Desempenho térmico no ambiente construído: estudo de caso com tecnologia inovadora para habitação social na região metropolitana de Porto Alegre (RMPA)/ Thermal performance in the constructed environment: case study with innovative technology for social

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Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n. 6, p. 38848-38861 jun. 2020. ISSN 2525-8761

Desempenho térmico no ambiente construído: estudo de caso com tecnologia

inovadora para habitação social na região metropolitana de Porto Alegre

(RMPA)

Thermal performance in the constructed environment: case study with

innovative technology for social housing in the metropolitan region of Porto

Alegre (RMPA)

DOI:10.34117/ bjdv6n6-431

Recebimento dos originais: 08/05/2020 Aceitação para publicação:18/06/2020

Márcio Rosa D’Avila

Doutor em Engenharia na Área da Arquitetura e Planejamento Urbano Regional pela Universidade de Kassel, Alemanha

Instituição: Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul - Curso de Arquitetura e Urbanismo

Endereço: Av. Ipiranga, 6681 – Bairro Partenon, Porto Alegre-RS, Brasil

Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul. Escola Politécnica – Curso de Arquitetura e Urbanismo

E-mail: marcio.davila@pucrs.br Eduarda Selle Graff Academica e pesquisadora

Endereço: Av. Ipiranga, 6681 – Bairro Partenon, Porto Alegre-RS, Brasil

Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul. Escola Politécnica – Curso de Arquitetura e Urbanismo

E-mail: eduarda.graff@edu.pucrs.br RESUMO

O Brasil apresenta um significativo déficit habitacional. Estudos e discussões sobre o projeto da habitação social apontam para a reavaliação dos parâmetros de análise do desempenho térmico em empreendimentos fomentados pelo Programa Minha Casa Minha Vida (MCMV), os quais, em alguns casos, podem desconsiderar as características climáticas da região de implantação e, como consequência, um desempenho térmico insatisfatório do ambiente construído. Independente do lugar, o projeto com um desempenho térmico satisfatório deve respeitar diretrizes e orientações segundo estratégias e conceito da arquitetura bioclimática. Desse modo, o presente artigo analisa a integração da tecnologia de fechamentos verticais em perfis de PVC com preenchimento de concreto auto adensável, aplicada na produção da habitação social. Nesse sentido, foi identificado e definido como objeto de estudo uma tipologia habitacional “unidade habitacional térrea solta no lote”, financiada pela Faixa I do Programa MCMV. O procedimento metodológico para o estudo e análise do desempenho térmico do referido estudo de caso envolveu simulações térmicas, aplicação de dados meteorológico disponibilizados pelo INMET, Norma de Desempenho NBR 15575 e referencial teórico acerca de discussões e adequação sobre a compatibilidade dessa norma às reais características do lugar.

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Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n. 6, p. 38848-38861 jun. 2020. ISSN 2525-8761 ABSTRACT

Brazil has a significant housing deficit. Studies and discussions on the social housing project point to a reevaluation of the parameters of analysis of thermal performance in enterprises promoted by the Minha Casa Minha Vida Program (MCMV), which, in some cases, may disregard the climatic characteristics of the region where it is located and as a consequence, an unsatisfactory thermal performance of the built environment. Regardless of the place, the project with a satisfactory thermal performance must respect guidelines and guidelines according to strategies and concept of bioclimatic architecture. Thus, this article analyzes the integration of vertical closing technology in PVC profiles with self-compacting concrete filling, applied in the production of social housing. In this sense, a housing typology “single-storey housing unit on the plot” was identified and defined as an object of study, financed by Band I of the MCMV Program. The methodological procedure for the study and analysis of the thermal performance of the referred case study involved thermal simulations, application of meteorological data provided by INMET, Performance Standard NBR 15575 and theoretical framework about discussions and adequacy about the compatibility of this standard to the real characteristics of the place.

Keywords: thermal performance; simulation; sustainability; social habitation. 1 INTRODUÇÃO

Segundo a Fundação João Pinheiro (FJP), no ano de 2015, o Brasil apresentava um déficit habitacional de aproximadamente 6,3 milhões de novas moradias. O Programa Minha Casa, Minha vida – PMCMV –, financiador da habitação social no país, atualmente conta com quatro faixas de financiamentos. A primeira faixa, ‘faixa 1’ é destinada às famílias com renda mensal bruta de até R$ 1,8 mil. A segunda faixa, ‘faixa 1,5’ é destinada às famílias com renda mensal bruta de até R$ 2.600,00. A ‘faixa 2’ é destinada às famílias com renda mensal bruta de até R$ 4.000,00 e a ‘faixa 3’ é destinada às famílias com renda mensal bruta de até R$ 7.000,00 (CEF). As famílias que se enquadram entre as faixas 1 e 2 são subsidiadas pelo Programa na aquisição do imóvel e as famílias que se enquadram na faixa 3 são beneficiadas com taxas de juros abaixo do mercado (BRASIL, CONGRESSO NACIONAL, 2017). De acordo com o Ministério das Cidades1_{, no período entre} 2009 e 2018, foram contratadas, entre as diversas faixas do programa, mais de 5 milhões de unidades habitacionais, dessas mais de 4 milhões foram concluídas (Ministério das Cidades, 2018). Investigações realizadas no contexto do projeto de pesquisa Análise de Projetos Urbanísticos e Arquitetônico para a Habitação de Interesse Social (2016) – realizado pelo grupo de pesquisa Sustentabilidade e Eficiência Energética na Arquitetura identificou e mapeou a produção de 576 empreendimentos da habitação de interesse social na Região Metropolitana de Porto Alegre (RMPA), financiados pelo PMCMV. Do universo total de empreendimentos mapeados, identificou-se que foram destinadas as unidades habitacionais para o identificou-seguinte público: a) 111 unidades

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habitacionais para a faixa 1 b) 266 unidades para a faixa 2 e; c) 199 para a faixa 3. Salienta-se que não foi identificado nesse universo empreendimentos mapeados para ‘faixa 1,5’ do PMCMV. Do total de empreendimentos mapeados e financiados pelo PMCMV 80,3% destina-se para as faixas 2 e 3. Os estudos também apontaram para uma repetição do tipo de planta baixa e tipologia arquitetônica das unidades habitacionais – universo de cinco tipologias identificadas, independente das localizações dos empreendimentos, urbana ou periférica - desconsiderando a realidade social e econômica do público alvo e localização da área de intervenção do empreendimento e relações com o entorno. Essa limitação de tipologia de unidades habitacionais fomentada pelo PMCMV é analisada e discutida em diversos trabalhos de conclusão de curso, pesquisa de iniciação científica, não tão somente para a região de estudo, mas também no contexto nacional.

2 ABNT NBR 15575/2013 – NORMA DE DESEMPENHO

Quanto à eficiência energética e desempenho térmico do ambiente construído destaca-se o conceito de arquitetura bioclimática. Esse conceito surgiu na década de 60, a partir de percursores da área de conforto ambiental (OLGYAY, Victor, 1963). A arquitetura bioclimática envolve decisões de projeto referentes à aplicação dos elementos que constituem o mesmo, tirando partido da adequação entre ambiente construído e natural, clima e seus processos de troca de energia para o alcance da maximização do conforto térmico do usuário da edificação (BAGNATI, M. 2013). O projeto e a relação com o lugar são fundamentais para o desempenho térmico da edificação e o Zoneamento Bioclimático Brasileiro e Diretrizes Construtivas para Habitações Unifamiliares de Interesse Social é um grande avanço, nesse sentido, todavia, estudos apontam para limitações (MAHFUZ, E., 2004; MARTINS et al., 2019). No Brasil, a Norma Brasileira de Desempenho Térmico de Edificações ABNT 15520 - Parte 3, divide o território nacional em oito Zonas Bioclimáticas, identificadas segundo características próprias para cada zona, imagem 1.

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Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n. 6, p. 38848-38861 jun. 2020. ISSN 2525-8761 Imagem 1- Mapa das zonas bioclimáticas brasileiras.

(Fonte: ABNT NBR 15220:2003; p. 31)

De acordo com a imagem 1, as unidades habitacionais construídas devem reconhecer a sua Zona Bioclimática e atender as exigências mínimas propostas pela Norma de Desempenho ABNT 15575. A unidade habitacional deve reunir características construtivas que atendam às exigências de desempenho térmico, considerando-se o Zoneamento Bioclimático definido na ABNT NBR 15220-3 e podendo ser contempladas por meio de três procedimentos: medição, simplificada e simulação computacional de acordo com a Norma de Desempenho ABNT 15575. A ABNT 15575 (p. 19 item 11) descreve os três procedimentos de avaliação : a) método simplificado - é uma avaliação dos sistemas construtivos da edificação (envoltória e cobertura) os quais devem atender requisitos térmicos mínimos de desempenho; b) medição - é a verificação de requisitos estabelecidos na norma de desempenho por meio da medição em edificações ou protótipos construídos e c) simulação computacional da edificação por meio do emprego do programa EnergyPlus - permite a determinação do comportamento térmico da edificação sob condições dinâmicas de exposição ao clima. Sendo esse o procedimento baseado em critérios de dias típicos no verão e inverno. O procedimento definido eadotado nas análises de desempenho térmico, deste estudo, foi unicamente a simulação computacional, visto que esse gera uma maior compreensão a respeito do desempenho térmico da edificação (imagem 2).

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Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n. 6, p. 38848-38861 jun. 2020. ISSN 2525-8761 Imagem 2 - Avaliação do desempenho térmico.

(Fonte: THOMAZ, E.; MARTINS, J. C.; BERTINI, A. A. Desempenho de edificações habitacionais: guia orientativo para atendimento à norma ABNT NBR 15575/2013.)

Imagem adaptada pelo autor.

Sendo assim, a Norma de Desempenho NBR 15575 indica que o valor máximo diário da temperatura do ar interior dos recintos de permanência prolongada, tais como, salas e dormitórios, sem a presença de fontes internas de calor, deve ser menor ou igual ao valor máximo diário da temperatura do ar exterior para os dias de verão. O valor mínimo diário da temperatura do ar interior da edificação deve ser maior ou igual a temperatura mínima externa acrescida de 3ºC, no sentido de atingir o mínimo de desempenho no dia típico de inverno. O objeto de estudo apresentado nesse artigo é analisado conforme o item anexo A e anexo E da Norma de Desempenho NBR 15575, além dos dados climáticos do INMET, verificando se o objeto de estudo atinge o nível mínimo de desempenho, Tabela 11.2 e 11.3 exigidos pela mesma Norma de Desempenho NBR 15575.

3 MÉTODO DE PESQUISA, PROCEDIMENTO METODOLÓGICO E SIMULAÇÕES O método de pesquisa que orienta a análise é o Estudo de Caso. Trata-se de uma estratégia que compreende um método que abrange abordagens específicas e coleta de dados a fim de investigar um fenômeno contemporâneo partindo do seu contexto real. Os estudos de casos podem ser explanatórios, descritivos ou analíticos (YIN, 2001). Os estudos explanatórios são informações preliminares como um determinado assunto, enquanto os descritivos são uma descrição de um estudo específico e os analíticos produzem novas teorias sobre o assunto. O presente artigo baseará

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sua abordagem de acordo com dois métodos: descritivo e exploratório. A escolha pelo método descritivo se justifica uma vez que objetiva a observação, o registro e a análise dos fenômenos sem, contudo, haver interferência do pesquisador. Já o método exploratório é justificado uma vez que as técnicas utilizadas envolvem levantamento bibliográfico prévio, entrevistas e análises de exemplos que estimularão a discussão do problema de pesquisa.

O procedimento metodológico envolve revisão bibliográfica sobre o tema e discussões do desempenho térmico e simulação computacional da unidade habitacional e análises segundo metodologia e critérios definidos. Oestudo de caso, definido como objeto de análise, no que tange o desempenho térmico, faz parte de um universo de 576 empreendimentos mapeados na RMPA. Dos empreendimentos mapeados identificou-se nesse estudo de caso a aplicação de tecnologia inovadora no seu conceito, situado na Zona Bioclimática 3 da ABNT 15220. Nesse estudo de caso, a tipologia para análise é a casa térrea inserida no lote. Dessa forma, de acordo com a norma, para a simulação computacional deve-se inserir os dados climáticos da cidade mais próxima de estudo, caso essa não possua um banco de dados (ABNT NBR 15575-1 p. 20). Assim, foi realizada a inserção dos dados climáticos da cidade de Porto Alegre no software de simulação térmica e energética Design Builder, visto que não havia a disponibilidade dos dados climáticos da cidade de implantação do empreendimento habitacional.

O objeto de estudo é analisado segundo situações de temperaturas internas e externas mais críticas - inverno e verão - conforme o Anexo A e o Anexo E da NBR 15575 – e de acordo com o Zoneamento Bioclimático – dados climáticos disponibilizados pelo Instituto Nacional de Meteorologia (INMET) e referencial teórico acerca de discussões e adequação da NBR 15575 às características do lugar (D’ELL SANTO, Amabelli et al. 2013; BRITO, Adriana Camargo de et al., 2012; NUDEL, Marcelo, 2017). A definição do uso dos dados climáticos do INMET, para a avaliação dos resultados da simulação computacional, foi estabelecida acerca de discussões no campo da pesquisa no que tange a adequação da norma às reais características climáticas do lugar - limitação de Zonas Bioclimáticas (CYPRESTE, Alexandre, 2016; RORIZ, Maurício, 2012).

O empreendimento analisado é um loteamento com conjunto de casas térreas unifamiliares (imagem 3), localizado em uma situação periférica da cidade em que está situado, todavia contando com pequenos comércios, pontos de educação e saúde próximos. Para esse empreendimento foi adotada a tecnologia construtiva de sistema de vedação vertical “paredes de PVC” preenchidas com concreto auto adensável (LATOSINSKI, 2015). As residências, construídas com essa tecnologia, apresentam uma configuração espacial composta por dois dormitórios, um banheiro, sala integrada com a cozinha, perfazendo 44m² de área construída. As portas internas e externas são de madeira e

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as janelas de PVC em duas folhas e caixilhos de vidro, o material do forro é de PVC, a fundação é de radier e a cobertura é composta por um telhado de estrutura metálica de duas águas.

Imagem 3 – Casa térrea solta no lote.

(Fonte: grupo de pesquisa - Sustentabilidade e Eficiência Energética na Arquitetura. 2016)

Inicialmente o estudo e análise da unidade habitacional do empreendimento foi desenvolvido segundo orientação da NBR 15575, definindo-se os ambientes que possuam situações críticas de verão e de inverno. A ABNT NBR 15575 (Anexo E) indica que na situação crítica de verão a temperatura máxima interna do ambiente deve ser menor ou igual à temperatura externa máxima para esse ser considerado com nível mínimo de desempenho. As exigências no período de inverno definem que a temperatura interna deve ser maior ou igual à temperatura externa acrescida de 3ºC para ser considerado nível mínimo de desempenho (tabela 1)

Tabela 1 – Exigências caso crítico de verão e inverno. (NBR 15575:2013)

Níveis de desempenho

Exigências da NBR 15575 Situação: Condições de verão

Exigências da NBR 15575 Situação: Condições de inverno Critérios

Zonas 1 a 7 Zona 8 Zonas 1 a 7 Zona 8

Mínimo Ti,máx. ≤ Te,máx. Ti,máx. ≤ Te, máx. Ti,mín ≥ (Te, mín. + 3 ºC) Nestas zonas esse critério não pode ser verificado. Intermediário Ti,máx. ≤ (Te,máx. – 2ºC) Ti,máx. ≤ (Te,máx. – 1ºC) Ti,mín. ≥ (Te,mín. + 5 ºC)

Superior Ti, máx. ≤ (Te,máx. - 4ºC) Ti,máx. ≤ (Te,máx. – 2ºC) e _{Ti,mín. ≤ (Te,mín. + 1ºC)} Ti,mín ≥ (Te,mín + 7 ºC) Ti, máx, é o valor máximo diário da temperatura do ar no

interior da edificação, em graus Celsius.

Te, máx, é o valor máximo diário da temperatura do ar exterior à edificação, em graus Celsius.

NOTA: Zona Bioclimática de acordo com a ABNT NBR15220-3.

Ti, máx, é o valor máximo diário da temperatura do ar no interior da edificação, em graus Celsius.Te, máx, é o valor máximo diário da temperatura do ar exterior à edificação, em graus Celsius. NOTA: Zona Bioclimática de acordo com a ABNT NBR15220-3.

A Zona Bioclimática dos empreendimentos analisados é 3.

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Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n. 6, p. 38848-38861 jun. 2020. ISSN 2525-8761 4 ESTUDO DE CASO

A fim de realizar as simulações de análise de desempenho térmico de uma unidade habitacional, com a integração de tecnologia em PVC, foi selecionado o ambiente sala de estar para a análise de verão (período entre 20 de dezembro e 21 de março), uma vez que esse ambiente está voltado às orientações norte e oeste, as mais críticas para o referido período. A análise de inverno (período entre 20 de junho e 21 de setembro) foi determinada a partir das orientações sul e leste, onde foi selecionado o ambiente dormitório. De acordo com essas delimitações foram realizadas simulações para o dia crítico, aquele em que a temperatura externa e interna foramrespectivamente maior ou menor no verão e no inverno.

Imagem 4 – Modelagem da casa térrea no software Design Builder.

(Fonte: elaboração do autor)

5 SIMULAÇÃO

Para analisar o desempenho do estudo de caso, utilizou-se o software de desempenho térmico e energético Design Builder (DESIGNBUILDER). A partir do estudo e análise dos materiais, sistemas construtivos, tipologia, implantação, zoneamento dos espaços internos e o projeto arquitetônico foram geradas simulações segundo o projeto do estudo de caso.

Conforme já exposto, visto a discussão sobre a abrangência e limitações do zoneamento bioclimático, segundo às características específicas do lugar, definiu-se como critérios de análise a aplicação dos dados meteorológicos do INMET, a fim de comparar com a dos dados do Anexo A da ABNT NBR 15575 – 2013. Partindo para a avaliação do desempenho térmico do ambiente sala

de estar, foi simulado esse espaço interno para o período de verão a fim de analisar o seu dia crítico,

correspondido pelo dia em que a temperatura interna do ambiente foi a maior no período analisado. O dia típico de verão resultante da simulação foi o dia 12 de janeiro, conforme gráfico 1: a) simulação da temperatura interna por meio do software DesignBuilder; b) temperatura externa de

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um dia típico de verão - disponibilizado pelo INMET; e; c) temperatura externa - do anexo A da ABNT NBR 15575. A análise do desempenho térmico do ambiente, para o dia em que a temperatura interna foi a maior no verão, indicou que somente entre às 15h – 20h – início da noite – a temperatura interna não contempla as exigências da NBR 15575 chegando a temperatura máxima no ambiente de 35ºC, indicado no gráfico 1. Com relação aos dados climáticos do INMET, a não contemplação da temperatura é maior, pois durante o início do dia, de 01h – 11h a temperatura interna é maior que a externa, consequentemente contribuindo para o desconforto térmico do ambiente.

Gráfico 1 – Dia 12/01 considerado o dia típico de verão.

Para o dia típico de inverno foi identificado o dia 2 de agosto -, conforme o gráfico 2: a) simulação da temperatura interna por meio do software; b) temperatura externa de um dia típico de inverno - disponibilizado pelo INMET; e; c) temperatura externa - do anexo A da ABNT NBR 15575. De acordo com o gráfico analisado identificou-se um desempenho favorável para o período de inverno, uma vez que a temperatura interna do ambiente demonstrou-se superior à externa em quase todos os períodos do dia, exceto no período entre às 10h e 15h, indicado no gráfico 2. Nesse período a temperatura interna permaneceu abaixo da externa, segundo a comparação com os dados disponibilizados pelo INMET. Em contrapartida, o ambiente atinge o valor mínimo de desempenho para o inverno em todos os momentos do dia, comparados ao Anexo A da ABNT NBR 15575.

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Braz. J. of Develop.,Curitiba, v. 6, n. 6, p. 38848-38861 jun. 2020. ISSN 2525-8761 Gráfico 2 – Dia 02/08 considerado o dia típico de inverno.

6 DISCUSSÃO DOS RESULTADOS

A partir das análises do estudo de caso foi constatado que a situação de dia crítico de inverno contemplou parcialmente os dados climáticos do INMET e plenamente o Anexo A, indicado pelo item 11.2 simulação computacional da Norma de Desempenho NBR 15575. Todavia, o dia crítico de verão demonstrou-se com melhor desempenho quando utilizado como parâmetro de análise o Anexo A, mas com um desempenho abaixo do esperado comparado com os dados do INMET aplicados na simulação.

Segundo a aplicação de um questionário para os moradores do loteamento, os mesmos avaliaram como ruim o desempenho no inverno, de acordo com os relatos, há um excesso de umidade nas paredes gerando sensação desagradável nos períodos mais frios (LATOSINSKI, 2015). De acordo com informações já obtidas in loco pelo Grupo de Pesquisa, no verão a temperatura do ambiente interno da unidade habitacional encontra-se fora da zona de conforto, minimizado apenas por meio da ventilação cruzada entre a sala de estar/jantar e a cozinha correlacionando com o baixo desempenho encontrado na simulação computacional.

Destaca-se que a implantação de empreendimentos financiados e fomentados pelo Programa Minha Casa Minha Vida remete à uma reflexão sobre os limites de abrangência e contemplação das oito zonas bioclimáticas, segundo às reais características climáticas do lugar, configurando, dessa forma, situações de desempenho térmico do ambiente construído fora da zona de conforto térmico e, como discutido aqui, uma diferença entre temperaturas segundo dados disponibilizados pelo INMET e orientação da Norma de Desempenho. Nesse sentido a ampliação de estratégias bioclimáticas diferenciadas apresenta-se de grande relevância visto as caraterísticas específicas de

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um determinado lugar, observando-se a importância da difusão de estações meteorológicas e coletas de informações para um maior precisão dos dados.

7 CONCLUSÃO

De maneira geral, o estudo de caso analisado e discutido nesse artigo apresenta uma configuração espacial, área construída e implantação recorrentes em empreendimentos fomentados pelo PMCMV, na região de estudo, diferenciando-se dos demais, somente no que tange a aplicação de uma tecnologia não convencional.

Por meio das simulações computacionais realizadas com o sistema de paredes em concreto auto adensáveis em PVC foi possível identificar distorção entre dados disponibilizados pelo INMET e a Norma de Desempenho NBR 15575. Essa reflexão fortalece a necessidade de revisão e aperfeiçoamento dos critérios da classificação do Zoneamento Bioclimático, definido na ABNT 15220-3, segundo discussões e pesquisas em curso, abordadas nesse artigo.

A Norma de Desempenho ABNT 15575 (2013) tem como objetivo incentivar critérios como eficiência energética, qualidade construtiva, durabilidade e vida útil nos mais diversos ramos da engenharia civil e vem a somar forças à causa da sustentabilidade. Essa norma basicamente avalia diversas características e requisitos em três níveis: Mínimo (M); Intermediário (I); e Superior (S). Requisitos mesmo que brandos são os primeiros passos para buscar a qualidade e sustentabilidade do projeto arquitetônico desejadas.

Sendo o Programa Minha Casa Minha Vida, um programa de grande escala e impacto na produção da habitação social no contexto do território nacional, a reavaliação e avanço de estratégia e condicionantes para o melhor desempenho térmico da edificação são imprescindíveis para a habitabilidade e sustentabilidade do projeto. O presente artigo busca destacar e contribuir para a reflexão sobre a importância do lugar na implantação do projeto à luz de referencial teórico, investigação in loco, simulação computacional e análises de desempenho térmico de uma tecnologia inovadora no contexto da produção da habitação social.

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