Energia na Edificação, Estratégia para minimizar seu consumo. Lúcia R. De Mascaró

Olá pessoal,

Esse é um resumo de partes que considero importantes de um livro muuuuuito cobrado em concursos, principalmente do CESPE. Recomendo a leitura do livro todo!

Clima: feição característica e permanente do tempo, num lugar, em meio as suas infinitas variações. É composto por fatores Estáticos (posição geográfica e relevo) e fatores Dinâmicos (temperatura, umidade, movimento do ar e radiação)

 As taxas de ganho ou perda de calor do edifício dependem de:

• Diferença entre a temperatura interior e exterior
• Localização, orientação, forma e altura do edifício
• Características do entorno natural e construído
• Ação da Radiação Solar e Térmica
• Ação do Vento
• Desenho e Proteção das Aberturas para iluminação e ventilação
• Localização dos equipamentos de climatização

Latitude

• Quanto maior a latitude, maior a importância da orientação em relação à radiação térmica.
• A medida que diminui a latitude, a orientação em função da radiação perde importância.

 Superfície

• A evaporação tende a ser maior nas superfícies impermeáveis.

Orientação

• A melhor orientação da edificação é na direção do vento dominante favorável, nas maiores latitudes. A orientação em relação aos ventos dominantes favoráveis chega a dispensar o uso de energia operante.

Orientação e radiação

• Varia segundo a latitude, forma, altura, época do ano, orientação e entorno.

Forma

• Influencia na carga térmica recebida. Quanto mais alongada no sentido N – S, menor carga térmica recebe. A maior quantidade de carga térmica recebida é para um edifício alongado no sentido L – O.
• O nº de andares minimiza a carga térmica recebida pelo edifício em função da latitude.
• Os edifícios térreos são, em todos os casos, os que recebem maior carga térmica (independente da latitude), agravando-se em latitudes menores. 

Obs: sempre a face que mais recebe calor é a cobertura, por isso quanto mais baixo, maior a carga térmica recebida.

Sítio

• Pode melhorar o desempenho energético do edifício: o desenho do sítio, o aproveitamento das características positivas e a proteção contra as negativas. A superfície do entorno é capaz de controlar a radiação difusa. Plantas de grande porte podem amenizar a temperatura do ar.

Topografia – As variações topográficas determinam os ganhos e perdas de energia do edifício por meio de influência nas condições meso e microclimáticas.

• Altitude: quanto maior a altitude, menor a temperatura.
• Declividade: influenciam a velocidade e direção do vento e indiretamente a da temperatura.
• Fator de reflexão(do entorno e da superfície exterior): relação entre a radiação refletida e a radiação total recebida. Cor, material e textura são elementos importantes para reflexão.

Ilhota térmica

• As superfícies de pedra e asfalto absorvem e armazenam mais calor que a vegetação e a terra. Durante a noite essas superfícies resfriam-se lentamente. Além disso, os edifícios tendem a reduzir as correntes de ar e diminuir o resfriamento das superfícies do entorno por convecção. As áreas densamente povoadas atingem temperaturas muito mais altas do que as áreas suburbanas.

Ventos

• Geralmente a velocidade do vento é menor na cidade do que no campo.
• Inversão térmica: o efeito ilhota térmica, unido à poluição, segura o calor nos centros urbanos. A camada de SMOG dificulta a dispersão térmica por convecção.
• Só o resfriamento noturno, o vento ou a chuva podem quebrar uma situação de inversão térmica. (região quente e seca)
• Os efeitos da urbanização na ventilação urbana podem ser otimizados por meio da altura relativa, forma e distância entre os edifícios.

Plano de escolha de sítio para minimizar o consumo de energia:

1. Uso da escala macroclimática para determinar a demanda de energia para a região considerada.
2. Aplicação da informação climática aos efeitos topográficos e urbanos
3. Estudar a localização, orientação, ventilação cruzada nas regiões quentes.
4. Na região sul: otimizar o ganho térmico no inverno e proteger dos ventos desfavoráveis.

Traçados das vias urbanas

• Ruas paralelas à direção dos ventos dominantes formam canais de ar que penetram com mais profundidade na zona urbana. A largura das ruas melhora a ventilação.
• Ruas perpendiculares aos ventos dominantes tem o fluxo de ar principal situado acima do nível dos prédios. A largura das ruas tem pouco efeito sobre a ventilação global.

 Ventilação em nível de grupamento

• Edifícios paralelos entre si, em que domina a altura em relação a outras medidas: distância 7xH entre os prédios para ventilação.
• Edifícios intercalados é uma solução vantajosa.
• Edifícios a 45º só recebem 50% da velocidade dos ventos.

Vegetação

• Mesclar arbustos e árvores de caule liso e copa alta
• Grandes áreas gramadas aumentam a velocidade do vento ao nível do solo

Formas de transmissão de calor: São 3 formas

1. Condução: calor transmitido diretamente de uma parte do objeto para outra
2. Convecção: calor transmitido por fluido em movimento
3. Radiação: qualquer objeto pode radiar calor, o principal é o sol.

• Transmissão de calor por onda longa: o sol
• Transmissão de calor por onda curta: as superfícies

OBS: Porto Alegre é a cidade brasileira com maior incidência de radiação solar no verão.

Radiação Solar

• A radiação solar direta é menor nas regiões quente-úmidas.
• É intensa sobre a cobertura e como solução indica-se: reduzir ao mínimo a exposição solar. Considera-se a superfície horizontal coberta pelo telhado. A forma da cobertura só deve ser considerada se a inclinação do telhado for maior que o ângulo formado entre o sol e o horizonte.
• Com a altura da edificação aumenta a perda térmica por convecção (devido ao movimento natural do ar), aumenta a exposição à radiação solar e aos ventos desfavoráveis do inverno (regiões com estação fria).

 Reflexão das superfícies

• Cor: boa indicadora de reflexão da radiação solar, mas não tem bom desempenho em relação à radiação térmica.
• Metais polidos: refletem grande proporção da radiação térmica.

Uma superfície branca se manterá mais fresca que uma superfície de alumínio polido quando exposta a radiação solar e ao céu claro. A superfície branca absorve mais radiação solar que o alumínio, mas emite radiação solar com mais facilidade. Em Porto Alegre a redução de calor que entra no local, se o telhado tiver pintado de branco, é de 1/3.

Se as mesmas superfícies forem expostas ao sol e ao entorno quente, o alumínio polido se manterá mais fresco. Não acontece o mesmo para superfícies pintadas de alumínio.

• Nas regiões quente-úmidas um grande fator de reflexão de radiação solar do envolvente edificativo é importante.
• Nas regiões quente-secas uma grande emissividade não tem o mesmo valor.

 Convecção sobre as superfícies expostas a radiação

Clima quente-úmido: a convecção em superfícies expostas a radiação é desejável, pois o movimento do ar tende a esfriá-las por evaporação. Portanto deve-se aproveitar plenamente os ventos da região. Opções:

• Escolha de lugares altos
• Orientação da declividade da cobertura para os ventos dominantes
• Evitar zonas neutras entre edifícios adjacentes

Convecção nas superfícies internas

• O movimento do ar próximo a cobertura, retira o calor que atravessa a cobertura.
• Pinta-se uma faixa escura no telhado, para direcionar a saída do ar.

 Isolamento térmico

• Isolamento por resistência: resiste a passagem de calor constante, proporcionado por materiais de baixa condutividade térmica.
• Para o clima quente-úmido, o uso do quebra-sol pode substituir a própria parede, fornecendo sombra e ventilação permanente.
• Em coberturas a existência de uma câmara de ar é uma solução para a transmissão de calor, por isso o forro é indispensável. No clima quente-úmido a câmara de ar deverá ser ventilada. Já nos climas com estações de verão e inverno é conveniente que a câmara não seja ventilada.
• Em paredes a carga térmica recebida em clima quente-úmido é menor do que a recebida em clima quente-seco

Ventilação – A ventilação constante tem 3 funções:

1. Dar conforto ao usuário (para climas quente-úmido) reduzindo a umidade do interior.
2. Manter a qualidade do ar (clima quente-seco com estação fria), que é a ventilação higiênica. Deve ser produzida na parte superior do cômodo, longe do usuário.
3. Resfriamento das superfícies interiores (convecção no forro)

A ventilação natural depende de fatores fixos como:

1. Forma e características construtivas do edifício
2. Forma e posição dos edifícios e espaços abertos vizinhos
3. Localização e orientação do edifício
4. Posição, tamanho e tipo de aberturas

E de fatores variáveis como:

1. Direção, velocidade e frequência do vento
2. Diferença de temperatura interior e exterior

A localização relativa dos prédios, levando em consideração a medida máxima, comprimento, largura, altura e orientação em relação à direção do vento, será fundamental para a ventilação natural.

Efeitos aerodinâmicos dos ventos

1. Efeito barreira: a edificação barra o vento. Acontece em edificações horizontal com comprimento mínimo =8xh, com lâminas paralelas. Para reduzir o efeito barreira coloca-se ortogonalmente (perpendicular) saliências na sua superfície.
2. Efeito Venturi: fenômeno de funil, formado por 2 edifícios próximos, cujos eixos formam ângulo agudo ou reto. Para que o efeito Venturi exista é preciso que:

• A altura dos prédios seja maior que 15m (5 andares)
• A soma do comprimento dos edifícios tenha 200m
• A parte superior e inferior da fachada maior esteja livre de construção, numa mesma ordem de grandeza do funil.

As formas curvas aumentam o efeito do fenômeno, e se o funil for comprido produzirá um túnel aerodinâmico. Utiliza-se o efeito Venturi para ventilar os espaços urbanos, cuja localização seja desfavorável ao aproveitamento dos ventos locais.

3. União de zonas de pressão diferentes: efeito diretamente ligado a altura das edificações, em edifícios dispostos ortogonalmente(perpendicularmente) à direção dos ventos.

4. Efeito malha: edificações justapostas formando um bolso no centro produz uma zona protegida do vento, com aberturas inferiores a 25% do perímetro dos edifícios.

5. Aberturas sob a edificação (pilotis): quanto maior é a altura do pilotis, maior é o efeito da zona de baixa pressão (ou sucção). O efeito existe até aberturas de 5 andares.

6. Efeito de canto: resulta da união dos ângulos de edifício formado por fachadas em pressão positiva e em sucção (negativa). No caso de edifícios-torre, existe um espaçamento crítico (2x a transversal da torre).

7. Efeito canalização: acontece quando o corredor é bem definido e estreito (l=3xh).

8. Efeito pirâmide: As superfícies irregulares da edificação dissipam a energia do vento em todas as direções.

9. Efeito wise: ocorre em edifícios com mais de 5 andares, e piora quando ocorre uma construção baixa localizado a uma distância próxima a altura do edifício. É um rolo turbulento, incômodo, cuja direção pode ser vertical.

10. Efeito esteira: circulação do fluxo de ar em redemoinhos na parte posterior do edifício.

 Zonas de Baixa Pressão

As decisões básicas de projeto definem a zona de baixa pressão produzidas a barlavento do edifício. São de total responsabilidade do projetista os efeitos positivos e negativos das condições de ventilação provocados pela presença do prédio no seu entorno e a maximização ou minimização do consumo de energia do edifício em questão e dos próximos a ele.

• A medida de que a profundidade do edifício aumenta, a profundidade da zona de baixa pressão diminui.
• Quanto mais alto for o edifício, mais profunda a zona de baixa pressão, mas a forma de distribuição de ar é a mesma.
• A profundidade da zona de sucção corresponde à altura do telhado, não importando se a altura inicial do edifício aumentou.
• Os edifícios perpendiculares à direção do vento proporcionam uma zona de sucção maior.

Ventilação: o movimento do ar é afetado por 2 fatores: a distribuição da pressão no edifício e a inércia do movimento do ar. Recomendações em relação aos climas:

• Frio e seco: ventilação higiênica
• Quente, frio e úmido: aberturas mais amplas.
• Quente: velocidade do ar >= 2m/2 e frio 1m/s
• Quente e seco: ventilação higiênica

Ventilação interna: o que determina a sensação de refrescamento é a velocidade do ar e não o volume. No ambiente interno:

• Deverá ter uma entrada e uma saída de ar
• A abertura de entrada deve estar na zona de alta pressão e a de saída na de baixa pressão
• A orientação de abertura deve ser frontal ao vento, mas quando as temperaturas médias forem muito elevadas recomenda-se posicionar o edifício perpendicularmente ao vento
• A ventilação mais adequada é o vento entrado pelo estar e dormitórios e saindo pela área de serviço
• Deve haver uma proporção de área aproximadamente igual entre entrada e saída de ar. Para melhor controle da ventilação interior, a combinação de pequenas e grandes aberturas em diferentes alturas é a melhor
• A velocidade do ar ao nível do usuário, nas melhores condições, será de 30 a 40% da velocidade do vento livre
• Podem-se obter condições de ventilação satisfatórias com ângulos de até 50º de um lado e outro da perpendicular da direção do vento
• O ideal é a saída de ar ser mais larga que a entrada

 Ventilação cruzada: refere-se a aberturas a áreas de pressão e sucção do exterior.

Ventilação de conforto: entrada do ar embaixo e saída em cima.

 Janelas

• Abertura simples (correr): área de ventilação 50%
• Pivotante horizontal: mais eficiente do ponto de vista da ventilação. Para abertura 30º apresentam problemas, pois a área real de abertura é reduzida. O modelo ideal é a que possibilita a separação do fluxo quente e frio. Pode direcionar o fluxo.
• Pivotantes verticais: não possibilitam a separação entre ar quente e frio, mas propiciam uma ventilação boa.

 Controle da Luz Natural

• Do ponto de vista da iluminação natural, a fonte de luz diurna considerada é a abóboda celeste.
• O entorno se comporta como fonte de luz.
• Um dos requisitos básicos de desenho é garantir uma mesma quantidade e qualidade de iluminação para o sistema artificial e natural.
• Os elementos interiores de controle de luz devem ser de material translúcido ou de cores claras de alta difusão. A luz que entra pela parte superior da janela é a que proporciona melhor iluminação do ponto de vista da uniformidade e da distribuição.

Iluminação zenital: oferece maior uniformidade e iluminação média sobre a área de trabalho. Tem custo inicial mais alto e maior dificuldade de limpeza e localização dos elementos de controle, proteção solar e ventilação. A entrada do sol deve ser evitada nos climas quente-úmido e nas estações quentes dos climas compostos por estações frias. Se o Pé Direito for grande e com ventilação cruzada ao nível inferior da cobertura, não serão necessário utilizar fatores de sombra.

1. Tipo shed: com orientação sul fornecerá iluminação unilateral difusa, evitando o ofuscamento. Fornecem uma iluminação em torno de ¾ do valor obtido com uma mesma superfície iluminante localizada continuamente sobre a cobertura horizontal.
2. Tipo lanternim: com superfícies iluminantes verticais necessita de menor manutenção.
3. Cobertura de inclinação dupla com superfícies iluminantes: possui quase a mesma eficiência de uma horizontal com superfícies iluminantes.

 A iluminação lateral é adequada para zonas próximas às janelas.

Desenho de janelas- requisitos gerais:

• Recomenda-se que as áreas iluminantes sejam contíguas e se estendam até o forro
• A localização da borda superior das janelas sejam próximas ao forro, pois incrementa a superfície refletora e diminui as áreas escuras.
• A uniformidade da iluminação melhora quando a borda superior da janela está situada a uma altura igual a metade da profundidade do local onde ela está.
• Os peitoris envidraçados inferiores ao plano de trabalho não contribuem para a iluminação do local.
• Um local com grandes janelas dependerá da luz incidente para sua iluminação.
• Local com janelas de tamanho moderado, cujas superfícies interiores tenham alto fator de reflexão terá combinação adequada de luz direta e indireta.
• O ideal é a iluminação artificial suplementar permanente – IASPI (integração entre luz natural e artificial)

 IASPI: obedece a 2 requisitos fundamentais:

• O nível de iluminamento necessário e exigido pela função em questão
• Há relação de luminância entre a parte do local iluminado com a luz natural e artificial.

A iluminação suplementar deve ter um nível suficientemente alto para estabelecer um equilíbrio de adaptação entre as partes mais iluminadas do ambiente perto da janela e as artificialmente iluminadas nas partes mais distantes daquela.

 Uso de Quebra sol

• Quebra sol horizontal: fachada norte-Sul
• Quebra sol vertical: fachada leste-oeste

Bons estudos!