Bioclimatismo na arquitetura

Bioclimatismo na arquitetura

(Parte 1 de 8)

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.

Anna Manuela Rodriguez Carneiro Gomes

Kamila Cobbe Teixeira José Cláudio Peixoto Gomes

Proarq - DTC FAU- UFRJ

Julho de 2004

Algumas palavras

PROARQ e DTC – FAU - UFRJ 2

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 X 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.

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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 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 orientálos 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 da FAU ( w.fau.ufrj.br ), no link “alunos” e na página do PROARq : w.fau.frj.br/proarq .

Conforto Ambiental 2°semestre 2004 Índice

Introdução6
1. O homem e suas necessidades ambientais....................................................................5
1.1. O diagnóstico do microclima........................................................................................9
1.2.2 Trocas por condução13
1.2.4. Muros e esquadrias18
1.3 Insolação e o projeto19
2. O Homem e suas necessidades visuais27
2.1. A construção e as fontes de luz25
2.1.2. Fontes de luz natural26
2.1.3. Fontes de luz artificial27
3. Homem e suas necessidades acústicas3
3.2.1 Fonte sonora37
3.2.2. Propagação38
3.3. Qualidade Acústica....................................................................................................40
3.3.2. Absorção Acústica / Materiais Absorventes41
3.3.3. Tempo de Reverberação (TR)42
3.4. O Ruído e Projeto.......................................................................................................43
3.4.2. Qualificação Acústica dos Espaços43
3.4.3.Tratamento das Fontes de Ruído de Impacto43
3.4.4. Afastar Espaços Sensíveis das Fontes de Ruído43
3.4.5. Isolamento dos Ruídos Aéreos4
3.4.6. Condicionamento Acústico45
1. Higrotermia46
Anexos53

PROARQ e DTC – FAU - UFRJ 4 Bibliografia............................................................................................................. ............ 80

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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

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PROARQ e DTC – FAU - UFRJ 6 determinarmos suas causas. Desta forma, poderemos, no projeto nosso de cada dia, projetar mecanismos para evitar ou minorar suas conseqüências.

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.

corpos(paredes, etc.)

R - trocas por radiação. Entre o Sol e o corpo, entre o corpo e a abóbada celeste, entre o corpo e os demais

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).

à idade, tamanho, sexo, saúde, raça, etc), vestimenta, atividade, e, de mais difícil mensuração, de seus fatores econômicos, sociais e

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 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. 4 Fonte GIVONI

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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.

Fonte: GIVONI, A – Lhomme, Larchiteture et le Climat

Fig. T2 – Diagrama original de Givoni e as situações “vividas” fora do polígono de conforto.

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 7 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

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