PROTEÇÃO SOLAR EM EDIFICAÇÕES DESENVOLVIMENTO DE METODOLOGIA PARA BONIFICAÇÃO NO RTQ-R

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1 PROTEÇÃO SOLAR EM EDIFICAÇÕES DESENVOLVIMENTO DE METODOLOGIA PARA BONIFICAÇÃO NO RTQ-R Roberta Vieira Gonçalves de Souza 1 Ana Carolina de Oliveira Veloso 2 Thalita Reis de Mattos 3 1 Departamento de Tecnologia da Arquitetura e do Urbanismo Escola de Arquitetura Universidade Federal de Minas Gerais robertavgs2@gmail.com 2 Mestranda em Ambiente Construído e Patrimônio Sustentável UFMG acoveloso@gmail.com 3 Bolsista de graduação no Laboratório de Conforto Ambiental da Escola de Arquitetura da UFMG thalitamattos@gmail.com Keywords: RTQ-R bonus natural lighting Summary Along with the implementation process the Technical Quality Regulation of the level of Energu Efficiency of commercial, service and institutional Buildings (RTQ-C) is in development by the Brazilian Ministry Of mining and Energy, the Regulation for Residential Buildings (RTQ-R).The methodology presented this paper is an evolution of the concepts presented by SOUZA and PEREIRA (2008) in the definition of the range external temperatures and solar radiation that should be the target for the dimensioning of solar shading systems. As an incentive to the use these solar shading devices in buildings in order to diminish solar loads in transparent surfaces, a bonus methodology was developed to be applied in the RTQ-R. 1. Introdução e Contexto Dispositivos de proteção solar têm uma importante função na melhoria do desempenho térmico das edificações. Além de reduzir a incidência da radiação solar na edificação, bem dimensionados e aliados a sistemas de reflexão da luz solar direta não comprometem a disponibilidade de luz natural no ambiente e podem melhorar sua distribuição interna. Em países tropicais, como o Brasil, a utilização destes é importante para a melhoria da eficiência energética de uma edificação, pois auxiliam na redução da necessidade de consumo de energia no sistema de ar condicionado. Principalmente para arquitetos que não estão habituados com o estudo da geometria solar essa pode ser uma tarefa difícil. Quando dimensionados com ângulos maiores que os necessários, eles podem escurecer os ambientes aumentando o consumo do sistema de iluminação artificial e de condicionamento de ar. Por estas razões, o objetivo dos estudos que estão sendo realizados e que se baseiam na análise de PEREIRA E SOUZA (2008), é encontrar ângulos para a determinação de dimensões mínimas do sistema de proteção solar. O seu desenvolvido é com vistas à futura incorporação nos procedimentos de bonificação do Regulamento Técnico da Qualidade para Edifícios Residenciais (RTQ-R), do PROCEL/INMETRO com previsão de lançamento ainda em Com isso, haverá a redução da carga térmica interna devida à insolação, sem prejudicar a entrada de luz natural na edificação. Esse estudo é voltado para as cidades brasileiras e para que através destes, o arquiteto possa se guiar para confeccionar seu projeto. 2. RTQ-R O Regulamento Técnico da Qualidade para edifícios Residenciais (RTQ-R) tem como objetivo criar condições para a etiquetagem do nível de eficiência energética para edificações residenciais unifamiliares, de unidades autônomas de edificações multifamiliares, de edificações residenciais multifamiliares, de áreas de uso comum de edificações multifamiliares e/ou de condomínios residenciais. Ele é de caráter voluntário e pretende ser obrigatório nos próximos anos. 3. Máscaras de proteção solar A necessidade de proteção solar em aberturas de cômodos com permanência prolongada é feito através da conjunção de critérios de temperatura externa e radiação solar incidente na fachada. Estes são plotados em cartas solares específicas para a latitude em estudo. Os primeiros passos para a confecção destas cartas é o levantamento e tratamento de dados das normais climatológicas e/ou de anos TRY, que definirão a variação de temperatura média de cada cidade. O tratamento destes implica na obtenção das temperaturas médias mensais de 06 às 18 horas ao longo dos meses do ano.

2 Para este estudo usou-se a definição de zona de conforto térmico, determinado pelo cálculo da temperatura neutra proposto por HUMPPHREYS (1998), modificado por AULICIEMS (1983) e descrito por BITTENCOURT & CÂNDIDO (2006, p.20), e representado abaixo: Tn= 0,31Te + 17,6ºC (1) Sendo : Tn a temperatura neutra Te a temperatura do ar média mensal, em ºC, extraída das Normais Climatológicas (BRASIL, 1991). Para a obtenção dos dados de temperatura externa, Te, além das normais climatológicas foram usados dados de TRY - Test Reference Year (STAMPER, 1977) para verificar a mudança no dimensionamento dos brises a partir da utilização de dados mais precisos de temperatura. Baseando-se nessas temperaturas neutras obter-se-ão temperaturas acima e abaixo das quais a insolação deve ser controlada e favorecida respectivamente. Na primeira o número de graus é adicionado a Tn (Tn +2, Tn+3...) e na segunda, estes são reduzidos (Tn -7,Tn-8...). Concluiu-se que, apesar da maior precisão na determinação das temperaturas médias mensais quando estas são geradas por um conjunto de dados TRY, não há uma diferença significativa no dimensionamento das máscaras de proteção solares resultantes dos dois métodos. Portanto, caso a cidade tenha TRY, o seu uso é indicado, caso não exista, o uso das normais climatológicas não implica em perda significativa de precisão. De posse dos dados de temperatura média mensal hora a hora, passa-se para a plotagem dos dados em tabela desenvolvida por PEREIRA E SOUZA (2008) que auxilia na análise das temperaturas locais e a construção da carta solar (FIG 01). Nesta é dada uma cor a cada grau a mais ou a menos da temperatura neutra (Tn) a partir das medias mensais e estas cores são lavadas para as médias horárias feitas para cada mês para melhor leitura de dados. MACEIÓ Tn-8 17,8 17,9 17,5 17,7 17,5 17,2 17,0 17,0 17,1 17,2 17,3 17,4 Tn-7 18,8 18,9 18,5 18,7 18,5 18,2 18,0 18,0 18,1 18,2 18,3 18,4 Tn-6 19,8 19,9 19,5 19,7 19,5 19,2 19,0 19,0 19,1 19,2 19,3 19,4 Tn-4 21,8 21,9 21,5 21,7 21,5 21,2 21,0 21,0 21,1 21,2 21,3 21,4 Tn 25,8 25,9 25,5 25,7 25,5 25,2 25,0 25,0 25,1 25,2 25,3 25,4 Tn+1 26,8 26,9 26,5 26,7 26,5 26,2 26,0 26,0 26,1 26,2 26,3 26,4 Tn+2 27,8 27,9 27,5 27,7 27,5 27,2 27,0 27,0 27,1 27,2 27,3 27,4 Tn+3 28,8 28,9 28,5 28,7 28,5 28,2 28,0 28,0 28,1 28,2 28,3 28,4 Tn+4 29,8 29,9 29,5 29,7 29,5 29,2 29,0 29,0 29,1 29,2 29,3 29,4 Tn+5 30,8 30,9 30,5 30,7 30,5 30,2 30,0 30,0 30,1 30,2 30,3 30,4 JAN FEV MAR ABR MAIO JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ 06:00 22,4 22,6 22,70 22,5 22,0 21,3 20,5 20,2 20,7 21,20 21,6 22,0 07:00 22,9 23,1 23,2 23,0 22,5 21,7 21,0 20,7 21,2 21,7 22,2 22,6 08:00 24,3 24,5 24,5 24,2 23,6 22,8 22,1 21,9 22,4 23,1 23,6 23,9 09:00 25,8 26,0 25,9 25,6 24,8 24,0 23,3 23,2 23,8 24,6 25,2 25,4 10:00 27,0 27,2 27,1 26,7 25,8 25,0 24,3 24,3 24,9 25,8 26,5 26,7 11:00 28,0 28,2 28,1 27,6 26,7 25,8 25,2 25,2 25,8 26,8 27,6 27,8 12:00 29,0 29,2 29,1 28,5 27,5 26,7 26,0 26,1 26,7 27,8 28,7 28,8 13:00 29,3 29,5 29,4 28,8 27,8 26,9 26,3 26,3 27,0 28,1 29,0 29,1 14:00 30,0 30,2 30,0 29,4 28,3 27,4 26,8 26,9 27,6 28,8 29,7 29,8 15:00 30,2 30,4 30,2 29,6 28,5 27,6 27,0 27,1 27,8 29,0 29,9 30,0 16:00 29,9 30,1 29,9 29,3 28,2 27,3 26,7 26,8 27,5 28,7 29,6 29,7 17:00 29,6 29,8 29,6 29,0 28,0 27,1 26,5 26,5 27,2 28,4 29,2 29,4 18:00 29,0 29,1 29,1 28,5 27,5 26,7 26,0 26,1 26,7 27,8 28,7 28,8 Fig 01: Tabela de temperatura Segundo FROTA (2004) as cartas solares são instrumentos para resolução de problemas de geometria da insolação a partir de plantas e cortes e coordenadas horizontais da posição do Sol acima da linha do horizonte. A carta solar, aplicada sobre a planta, orientada conforme a direção do norte verdadeiro oferece uma visão mais clara das posições ocupadas pelo sol nas diversas datas (...). Elas são baseadas na latitude local, porém, como são fornecidas pela autora cartas a cada 2 de variação latitudinal, é necessário usar o valor mais próximo da latitude real da cidade em análise. Seu preenchimento é baseado nas informações da tabela anteriormente preenchida.

3 Latitude 9 40' - ZB8 N W E Tn+4 Tn+x Tn+3 Tn+3 Tn+3 Tn+2 Tn+3 + Tn = Tn+2 Tn+2 Tn+2 Tn Tn Tn Tn-8 Tn-8 Tn-8 Tn-7 Tn-8 Tn Tn-7 Tn-7 Tn-7 Tn S Fig. 02: Carta solar da cidade de Ao se marcar as temperaturas na carta solar, como esta representa duas trajetórias solares ao longo do ano (a 1ª de 22 de dezembro a 22 de junho e a 2ª de 22 de junho a 22 de dezembro), são marcadas prioritariamente as temperaturas mais extremas tanto no período de calor quanto no período de frio de cada uma destas trajetórias. As fachadas são separadas de acordo com as orientações cardeais a cada 45º de variação azimutal e essas sobrepostas à máscara de radiação solar (FROTA e SCHIFER, 2004). Através desta sobreposição tem-se a radiação solar incidente sobre cada fachada, que é um importante aspecto a ser considerado na hora de projetar os elementos de proteção. Baseado em PEREIRA E SOUZA (2008), determina-se os horários de incidência solar excessiva por um método gráfico que é em função da posição do sol na abóboda celeste em relação à fachada. Os valores considerados elevados foram 500W e 600W. Mesmo que as temperaturas externas não estejam tão elevadas, a incidência destes níveis de radiação representará para a abertura um excesso de carga térmica, levando conseqüentemente um aumento da temperatura do ar interno. Entretanto, em horários próximos ao nascer do sol e no inverno, em algumas cidades, como Florianópolis, esse aumento de temperatura interna é bem vindo. Outro fator importante para construção dos componentes de proteção solar é o clima local que leva à condição de aclimatação da população. Baseado na análise deste fator e o da radiação solar são determinados os períodos em que há a necessidade de proteção (especialmente o período da tarde nos meses de verão) e os períodos em que o aumento de temperatura interna é desejável (como no período da manhã no inverno). Além disso, a área das aberturas também deve ser considerada, uma vez que quanto maior a área, maior a carga térmica no ambiente devido à incidência solar, e, portanto, maior a necessidade de dispositivos de proteção. Assim como em PEREIRA E SOUZA (2008), a proporção adotada para classificar as aberturas é: entre 16% (1/6) e 25% (1/4) da área piso, consideram-se as aberturas como pequenas, e áreas maiores ou iguais a 25% (1/4) da área do piso consideram-se aberturas como grandes. Para edificações residenciais, onde o usuário possui maior flexibilidade de escolha do tipo de vestimenta, nível de atividade e de interferência na edificação, e há menor geração de carga térmica interna, a faixa de proteção solar pode ser menor. Por isso, foram testadas várias faixas de proteção e juntamente com a Secretaria Técnica do PROCEL Edifica, chegou-se à definição de uma faixa comum aos municípios. Esta seria de Tn+3 (temperaturas superiores à temperatura neutra mais 3ºC) tanto para aberturas pequenas quanto para as grandes. Viu-se que com Tn+2 temos um dimensionamento considerado excessivo para edificações residenciais, prejudicando os níveis de iluminação internas e gerando e elemento demasiadamente grande na fachada. Já a diferença na dimensão da proteção usando Tn+3 ou Tn+4 é irrisória, por isso foi usado Tn+3. Quanto às temperaturas abaixo das temperaturas neutras, não deverá haver sombreamento da insolação em aberturas para temperaturas inferiores a Tn-7 (temperatura neutra menos 7ºC), com exceção das cidades nas Zonas Bioclimáticas 1 e 2 que também não deverá haver proteção para Tn-6, pois nestes casos o aumento da temperatura interna devido à radiação gera maior conforto ao usuário. Além disso, as proteções solares não são necessárias também, quando a necessidade de sombreamento se der por apenas dois meses do ano, e/ou duas horas do dia, e após às 17 horas, sendo períodos de tempo curtos onde o aumento da temperatura interna na edificação não gera desconforto. Portanto, baseado na faixa de proteção ideal determinada, devemos sempre proteger nas aberturas pequenas Tn+3 quando estas temperaturas coincidirem com a radiação de 500W. Já nas aberturas grandes, a proteção deve ocorrer tanto na região em que houver coincidência da temperatura determinada com a

4 radiação de 600W, quanto naquela em que só houver esta temperatura ou só a radiação de 600W. Lembrando que temperaturas maiores que as da faixa de proteção devem sempre ser protegidas. Feito isso, os ângulos de proteção devem ser transcritos para a tabela resumo (Fig.10). A leitura deste ângulo é feita considerando que estamos dentro da janela estudada. Fig.04: ângulo α Fig.05: ângulo β Fig.03: modelo de transferidor auxiliar Fig.06: ângulo γ Fig.07: ângulo α (corte) Fig.08: ângulo γ (vista) Fig.09: ângulo β (planta) FACHADA NORTE Área da janela > 25% área do piso Área da janela > 25% área do piso Área da janela > 25% área do piso FACHADA SUL FACHADA NORDESTE Área da janela > 25% área do piso Área da janela > 25% área do piso Área da janela > 25% área do piso FACHADA LESTE FACHADA OESTE FACHADA SUDOESTE d e d e d e d e Área da janela > 25% área do piso Área da janela > 25% área do piso d e d e d e d e Fig 10: Tabela Resumo para a cidade de FACHADA SUDESTE FACHADA NOROESTE

5 4. Proteções para as cidades Na análise feita anteriormente por PEREIRA E SOUZA (2008), foram estudadas 206 cidades existentes nas Normais Climatológicas, destas o foco foi dirigido para 10 cidades, distribuído entre as zonas bioclimáticas definidas pela NBR (2005). A escolha dessas cidades foi determinada por serem cidades típicas de cada zona, são elas, Belo Horizonte, Brasília, Campo Grande, Cataguases, Curitiba, Florianópolis,, Passo Fundo, Rio de Janeiro e Teresina. Já para a análise por TRY foram estudadas as cidades de e Rio de Janeiro. Abaixo alguns exemplos de mascaras de proteção para cada fachada das cidades de Florianópolis e. Fig.11: Mascara de proteção solar para aberturas grandes na cidade de Florianópolis usando Normais Climatológicas Fig. 12: Mascara de proteção solar para a cidade de usando TRY Fig. 13: Mascara de proteção solar para aberturas grandes na cidade de usando as Normais Climatológicas

6 Nota-se nas figuras 12 e 13 a similitude no dimensionamento das proteções solares seja pelo método das normais climatológicas seja pelo método do TRY. 5. Conclusão e sugestão para a pontuação no RTQ-R Com esse estudo que determina proteções ideais para as aberturas das zonas bioclimáticas brasileiras, gerou-se uma orientação para os projetistas confeccionarem os dispositivos de proteções solares e uma bonificação no RTQ-R, que serve como incentivo para que estes dispositivos sejam aplicados. Essa bonificação no RTQ-R se baseia em uma equação na qual a variável somb define o sombreamento nas aberturas externas. Quando houver sombreamento o valor deve ser 1 (um), quando não houver, o valor deve ser 0 (zero). O conjunto de proteções solares é considerado sombreamento quando bloquear mais de 50% da incidência solar sobre as superfícies envidraçadas das aberturas da edificação de acordo com as máscaras propostas pelo presente método. Ao equivalente numérico final poderá ser somado à bonificação de condições de insolação desde que seja comprovado que os ambientes de permanência prolongada atendem requisitos mínimos de proteção solar de acordo com o disposto abaixo. Para receber 1 ponto de bonificação o edifício deverá comprovar a proteção em: pelo menos 80% das aberturas dos ambientes de permanência prolongada; pelo menos 80% da proteção estimada para a abertura. Esse valor a se considerar é a média ponderada tanto da proteção das aberturas como das dimensões das proteções estabelecidas para as cidades que foram feitas as mascaras de proteção solar. Caso a edificação seja projetada para uma cidade em que não existam estas mascaras, deverá utilizar a da cidade mais próxima que apresente as características climáticas mais próximas. Caso seja obtido um percentual de proteção menor que o estipulado, a bonificação será proporcional ao percentual obtido. Com isso, espera-se que edificações residenciais passem a contar cada vez mais com o uso de dispositivos de proteções solares e que estas sendo bem dimensionadas impliquem em conforto ao usuário sem o acréscimo de energia elétrica. Referências AULICIEMS, A. Psycho-physiological criteria for global thermal zones of building design. International Journal of Biometeorology, Apud BITTENCOURT, L.; CÂNDICO, C. Introdução à ventilação natural. : EdUFAL, FROTA, A. B. Geometria da insolação (2004). São Paulo: Geros, ISBN X. FROTA, Anesia Barros; SCHIFFER, Sueli Ramos. Manual de Conforto Térmico (2006). 7ed. São Paulo: Studio Novel, p. ISBN HUMPHREYS, M.A; Nicol, J.F. Understanding the Adaptive Approach to Thermal Comfort. ASHRAE Transactions, v. 104, p , HUMPHREYS, M.A; Outdoor Temperatures and Comfort Indoors. BRE Current Paper, 53/78, Garston, Apud BITTENCOURT, L.; CÂNDICO, C. Introdução à ventilação natural. : EdUFAL, PEREIRA, I. M. and SOUZA, R.V. G. (2008). Proteção solar em edificações residenciais e comerciais - desenvolvimento de metodologia. Anais eletrônicos do X Encontro Nacional de Tecnologia do Ambiente Construído. Fortaleza, CE, p. Anais... ISBN: STAMPER, E.,(1977). Weather Data. ASHRAE Journal, Februaty/77, p. 47.