74 25,9 81 R. de Janeiro 25,5 76 20,6 23,3 São Paulo 20,4 80 15,6 80 Porto Alegre 23,3 70 14,2 85

Fig. T3 - Tabelas climatológicas do Min. da Aeronáutica - Período 1961/1965 (Fonte: FROTA)

O que é importante entender é que a escolha das estratégias deve ser feita em função do tipo e do período de ocupação (meses e horas do dia). Em homenagem ao belo trabalho de apoio desenvolvido pelos Labcon e LabEee (UFSC), ilustremos com as estratégias adequadas para um projeto de casa de férias usada prioritariamente no inverno ou no verão em Florianópolis.(Fig. T4)

mucosas desidratação suor aparente frio condensação nas partes frias

PROARQ e DTC – FAU - UFRJ ₁₁

Fig. T4 - Diagramas bioclimáticos aplicados a Florianópolis para período de 24h no inverno (15/06 a 15/08) e no verão (15/11 a 15/02). Fonte : Programa Analysis 2.0 - LabEEE UFSC

1.1. O diagnóstico do microclima.

Além do tipo de clima, para todo estudo arquitetônico, é necessário o conhecimento do microclima envolvido, ou seja, o clima do entorno próximo. Os valores que encontramos nas estações meteorológicas, são medidos em circunstâncias muito especiais e em geral distintas daquelas do nosso dia a dia. É necessário um estudo, sobre planta de relevo, para verificar as mudanças ocasionadas por topografia, cobertura vegetal, densidade urbana, etc. Da mesma forma que as montanhas, construções vizinhas podem esconder a radiação solar direta, refletir os raios de Sol, obstruir e modificar o sentido ou a velocidade dos ventos dominantes.

Na realidade, no estudo do microclima existe um limite além do qual, o assunto torna-se estudo de urbanismo, escapando às possibilidades de intervenção do arquiteto. Desta forma, é preciso avaliar apenas o impacto do entorno próximo à edificação - entorno natural, construído ou legislado - sobre a performance da construção. O que queremos é conseguir identificar os elementos específicos deste entorno capazes de modificar os dados climáticos padrão das estações meteorológicas.

Para uma primeira definição das estratégias bioclimáticas de projeto, não sendo possível conseguir os dados das estações climatológicas, uma pesquisa no terreno pode ajudar-nos a determinar qual o tipo de clima em jogo. Medem-se os valores médios (média das médias) da temperatura do ar e da umidade dos meses extremos - que são os piores - e aplica-se na tabela a seguir (Fig. T5):

TEMPERATURA diagnóstico UMIDADE ABSOLUTA diagnóstico

< que 10°C Frio > 6 g/Kg Úmido

<4 g/Kg Seco

10°C a 20°C Temperado > 6 (10°C) e >9 g/Kg (10°C) Úmido

< 4 g/kg5 Seco

20°C a 30°C Quente > 10 (20°C) e >16 g/Kg (30°C) Úmido

<4 g/Kg Seco

> que 30°C Muito Quente > 186g/Kg Úmido

< 14 g/Kg Seco

Fig. T5 - (Fonte FERNANDEZ)

Combinando os diagnósticos de temperatura e umidade é possível gerarmos definições de clima como temperado úmido, quente seco, etc. Os resultados servirão de base na escolha das estratégias mais adequadas.

Quanto aos ventos, em caso de ausência de dados, uma conversa com um ribeirinho, uma olhada no terreno com uma bússola e a tabela de Beaufort (ver figura T6), em horas, dias e estações

5 Segundo a relação de tensão de vapor do diagrama de GIVONI, pg. 32.

0 5 10 15 20 25 0 5 10 15 20 25 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 TBU[°C] W[_g/ Kg ] 1 2 3 4 5 6 7 ent o 8 9 10 11 12 0 5 10 15 20 25 0 5 1 1 2 2 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 TBU[°C] 1 2 3 4 5 6 7 ent o 8 9 10 11 12

PROARQ e DTC – FAU - UFRJ ₁₂ diferentes, podem nos dar uma idéia, pela simples observação dos fenômenos ocorrentes, da velocidade e direção dos ventos e do tipo de abertura e esquadria necessária ao pleno aproveitamento deste recurso natural (exemplo de aplicação no anexo T7).

Fig. T6 – Tabela de BEAUFORT ref.: Gret (ver bibliografia)

Os dados geo-climáticos podem ser assim em seguida classificados pelo arquiteto como vantagens, trunfos, ou desvantagens, facilitando sua compreensão na escolha das estratégias de resfriamento passivo ou ativo, umidificação, desumidificação, aquecimento passivo ou ativo, inércia, etc., e serem incorporados à seu estilo, sua estética e a de seu entorno.

1.2. A construção, o usuário e o clima

Gerar uma arquitetura adequada a determinado clima significa elaborar espaços que propiciem ao seu usuário condições internas microclimáticas compatíveis ao funcionamento de seu metabolismo nas diversas atividades ali exercidas.

Como dissemos antes, o conforto higrotérmico é obtido sempre que se consegue manter, através de trocas com o meio ambiente ou via uma mudança metabólica, um equilíbrio entre o corpo e o entorno.

Já temos um instrumento – o diagrama bioclimático de Givoni – que nos permite verificar quais as estratégias mais eficazes para garantir no interior das edificações um nível de temperatura e umidade compatível no período ocupado com a atividade prevista.

Por exemplo, no diagrama de Givoni aplicado para a cidade do Rio de Janeiro ( Ilha do Fundão) e para um período de ocupação total observamos a seguinte repartição de horas de conforto: 15% frio (mas não tanto quanto em Florianópolis), 20% conforto e 65% calor (Fig. T7).

Escala de Beaufort

Velocidade dos

ventos Fenômenos comumente observados

0 0 a 0,2 m/s a fumaça (churrasqueira, chaminé, cigarro, etc.) sobe de forma vertical. 1 0,3 a 1,5 m/s o vento faz a fumaça se inclinar, mas ainda não consegue girar um cata-vento. 2 1,6 a 3,3 m/s o ser humano percebe o vento no rosto, as folhas das árvores e do cata-vento _{começam a se mexer.}

3 3,4 a 5,4 m/s as folhas e os pequenos ramos das árvores se mexem de forma contínua e o _{vento faz as bandeiras se mexerem.} 4 5,5 a 7,9 m/s o vento tira a poeira do chão e levanta folhas de papel.

5 8,0 a 10,7 m/s as pequenas árvores começam a balançar e começa a fazer espumas nas _{ondinhas dos lagos.} 6 10,8 a 13,8 m/s fios elétricos começam a se mexer e fica muito difícil usar guarda-chuva. 7 13,9 a 17,1 m/s as árvores ficam completamente agitadas e fica muito difícil de se andar de _{frente para o vento.}

8 17,2 a 20,7 m/s os pequenos ramos das árvores se quebram e não se pode andar _{normalmente sem um esforço terrível, de frente para o vento.}

9 20,8 a 24,4 m/s as telhas dos telhados começam a ser arrancadas, ocorrem pequenas _{catástrofes com relação à casa.}

PROARQ e DTC – FAU - UFRJ ₁₃ Legenda:

1- Conforto 2- Ventilação 3-Resfriamento evaporativo

4-Massa térmica para resfr. 5- Ar-condicionado 6-Umidificação 7- Massa térmica/ Aquec. solar 8- Aquec. Solar passivo 9-Aquec.Artificial

Fig. T7 - Diagrama de conforto para Rio de Janeiro. Fonte: Efic.Energ.Arq. (CD) Lamberts et all

Ora, não nos cabe - como arquitetos - interferir em estratégias que impliquem em uma mudança metabólica (mudança de vestuário ou de atividade, por exemplo).

Desta forma só nos resta assegurar, via criação do envelope construtivo, uma relação favorável entre as necessidades humanas e o clima. Assim, retomando a figura das trocas higrotérmicas (Fig. T1), podemos inserir os elementos construtivos mais comuns e analisá-los (Fig. T8):

Principais trocas higrotérmicas entre o homem e a construção:

R - trocas por radiação: entre o Sol e a construção, entre a abóbada celeste e a construção, entre o corpo e as paredes, entre as paredes.

C - trocas por condução, contato entre o corpo e toda superfície em que ele toca, através das paredes.

Cv - trocas por convecção. Entre o corpo e o ar que está em seu contato direto, entre o ar e as paredes (externa e internamente).

PROARQ e DTC – FAU - UFRJ ₁₄

1.2.1 Trocas por radiação

Vejamos onde acontecem as trocas por radiação na construção:

• nas superfícies exteriores da construção, coberturas e fachadas, por absorção da

radiação solar, e emissão de calor6 _{para o céu ou para a abóbada celeste;}

• nas superfícies internas da construção expostas à radiação solar, por absorção da mesma e emissão , se possível7_{, de calor para a abóbada celeste;}

• entre as superfícies internas da construção, paredes, teto e piso, por absorção e

emissão de calor e entre aquelas e o corpo humano , segundo a temperatura que se encontrem .

Exemplos: Lareiras e tetos radiantes (Fig. T9).

Fig. T9

O que acontece? O fogo da lareira irradia tanto para o próprio corpo da lareira quanto para o espaço à frente da 'boca'. Ao entrar em contato com corpos sólidos, as ondas eletromagnéticas absorvidas provocam efeitos térmicos (esquentam). Lembramos neste exemplo que a radiação não esquenta o ar como um todo. Este se aquece indiretamente pela convecção provocada pelo aumento de temperatura das superfícies atingidas pela radiação, (ver exemplo de convecção no glossário). Se por acaso a lareira for mal feita, a parede da lareira deixará passar, por condução, o fluxo de calor provocado pelo excesso de temperatura da superfície interna da lareira. Outro exemplo de aplicação da radiação em arquitetura ilustrado na figura T9 é o conceito de teto radiante, usado em locais frios. O forro possui um sistema ativo de aquecimento (uma resistência elétrica ou tubulação de água quente embutida no teto). O teto aquecido esquenta por radiação o ambiente abaixo, sendo conseguida até uma diferença de 6 a 7°C acima da temperatura do ar. Como idéia de sua eficácia, para uma temperatura do ar de 17°C, é possível obter-se uma temperatura resultante de 23° a 24°C, em uma diferença da sensação que vai do frio ao conforto. A variação da radiação solar recebida ao longo de um dia, para cada m2 _{de uma superfície, pode}

ser simulada através de programas de computador. Verifica-se maior ou menor ganho de calor de acordo com a orientação ou inclinação destas superfícies, que podem ser fachadas ou águas do telhado de uma construção.

Um dos programas simuladores aos quais temos acesso chama-se CASAMO. Veja exemplo de simulação no anexo T3.

É importante notarmos ainda que a emissão ou a absorção das ondas eletromagnéticas é função da geometria da troca, da temperatura dos corpos e das características do material de

revestimento das superfícies. O que nos dá instrumentos para manipular essas trocas,

aumentando-as ou reduzindo-as. O anexo T4 mostra as características de alguns materiais quanto à capacidade de absorção à radiação solar e de emissão e absorção em relação a outros corpos, para trocas de calor (na faixa do infravermelho).

6 Chamamos aqui de calor às emissões de ondas eletromagnéticas na faixa do infravermelho.

7 Alguns elementos de construção, como o vidro, são capazes de deixar a radiação solar atravessá-los, permitindo que alcance piso e paredes, mas impedem, por sua constituição, a emissão de ondas de calor (ou na faixa do infravermelho), no sentido contrário, de volta à calota, retendo o calor no ambiente. É o princípio do tão famoso efeito-estufa.

R R R Cv C Cv

PROARQ e DTC – FAU - UFRJ ₁₅ Assim em climas quentes, lajes planas recebem uma carga térmica muito maior que telhados inclinados e prioriza-se o uso de cores claras nos revestimentos, pois oferecem fatores de absorção solar baixos, em torno de 0,20 a 0,30, impedindo a absorção de 80 a 70% da radiação solar incidente respectivamente.

Telhados em lajes com revestimento asfáltico (betume) aparente (α = 0,90), por exemplo, deixam entrar 70 % mais de radiação solar que a mesma laje revestida com pintura a óleo branca (α = 0,20).

No Rio de Janeiro, no verão, isto significa que estamos trabalhando potencialmente com valores bastante diferentes segundo nossa decisão de projeto:

- laje plana com asfalto: 7846 Wh/m2 _{x 0,90 =7061,4 Wh/m}2

- mesma laje com pintura clara: 7846 Wh/m2_{x0,30 =2353,8Wh/m}2_{, ("ganho" evitado de 4700Wh/m}2₎

- telhado de uma água (25°) à Sul c/ o revestimento anterior (pintura clara): 7007 Wh/m2 _{x 0,30 =}

2102,1 Wh/m2_,

teremos um "ganho" evitado de 5744 Wh/m2 _{ao longo de um só dia em relação à laje tradicional e}

250 Wh/m2 _{em relação à laje plana - um excelente método de resfriamento passivo, não?}

Embora, lembrando sempre que como arquitetos, devemos pensar nos demais fatores determinantes de projeto, tais como a manutenção de um revestimento, antes de escolhermos um material exposto às intempéries. (Por que?)

1.2.2 Trocas por condução

Vimos através da figura T9, que as trocas térmicas por condução são as responsáveis pela "chegada" e "partida" do calor nos ambientes. Isto porque é ela quem propicia a propagação do calor através de um corpo homogêneo ou entre camadas distintas de um corpo em temperaturas diferentes.

O fluxo de calor variará em função da densidade do material (o ar enclausurado é melhor isolante que a matéria), de sua natureza química (medida através da condutividade) - onde materiais amorfos são menos sujeitos à condução que os cristalinos, e de sua taxa de umidade (já que a água é melhor condutora de temperatura que o ar). Veja as características térmicas médias de alguns materiais de construção no anexo T5.

Em projeto, o importante é que a condução constitui o mais poderoso instrumento, junto à radiação para controle das condições higrotérmicas internas das edificações, instrumentos extremamente necessários para obtermos conforto por meios passivos ou o mais baixo consumo de energia elétrica nos casos onde necessitemos utilizar resfriamento ativo8 _{( ar condicionado).}

Vamos dar um exemplo:

Uma sala onde necessitemos condicionar artificialmente o ar (sala de computadores por exemplo), e mantê-lo a 18°C para que a temperatura resultante fique em torno dos 20-21°C. Se as temperaturas das paredes desta sala forem muito superiores a 18°C, ocorrerão trocas por convecção e o ar da sala não ficará naquele patamar exigido pelo projeto de 18°C. Imaginemos que estamos em um instante que o Sol aparece e o exterior está a 37°C (Fig. T10):

8 _{Lembramos que o princípio da climatização ativa é o de obter o conforto ao uso mínimo de energia. Não se trata de sacrificar as}

PROARQ e DTC – FAU - UFRJ ₁₆

Fig. T10

No instante seguinte o que acontece:

- a parede externa, em função do material que escolhemos sofre um incremento de temperatura, e chega, digamos a 40°C. Tendo de um lado 40°C e de outro 18°C, inicia-se um fluxo de calor de fora para dentro que só irá parar quando as duas superfícies limites da parede estiverem em uma temperatura de equilíbrio.

Imaginando, por absurdo, que os raios solares deixem de chegar (Fig. T11), que não haja mais trocas da parede externa com o exterior e que não haja mais nenhuma outra fonte interna de troca,

este valor será: (40° + 18°) /2, ou 29°C.

Fig. T11

A nova temperatura resultante de equilíbrio será: (18° + 29°)/2 =23,5 °C; obrigando o sistema de condicionamento de ar a ser projetado para uma temperatura de entrada mais fria, o que gerará: - um consumo maior de energia;

- um desconforto no usuário provocado pelo insuflamento de um ar a uma temperatura muito mais baixa que a circundante.

O que fazer? Trabalhar com o projeto e os materiais de forma a:

- ter o mínimo de absorção solar na superfície externa - via escolha de orientações apropriadas de fachadas (anexo T3), sombreamento e/ou fatores de absorção solar baixo (anexo T4);

- escolher materiais de pouca condutividade (anexo T5);

- trabalhar com a espessura das paredes (vejam na fórmula da condução acima que a espessura

(e) aparece no denominador, ou seja, quanto maior for (e), menor será o valor do fluxo

transmitido).

Naturalmente a situação é ainda mais importante quando não estivermos climatizando, pois não teremos uma "fonte de frio" para compensar o fluxo de calor que estará chegando.

1.2.3 Trocas por convecção

As trocas por convecção constituem o recurso mais próximo ao ser humano, pois intervém diretamente na capacidade do ser humano de evacuar o calor pela evaporação nos poros. Ela serve também, para dissipar o calor acumulado nas superfícies internas da edificação - paredes, pisos e teto.

Além disto é ela quem garante a manutenção da qualidade do ar que respiramos. Se a taxa de renovação de ar de um ambiente é insuficiente para o tipo de atividade que ali se desenvolve, o usuário será prejudicado, a respiração torna-se menos ativa e há o aparecimento de uma fadiga

PROARQ e DTC – FAU - UFRJ ₁₇ prematura e o risco de contaminação aumenta9_{. Embora possa aumentar segundo a atividade}

exercida, admite-se como taxa de renovação mínima de ar novo para obtermos a qualidade do ar interno, um valor em torno de 30m³/h por pessoa. No anexo T7, o quadro 4 traz um cálculo estimado de vazão de ar segundo o tipo de esquadria, da posição da abertura e do entorno construído e alguns valores de renovação desejáveis.

Voltando ao conforto higrotérmico: em climas quente-úmidos, onde o corpo perde pouco calor por radiação e por condução (porque as temperaturas ambientes estão elevadas) e se refresca pouco através da transpiração, devido à alta umidade relativa do ar, as correntes de ar controladas podem agir de forma bastante positiva para obtermos um conforto higrotérmico no verão.

Como funciona? Através de um meio fluido - o ar - em movimento ele promove "trocas térmicas por condução" de diversas zonas gasosas do ambiente e entre o ar que nos circunda e a pele de nosso corpo e dos elementos sólidos em contato - paredes, tetos, pisos, móveis, etc. - criando um processo de equilíbrio térmico.

Essas trocas ocorrem naturalmente sempre que há uma diferença de temperatura entre um sólido e um gás, ou uma diferença de pressão entre dois pontos gasosos distintos.

Na Natureza, os principais responsáveis pelas trocas por convecção são os ventos. Embora um estudo mais aprofundado dos ventos e de seu manuseio seja complexo, podemos adiantar algumas ponderações úteis para o projeto:

1- À medida que o ar se aquece, ele fica mais leve (ou menos denso) e sobe, cedendo espaço para outra massa de ar mais frio (e mais denso). O ar quente que sobe cria uma área que chamamos de depressão (sucção) e o ar frio que desce gera uma força de pressão sobre a terra (Fig. T12).

Fig. T12

No interior das construções o mesmo fenômeno acontece: o ar aquecido tende a se estratificar, ou seja, a subir rumo ao forro (ou a um eventual andar de cima) e, uma vez sem ter para onde se deslocar, cria uma camada quente estacionária, que irá aquecer o teto, provocando trocas por radiação complementares (Fig. T13).

Fig. T13

2- O vento possui movimento preponderantemente horizontal (Fig. T14) com duas características essenciais: turbulência e velocidade: a turbulência se caracteriza por um movimento

9 _{Diversos parâmetros agem sobre a qualidade do ar e o homem é extremamente sensível às menores variações de sua composição.}

Por exemplo a proporção de CO2 no ar fresco é em torno de 0,03% em volume. Logo que esta proporção atinge 0,15%, o ar já é considerado viciado, a partir de 0,4%, acontecem as dores de cabeça e os problemas de concentração.

PROARQ e DTC – FAU - UFRJ ₁₈ desordenado do vento em várias direções, provocado pela rugosidade em grande escala (prédios), é maior perto do solo e diminui com a altitude; a velocidade do vento aumenta à medida que a altitude (altura) aumenta até tornar-se estável (z ± 400m).

Fig. T14 - Em vista e em planta o deslocamento esquemático do ar.

Para o projeto isto significa algumas interferências diretas:

- Em zona muito urbanizada (com muitos obstáculos), nós não contamos em geral com a intensidade do vento que nos é oferecida pela estação meteorológica e sim com um valor menor e eventualmente até em direção contrária, como mostra a figura T14;

- Com as maiores diferenças de velocidade e direção se dando até 100m do solo, a criação de edifícios de grande altura merece um estudo mais aprofundado dos ventos locais, do entorno construído e a construir (Fig. T15). A turbulência piora com a altura pelo aumento do movimento aleatório provocado pelo encontro com a subida do ar por convecção (pela diferença de temperatura entre a área da empena junto ao térreo e ao teto); uma solução seria a adoção do uso de pilotis, que direcionam o fluxo a nível do solo, afastando a zona de turbulência da fachada posterior do edifício.

Fig. T15

- Quando da implantação de diversas unidades residenciais independentes, é importante evitar o efeito de barreira à ventilação (causado pela obstrução frontal ao vento da fachada mais ampla das construções da primeira fila). De uma maneira genérica, quanto mais alta a edificação, mais afastada será a zona de turbulência da fachada oposta à direção dos ventos dominantes; esta situação pode ser atenuada pela alternância das posições, o que vai aumentar as zonas de pressão (que irão "succionar" as turbulências). Um esboço desta solução e algumas proporções podem ser observados na figura T16 a seguir:

Linha de separação Zona de turbulência Ponto de atração - - + - +

+

-

--

+

PROARQ e DTC – FAU - UFRJ ₁₉

Fig. T16 - (Fonte: Hertz)

- De uma forma geral o ar externo passa pelas construções seguindo a direção dos ventos ou por uma diferença de temperatura gerando zonas de pressão e de depressão (Fig. T16) e passará por seu interior entrando pelas zonas de pressão (+) e saindo pelas de depressão (-). Assim é fundamental que nos asseguremos de que exista efetivamente uma superfície de entrada e outra de saída para este ar em cada ambiente (permeabilidade da construção), a fim de garantir que a renovação de ar ocorra satisfatoriamente.

3- Horário da ventilação. Considerando que quando promovemos a entrada e saída do vento no nosso projeto, facilitamos o equilíbrio das temperaturas externa e interna, um cuidado a se tomar é quanto ao horário de troca. A ventilação cruzada, estratégia mais comum causadora das trocas por convecção, faz entrar em equilíbrio a temperatura interna do ar com a externa. Assim, em horas de temperatura externa superior à interna, deixa de ser interessante o uso sem controle da ventilação. Em contrapartida, uma boa opção de esquadria e posição de aberturas pode permitir ao usuário resfriar seu ambiente em caso de queda de temperatura por chuvas ou noite, sem que sua rotina seja alterada.( Anexo T8 )

4- De uma maneira geral, em climas quentes, o uso de forros ventilados é sempre uma boa estratégia a qualquer hora. Isto porque, como vemos no glossário, a intensidade do fluxo térmico se expressa por: q= hc ∆T (W/m2) onde hc (W/mºC ) é um coeficiente de trocas

térmicas que varia segundo a posição da troca - horizontal ou vertical - e a sua velocidade de passagem. E ∆T é a diferença de temperatura das duas superfícies onde ocorre a troca por radiação, no nosso caso, a superfície interna do telhado e a superior do forro.

Fig. T17

Agora se observarmos a figura anterior, poderíamos afirmar que, ao menos durante o dia, a temperatura do telhado será sempre mais elevada que a temperatura externa (pois soma-se à temperatura externa em contato com o telhado a parcela oriunda da absorção solar). Assim, ventilando bastante o ático, promovemos trocas entre a superfície interna do telhado e o ar exterior que passa, diminuindo sua temperatura. A temperatura de superfície sendo mais baixa, ocorrerá menos troca por radiação entre a parte inferior do telhado e o forro; donde menor temperatura de forro e menos fluxo de calor atingindo o ambiente.

É, aliás, o que torna tão atraente a telha de barro colonial sem verniz ou pintura:

A = altura média das edificações da primeira linha < 2 A

PROARQ e DTC – FAU - UFRJ ₂₀

Fig. T18 - Esquema de ventilação natural das telhas

Essas e várias outras estratégias são utilizadas para climatizar naturalmente ambientes, com e sem uso de umidificação. Em climas muito secos, como Brasília, o recurso de piscinas na direção do vento e próximas às casas, constitui um desses recursos. O vento ao soprar por sobre a superfície de água, se umidifica (em valores absolutos), o que faz refrescar o ar (ver anexo

T1/Diagrama Bioclimático de Givoni) e assegura uma umidade relativa menos baixa e mais

confortável.

5- Finalmente, o vento pode trazer sensação de frescor (por quê?), mas também de desconforto, à medida que se torna mais forte do que nossa necessidade de eliminação de suor. Embora varie em função da vestimenta, da atividade de condições metabólicas e da temperatura circundante, podemos admitir as seguintes velocidades do ar como as máximas confortáveis para evitar a sensação de arrepio, que é uma reação do organismo à perda de calor acima da desejada (Fig. T19):

Velocidade máxima

tolerada (m/s) situação do usuário (atividade) 5 sentado ou em pé, imóvel.

10 estado de pouca mobilidade (conversando em pé, dando pequenos passos).

15 andando.

25 andando rápido ou correndo. >25 desconforto em qualquer atividade.

Fig. T19 - Fonte FERNANDEZ

O mais importante nesta fase de interação com os conceitos do bioclimatismo talvez seja que absorvamos a noção de que o aproveitamento da ventilação natural é uma estratégia muito importante para o conforto e a economia de energia em edifícios residenciais10_{. Somente a sua}

otimização deve ser pensada na fase de projeto e em função do entorno para uma correta adequação do sistema de aberturas e esquadrias em relação aos ventos disponíveis.

E que ao invés do pensamento tradicional de concepção do projeto "em planta" para posterior elevação, em bioclimatismo é necessário e útil que o projeto seja elaborado simultaneamente em elevação...

1.2.4. Muros e esquadrias

Os muros e as esquadrias são os "elementos" que administram a ventilação disponível no entorno construído.

Fig. T20 - (Fonte Hertz)

A correta escolha de seu tipo e de sua posição no ambiente projetado é que determinará o melhor aproveitamento dos ventos incidentes e garantirão a permeabilidade da edificação. É muito

10 E públicos, comerciais, industriais..., dependendo das opções de projeto de climatização feitas e do entorno climático.

Altura = h

PROARQ e DTC – FAU - UFRJ ₂₁ importante que não se confunda aberturas destinadas à renovação de ar e destinadas à iluminação.

Os desenhos a seguir (Fig. T21) ilustram bem esta diferença. As aberturas para ventilação dos ambientes serão sempre no máximo de mesma superfície que aquelas projetadas para iluminação do ambiente.

Em clima tropical úmido torna-se muito importante que se tenha o pleno aproveitamento das aberturas para a ventilação – mesmo em situação de chuvas – para garantir o melhor aproveitamento possível, já que a ventilação cruzada não é matéria fácil de se obter em

empreendimentos multifamiliares.

Fig. T21 - Tipos diferentes de esquadrias e muros.

No anexo T 7 encontram-se alguns valores de redução do vento disponível em função do entorno, do ângulo de aproximação escolhido para a fachada e o tipo de esquadria. São, como praticamente tudo o mais que diga respeito ao deslocamento livre do ar, fruto de estatística e observação, sendo seus valores mais importantes do ponto de vista relativo que absoluto. É necessário que a escolha das esquadrias obedeça a critérios de eficiência, para garantir a superfície de ventilação mesmo em caso de chuva, necessidade de obscuridade e proteção solar. Alguns tipos de esquadrias - como as janelas de correr - reduzem o espaço efetivo de ventilação, outras dirigem a distribuição do fluxo de ar no interior do ambiente e a localização e o dimensionamento dos vãos devem levar em conta estes fatores. O anexo T 8 traz alguns tipos de esquadrias e uma descrição de suas vantagens e desvantagens mais importantes para orientação no projeto.

1.3 Insolação e o projeto

Falamos da recepção do corpo humano às diversas formas de calor vindas do construção. Falamos também, dos meios de transmissão desse fluxo de calor pelo envoltório construído. Comentamos a maneira pela qual este envoltório interage com o meio ambiente, sobretudo com a calota celeste e o Sol.

Vimos no anexo T3 que o valor da radiação solar varia de acordo com a orientação. Ela também varia, de acordo com os dias do anos, pela maior ou menor proximidade e inclinação dos raios solares. Por isso, falaremos um pouco do que é insolação e o que queremos dela, do ponto de vista térmico, como arquitetos.

O Sol possui uma trajetória aparente que varia ao longo do dia, ao longo do ano. Entretanto, para cada latitude, essa trajetória teoricamente se repete a cada ano. Assim, para cada local, segundo a hora do dia, a estação do ano e a orientação escolhida, temos sempre uma única posição espacial e um único valor de radiação11

_.

Para efeitos de projeto, o que queremos saber é, a cada hora desejada, aonde está o Sol, para conhecermos a direção de seus raios e a potência desta radiação. Desta forma poderemos conhecer as fachadas mais expostas à radiação, para dimensioná-las e calcular a forma de suas proteções (beirais e brises). Para isso, o primeiro passo é a compreensão da posição solar.

PROARQ e DTC – FAU - UFRJ ₂₂

Fig. T22

A posição espacial do Sol pode ser reproduzida no projeto se soubermos qual a sua altura solar α- e o seu azimute - a . Se, sobre um ponto do globo, marcarmos a direção dos pontos cardeais e fizermos uma projeção sobre o solo do Sol em determinado instante, chamamos de azimute ao ângulo plano que esta projeção fará com o Norte12_{. E sobre este novo eixo, de α, ao ângulo relativo}

à altura solar.

Estes pontos estão marcados em cartas solares disponíveis para as principais altitudes. Veja no

anexo T2 alguns exemplos. Mas como lê-las? Bastante simples:

Fig. T23

Vemos na figura T23 acima uma grande círculo, representando uma projeção do horizonte visto de cima. Nele, estão marcados os pontos cardeais e as trajetórias solares, sob forma de linhas que vão do Leste ao Oeste. linhas que se encontram em posição quase paralela, e que têm à sua direita e esquerda o número do dia ao qual se referem. Cortando-as, existe outro grupo de linhas que identificam os pontos de passagem do Sol em determinadas horas13 _{do dia. Finalmente, na}

parte inferior do eixo Norte-Sul, encontram-se marcações com valores da altura solar, de 0° representado pelo círculo externo do horizonte, até 90°, no zênite (representado nas carta solares pelo ponto de interseção dos 2 eixos).

12 Consideramos que para as latitudes Sul do Equador o Sol está ao Norte. No hemisfério Norte a situação se inverte (literalmente questão de ponto de vista), e o Sol passa a se posicionar a Sul. Para os seus habitantes, o azimute é então calculado em relação ao Sul. Como consideramos para efeito de projeto a Terra cilíndrica e repartida ao meio no Equador, isto não faz nenhuma diferença. 13 Horas solares, e não horas legais. Ver glossário. Entre outros cuidado, é necessário descontar os horários de verão, quando estivermos trabalhando com este valores.

N L O S 16 13 10 8 17 6 7 18 22/06 _22/06 22/09 21/03 22/12 22/12 80° 70° 50° 30° 10° 30° 20° 30° 20° 10° 10° a a α

PROARQ e DTC – FAU - UFRJ ₂₃ Assim, para conhecermos um ponto na trajetória solar, traçamos um segmento de reta até o círculo externo. O valor do ângulo formado pela reta com o Norte nos dará o valor do azimute solar neste instante. A altura solar correspondente se consegue com ajuda de um transferidor solar (Anexo 2).

Fig. T24 – transferidor auxiliar para o desenho em corte da insolação

E como aplicá-la para construção das proteções? Em princípio, para conhecer o efeito dos raios solares em uma determinada hora e dia sobre as plantas baixas, usamos seu valor do azimute, e para conhecer a projeção vertical do ângulo espacial, traçamos o valor da altura solar sobre os cortes.

Depois é só geometria e desejo para achar a cobertura que melhor se adeqüe ao projeto (Fig. T26):

Fig. T26 - Projeções diversas de mesma eficiência ( sobre desenho original de Olgyay) 55

58º

PROARQ e DTC – FAU - UFRJ ₂₄ Esta é talvez a parte mais importante da cartilha e é preciso confessar talvez a menos atraente em uma primeira abordagem. No entanto após a segunda inserção dos ângulos transferidos sobre cartas solares no projeto, desenvolve-se um automatismo e a tarefa flui sem problemas.

Para aqueles que sempre projetam em uma mesma cidade, é possível a obtenção de um diagrama específico para os pontos cardeais e os secundários, de forma a obtermos um traçado de sombra em horas exatas, o que nos permite ganhar algum tempo.

2. O homem e suas necessidades lumínicas

Nós vimos anteriormente as necessidades higrotérmicas do homem para a plena execução de suas atividades. Quanto às necessidades lumínicas, elas estão relacionadas, não só à manutenção da saúde, mas à comunicação. A visão talvez seja o sentido mais solicitado para a comunicação. A visão permite avaliar distâncias, distinguir formas, cores e volumes com precisão. Mas, para que suas necessidades lumínicas sejam satisfeitas, alguns requisitos devem ser atendidos. Em determinadas circunstâncias, como veremos mais tarde, estes requisitos podem ser antagônicos às necessidades higrotérmicas, outras vezes as complementarão.

Toda iluminação deve permitir a visão nítida dos objetos, de forma que o homem possa ali exercer suas atividades o mais eficazmente possível e com conforto, sem que haja fadiga dos órgãos oculares.

Se todo nosso corpo permite-nos sentir o calor, o frio e a umidade, as células sensíveis à luz concentram-se nos olhos. O olho é um instrumento ótico que coleta as ondas luminosas e as transforma em impulsos nervosos que estimulam o cérebro, permitindo a formação e decodificação de imagens. De modo que a visualização do espaço depende, a princípio, da abrangência espacial do campo visual (Fig. L1), das propriedades de acomodação e adaptação do olho e da mobilidade da cabeça. Destaca-se a capacidade de ajuste focal (processo de acomodação do cristalino) na visualização de pontos de diferentes distâncias e a possibilidade de adaptação das células fotossensíveis a diversos níveis de iluminação num curto espaço de tempo.

Fig. L1 – Abrangência do campo visual : A parte central corresponde à área vista pelos dois olhos juntos, as partes laterais correspondem à visão de cada um dos olhos separadamente, e as partes pretas correspondem às partes bloqueadas pelo nariz e pelas sobrancelhas.

Evidentemente, a capacidade do sistema visual de bem realizar estes processos varia em função da saúde dos órgãos envolvidos – incluídas aí, as doenças congênitas e as de desgaste devido à idade (fig. L2) e ao mau uso – mas também da boa iluminação. Cada tarefa visual, em função do nível de detalhes envolvidos, merece ser iluminada adequadamente. O mesmo se diz sobre o entorno, já que o sistema visual se concentra tanto em seus planos de trabalho – objeto de seu interesse, como também se apercebe da área circundante.

PROARQ e DTC – FAU - UFRJ ₂₅

Fig. L2 – Influência da idade na visão (Fonte ABILUX)

De toda forma, embora variando de um indivíduo a outro, podemos dizer que a ausência de uma situação mínima de conforto traz fadiga e desgaste dos órgãos visuais, reduz a acuidade visual trazendo o mau desempenho das tarefas propostas (mesmo aquelas prazerosas, como ler, admirar quadros , etc.).

Na realidade, o desempenho visual de uma tarefa é determinado pelo tipo de atividade envolvido ( tamanho da tarefa visual, sua distância até o olho ,etc) e pelo grau de saúde do indivíduo. O grau de desempenho visual para a percepção de um certo objeto cresce até um certo nível, em função do aumento do contraste, da iluminância, ou do grau de luminância e pode se

estabilizar ou decrescer diante de um brilho intenso (fig. L3).

PROARQ e DTC – FAU - UFRJ ₂₆ O ofuscamento é sentido sempre que há claridade demais no campo visual. Pode ser causado por uma fonte de luz de grande luminosidade, como lâmpadas, janelas, ou pela reflexão dessa fonte de luz no campo visual do observador (figura L4), como superfícies refletoras "em ação", etc.

Fig. L4 – Reflexão da fonte de luz no campo visual do observador.

Assim podemos resumir dizendo que o desempenho visual fundamentalmente depende de dois parâmetros ambientais:

do nível de iluminamento e/ ou da luminância na superfície de trabalho;

do nível de contraste entre o objeto observado e seu suporte (ou seu entorno).

De uma forma geral, para se obter um ambiente visual não-cansativo, deve-se respeitar, as seguintes relações de luminância entre á área foco de nossas atividades e o entorno (fig. L5):

Entre o campo visual central (a) e a tarefa visual propriamente dita (b)

Entre a tarefa visual (b) e seu entorno imediato (c)

Entre a fonte de luz e o fundo sobre o qual se destaca

Entre dois campos quaisquer do campo visual 3:1

10:1

20:1 40:1

Fig. L5 – Relação de luminância recomendadas (ref. ABILUX)

Para cada tipo e atividade existe uma tabela de necessidades lumínicas - expressa em termos de iluminância dada em lux e de luminâncias (ver anexos L1 e L2, respectivamente). Esta lista está longe de ser exaustiva, e menciona na realidade valores para campos de trabalho e não forçosamente a iluminância necessária a todo o ambiente envolvido. Assim vemos que são necessários 540 lux para uma boa atividade de barbear ou maquiagem, enquanto que a boa qualidade na leitura de jornais é assegurada com apenas 320 lux em um ambiente que pode estar a 110 lux.

PROARQ e DTC – FAU - UFRJ ₂₇ Cabe ao arquiteto conhecendo as atividades previstas para cada ambiente projetado, assegurar uma iluminância mínima adequada, evitar o ofuscamento e a mudança brusca de graus de iluminância entre ambientes vizinhos.

2.1. A construção e as fontes de luz

Uma vez determinadas as necessidades lumínicas dos indivíduos, o passo seguinte seria determinar onde e como fornecer a luz que propiciará esta iluminância.

E a que chamamos luz? Luz é a manifestação visual de energia radiante, ou seja, radiação visível. De uma forma geral, a faixa de radiação que conseguimos enxergar (faixa visível) é bastante estreita em relação a todo o espectro solar (fig. L6).

Fig. L6 – Distribuição espectral da energia radiada pelo sol.

Essa luz, vem naturalmente do Sol - em uma faixa estreita do espectro da radiação solar, acompanhada de seu efeito térmico, ou pode ser reproduzida artificialmente. No primeiro caso, varia em qualidade (cor e direcionalidade) e em intensidade segundo o período do dia e ano. Iluminação gratuita, deve ser bem aproveitada pelo projeto. No segundo, o arquiteto determina os parâmetros necessários ao sistema de iluminação, sem restrições de clima ou hora do dia1_.

2.1.1. Luz e Cor

Um conceito associado a luz é o de cor. A visão das cores depende de três elementos: da fonte luminosa, das superfícies iluminadas e dos olhos que as vêem.

Chamamos de luz branca, àquela resultante da combinação de todos os raios luminosos de diferentes comprimentos de ondas provenientes do espectro visível da radiação solar. Já a cor de um material é na realidade função da reflexão seletiva do fluxo luminoso incidente, reflexão esta variável segundo as características físicas de sua superfície. Um material que absorva todo fluxo luminoso nos parece negro fosco, uma porta vermelha, na realidade, absorve todos os comprimentos de onda do espectro luminoso, exceto o de 700nm (nanômetros), correspondente ao vermelho.

2.1.2. Fontes de luz natural

1 o parâmetro térmico de toda iluminação não pode ser esquecido, já que, como podemos observar, a sensação luminosa é sempre acompanhada de um efeito térmico, dada sua condição eletromagnética.

PROARQ e DTC – FAU - UFRJ ₂₈ O Sol é a fonte de luz natural fundamental. É a luz do sol que, difundida na atmosfera torna-se luz do céu ou da abóbada celeste sendo fonte primária na iluminação natural de interiores. Em dias claros e sem nuvens, a luz do céu claro pode ser a principal fonte de luz em um ambiente, podendo ainda haver uma iluminação suplementar considerável através da luz do Sol refletida pelo solo, pelas empenas vizinhas à construção, envidraçadas ou não.

Assim, devido à sua grande intensidade e dinamismo (muda permanentemente de posição), embora o Sol seja a fonte primária da iluminação natural, pode não ser considerado como tal no projeto e cálculos. Usamos, na maioria das situações, o seu efeito sobre a abóbada, o que nos dá valores mais constantes, intensos o suficiente para tarefas visuais e menos ofuscantes (a luz do céu sobre um plano não costuma ofuscar, quem ofusca é o trecho de céu visto.).

Assim padronizamos três tipos de abóbadas, segundo as condições de nebulosidade apresentadas: céu claro, onde a nuvem é ocasional, parcialmente encoberto (1/3 a 2/3 do total), e o céu encoberto. A intensidade da luz difusa disponível é menor na primeira situação e maior na última.

O entorno, natural e construído, comporta-se como uma outra fonte secundária de luz, em função da cor, tamanho e distância ao ponto de estudo. Em climas tropicais ensolarados, a luz refletida pelas superfícies externas representa, no mínimo 10 a 15% do total de luz diurna recebida pelas aberturas nas edificações. Este entorno pode chegar a contribuir com 30% da iluminação recebida por um edifício em cidades densamente urbanizadas.

A luz natural, dado a seu espectro, nos fornece toda a gama de cores do espectro visível. Ela é considerada psicologicamente mais atraente, quebrando, ao longo do dia a monotonia, devido às suas mudanças sutis.

2.1.3. Fontes de luz artificial

Quando energizamos determinados elementos estes passam a emitir ondas na faixa do visível, gerando o que chamamos de luz artificial. Os produtos que as geram chamam-se lâmpadas e são classificadas em dois grupos principais: incandescestes (fig. L7) e de descarga (fig. L8).

PROARQ e DTC – FAU - UFRJ ₂₉

Fig. L8 – Exemplos de lâmpadas de descarga (Fonte Catálogo GE)

As primeiras fornecem luz pelo aquecimento elétrico de um filamento a uma temperatura que produza uma radiação na parte visível do espectro (ver fig. L7). São as conhecidas lâmpadas de vidro transparente ou translúcidas, espelhadas, halógenas, etc.

Já a luz em uma lâmpada de descarga é produzida pela passagem da corrente elétrica em um gás

ou vapor ionizado. São as lâmpadas fluorescentes, de vapor de mercúrio, etc.

Fig. L9

Se a iluminância natural depende das condições da abóbada celeste, a artificial também tem suas restrições. Como essa luz é resultado da aplicação de uma tensão elétrica oriunda da rede pública, observamos sérios efeitos segundo a relação tensão da rede/ tensão da lâmpada encontrada (fig. L10).

TENSÃO DA LÂMPADA CONSEQUÊNCIAS

MAIOR que a tensão da

concessionária. redução da Potência da lâmpada, redução da iluminação e aumento da duração da lâmpada. IGUAL à tensão da

PROARQ e DTC – FAU - UFRJ ₃₀ MENOR que a tensão da

concessionária

aumento da potência da lâmpada, aumento da iluminação e redução da vida da lâmpada

Fig. L10 – Relação entre tensão da rede e tensão da lâmpada.

Dissemos antes que o parâmetro térmico de toda iluminação não pode ser esquecido, já que a sensação luminosa é sempre acompanhada de um efeito térmico No caso da fonte de luz artificial, existe um efeito a mais, o do gasto energético.

Todo efeito térmico não desejável da fonte luminosa é um duplo desperdício, pois foi gerado às nossas custas e, em caso de climatização artificial , será retirado com outro gasto. Para administrar estes fatores, criou-se uma grandeza, chamada Eficiência Luminosa (de uma fonte), que exprime a eficiência luminosa de uma lâmpada, em relação ao seu consumo. E para conhecer o percentual da energia consumida pela lâmpada que é convertida no ambiente em luz e calor, basta dar uma olhada nesta tabela geral da ABILUX (fig. L11).

Tipo de Lâmpada calor emitido pelo _{reator infravermelho} Calor calor emitido por convecção e _condução LUZ

incandescente 0 72 18 10

fluorescente 9 32 36 23

Mercúrio 11 48 27 14

vapor metálico 13 35 31 21

sódio de alta pressão 14 38 22 26

PROARQ e DTC – FAU - UFRJ ₃₁

2.1.3.1. Características operacionais das lâmpadas

Pode-se avaliar todas as lâmpadas - incandescentes, fluorescentes e de descarga de alta intensidade - em termos de quatro características básicas de operação. São elas:

ƒ EFICIÊNCIA LUMINOSA: É a quantidade de luz emitida por unidade de potência aplicada. ƒ MANUTENÇÃO DE LÚMENS: Diz respeito à diminuição do fluxo luminoso da lâmpada ao

longo do uso.

ƒ MORTALIDADE: Expectativa de vida média de um grupo de lâmpadas.

ƒ COR: As qualidades de cor de uma lâmpada são caracterizadas por duas diferentes atribuições:

¾ A aparência de cor (que poderá ser descrita pela sua temperatura de cor).

¾ A sua capacidade de reprodução de cor (que afeta a aparência da cor de objetos iluminados pela lâmpada).

2.1.4. A reflexão e a transmissão

Como vimos, não somente da fonte luminosa, o usuário recebe o fluxo luminoso. Ele também o recebe através da reflexão da luz sobre paredes e demais superfícies e via transmissão por elementos translúcidos ou transparentes à sua propagação (fig. L12).

Fig. L12 – Reflexão e transmissão do espectro luminoso (Fonte Mascaró, in ABILUX).

Esta recepção de fluxo luminoso pode ocorrer sem que haja modificação da freqüência dos componentes cromáticos. Na realidade grande parte da luz que vemos, nos chega através de múltiplas reflexões, transmissões e difusões, desde sua emissão pelas fontes primárias.

Estas propriedades dos materiais circundantes (ver anexos L3 e L4) constituem excelente recurso para incrementar ou reduzir a intensidade luminosa de um determinado ambiente ou zona de atenção. Consideramos de uma forma geral dois tipos de reflexão e de transmissão: a especular, que permite a reflexão ou a transmissão do raio luminoso sem difusão, como em um espelho, e a difusa, na qual não acontece uma reflexão regular.

PROARQ e DTC – FAU - UFRJ ₃₂

2.2. Iluminação e projeto

O que se deveria fazer cada vez mais seria trabalhar a iluminação no projeto, desde os primeiros esboços, ou seja, junto com a concepção da forma da construção, virem se instalando as primeiras noções básicas de iluminação dos ambientes, integradas às demais restrições.

E como se poderia pensar nisso? Existem etapas que devem ser seguidas na elaboração de um projeto de iluminação.

O primeiro passo é analisar o programa. As necessidades visuais são diferentes em cada ambiente. Pode-se privilegiar a iluminação de uma tarefa localizada, a percepção do ambiente como um todo, e/ ou ressaltar elementos deste com o uso da luz. As pessoas e a Arquitetura, em sua expressão se beneficiam da boa iluminação.

A segunda ponderação diz respeito ao fato de que luz e calor são indissociáveis (em maior ou menor escala, quer a fonte seja natural ou artificial). Assim pensarmos se queremos ou não, e quando, este acréscimo de carga térmica no ambiente, em função do clima e das atividades ali desenvolvidas, já nos dá um rumo a seguir.

Então devemos confrontar níveis especificamente requeridos nas tarefas com valores de luminosidade disponível no local e procurar orientar e dimensionar os vãos pensando em ganho de luz natural e de calor. Do mesmo modo devemos nos preocupar quanto aos efeitos qualitativos que podem ser explorados.

O terceiro passo é a complementação da luz natural pela artificial. Esta ponderação deve levar em conta dois parâmetros: eficiência e custo. Ou o nosso velho custo-benefício.

Em princípio, como a iluminação natural é de melhor qualidade, gratuita, e portanto sem custos ou desperdícios, tudo nos leva a optar por utilizá-la como iluminação básica, complementando-a com a artificial, sempre que as necessidades de conforto lumínico a solicitarem. Destacamos as situações de tarefas pontuais num largo ambiente (fig. L13).

Fig. L13 – Complementação da luz natural com uma fonte pontual artificial.

A partir das decisões tomadas nesta fase podemos abordar a questão lumínica do projeto de várias maneiras, como por exemplo:

- verificando o alcance da iluminação natural nos ambientes, programando a distribuição de sua utilização e estudando sua complementação artificial;

- ou fazendo o caminho inverso ou seja, verificando qual (quais) dos ambientes necessita de um nível de iluminância mais elevado e posicionando próximo às aberturas;

Como cada projeto e cada arquiteto deve seguir seu próprio caminho, apenas explicaremos aqui as técnicas relativas à utilização da luz natural nos ambientes, e da complementação com a luz artificial.