PARTE I TÉCNICAS DE ANÁLISE

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1 Sumário PARTE I TÉCNICAS DE ANÁLISE 25 A O clima como um contexto 27 Sol 1 O QUADRANTE SOLAR usado com uma maquete simula a posição variável do sol e de sua sombra durante o dia e ao longo do ano A CARTA SOLAR, com a representação dos elementos existentes no sítio, pode determinar os horários do dia e do ano no qual o sol estará presente em determinado sítio A RADIAÇÃO SOLAR disponível a cada hora pode ser usada para determinar os horários em que se pode obter o conforto nas áreas externas e para estimar o potencial de ganho solar das edificações. 33 Vento 4 Uma ROSA-DOS-VENTOS pode ser usada para caracterizar a direção, velocidade e freqüência eólica em uma determinada localização por mês ou ano A CARTA DE VENTOS representa os padrões de direção e velocidade dos ventos para cada período do dia e cada mês em uma determinada localidade Use os PRINCÍPIOS DO MOVIMENTO DO AR para adaptar os dados de ventilação coletados em aeroportos ao nível aproximado de ventilação em determinado sítio. 40 Sol e Vento 7 Os MICROCLIMAS DO SÍTIO mais favoráveis à localização das edificações podem ser determinados pela análise da disponibilidade conjunta de sol e vento. 45 Luz Natural 8 Registrando-se os NÍVEIS DE NEBULOSIDADE, pode-se determinar as condições dominantes em cada mês para o projeto de iluminação Os dados sobre a DISPONIBILIDADE DE LUZ NATURAL podem ser usados na determinação dos coeficientes de luz diurna necessários para o projeto O efeito das OBSTRUÇÕES À LUZ NATURAL sobre um sítio pode ser estimado usando-se diagramas de pontos de iluminação natural junto com uma carta solar. 56 Conforto Térmico 11 A CARTA BIOCLIMÁTICA determina as respostas climáticas apropriadas ao alcance do conforto térmico em um determinado clima. 58

2 16 SUMÁRIO B O programa e o uso 61 Ocupação 12 Estime os GANHOS TÉRMICOS DEVIDO À PRESENÇA HUMANA para entender a influência das pessoas nas necessidades de aquecimento e esfriamento de uma edificação. 62 Energia Elétrica 13 Estime os GANHOS TÉRMICOS DEVIDO À ILUMINAÇÃO ELÉTRICA para entender sua contribuição às necessidades de aquecimento e esfriamento de uma edificação. 65 Equipamentos 14 Estime os GANHOS TÉRMICOS DEVIDO AOS EQUIPAMENTOS para entender sua contribuição às necessidades de aquecimento e esfriamento de uma edificação. 67 C A forma e o fechamento 68 Transferências Térmicas pelo Fechamento 15 Estime o FLUXO TÉRMICO ATRAVÉS DA PELE para entender sua contribuição às necessidades de aquecimento e esfriamento de uma edificação. 69 Ganho Solar 16 Estime o GANHO SOLAR PELAS JANELAS para entender a contribuição do sol às necessidades de aquecimento e esfriamento de uma edificação. 71 Ventilação e Infiltração 17 Estime os GANHOS E AS PERDAS POR VENTILAÇÃO OU INFILTRAÇÃO para entender sua contribuição às necessidades de aquecimento e esfriamento de uma edificação. 74 D Combinando o clima, o programa e a forma 76 Estratégias de Projeto 18 A CARTA BIOCLIMÁTICA DA EDIFICAÇÃO, com o registro das temperaturas e umidades relativas de cada mês, identifica as estratégias passivas de aquecimento solar e esfriamento em potencial apropriadas ao clima da edificação A eficiência do CONTATO COM O SOLO como estratégia de redução da carga térmica e como um dissipador de calor depende do clima regional. 79 Períodos de Proteção Solar 20 Os horários e as datas no CALENDÁRIO DE PROTEÇÃO SOLAR registrados na carta solar determinam os ângulos solares que indicam a necessidade de sombreamento. 80 Padrões de Aquecimento e Esfriamento 21 Os GANHOS TÉRMICOS TOTAIS podem ser estimados para a determinação das cargas usadas no dimensionamento das estratégias passivas de esfriamento. As PERDAS TÉRMICAS TOTAIS podem ser comparadas com os parâmetros de conservação de energia A TEMPERATURA DE PONTO DE EQUILÍBRIO: a temperatura externa na qual a edificação faz a transição da necessidade de aquecimento para a necessidade de esfriamento determina quando o aquecimento e o esfriamento são necessários Os PERFIS DE PONTO DE EQUILÍBRIO: as características do clima, o uso e a forma da edificação podem ser utilizados para desenvolver padrões diários de aquecimento e esfriamento que representem o desempenho de uma edificação ao longo de um ano e auxiliem na identificação das estratégias de projeto climático. 91 E Carga elétrica e demanda de água quente 97 Eletricidade 24 As CARGAS ELÉTRICAS necessárias para o dimensionamento das superfícies fotovoltaicas podem ser estimadas a partir dos dados sobre os consumos comercial e residencial. 98 Água Quente 25 A DEMANDA DE ÁGUA QUENTE necessária para o dimensionamento dos coletores de energia solar para o aquecimento d água pode ser estimada a partir dos dados sobre o consumo. 100 PARTE II ESTRATÉGIAS DE PROJETO 101 A Grupos de edificações 103 Ruas, Espaços Abertos e Edificações: Organizações Radiais 26 Os CORREDORES RADIAIS DE VENTILAÇÃO formados por ruas e espaços abertos podem aproveitar a drenagem de ar fresco e as correntes térmicas noturnas. [esfriamento] 104

3 SUMÁRIO 17 Ruas, Espaços Abertos e Edificações: Organizações Compactas 27 SOMBREAMENTO CONJUNTO: as edificações podem ser dispostas de forma a criar sombras umas sobre as outras e também nas áreas externas contíguas. [esfriamento] 106 Ruas, Espaços Abertos e Edificações: Orientação e Localização 28 MICROCLIMAS TOPOGRÁFICOS favoráveis podem ser usados para a implantação de grupos de edificações. [aquecimento e esfriamento] 109 Ruas, Espaços Abertos e Edificações: Forma e Orientação 29 PRISMAS DE SOL podem ser usados para garantir a insolação de edificações, ruas e espaços abertos. [aquecimento e iluminação natural] Os EDIFÍCIOS-TORRE podem ter formas que se relacionem com outras edificações e o vento, para criar ruas agradáveis e microclimas nas áreas externas. [aquecimento] 122 Ruas e Edificações: Organizações em Grade 31 PADRÕES URBANOS EQUILIBRADOS de ruas e quarteirões podem ser orientados e dimensionados de forma a resolver conjuntamente as questões de com a iluminação, insolação, proteção solar e ventilação, de acordo com as prioridades do clima. [aquecimento, esfriamento e iluminação natural] 125 Ruas e Edificações: Organizações Lineares 32 ÁTRIOS LINEARES proporcionam luz a cada uma das edificações do conjunto. [iluminação natural] 128 Ruas e Edificações: Organizações Dispersas e Compactas 33 MALHAS URBANAS COM RUAS AMPLAS otimizam as brisas que aliviam os climas quentes, enquanto que MALHAS URBANAS DENSAS minimizam os ventos de inverno em climas que necessitam de aquecimento. [aquecimento e esfriamento] 130 Ruas e Edificações: Forma e Orientação 34 TRANSIÇÕES GRADUAIS DE ALTURA nos agrupamentos de edificações e na orientação dos ventos predominantes minimizam a ventilação das ruas. [aquecimento] PRISMAS DE ILUMINAÇÃO podem ser usados para dar forma às edificações e recuá-las de modo a garantir níveis de iluminação natural adequados nas ruas e edificações adjacentes. [iluminação natural] RUAS AREJADAS orientadas de acordo com os ventos predominantes otimizam a ventilação dos ambientes urbanos e oferecem às edificações melhores condições de ventilação cruzada. [esfriamento] 137 Espaços Abertos e Edificações: Organizações Dispersas 37 EDIFICAÇÕES DISPERSAS com espaços interligados e bem amplos mantêm a possibilidade de ventilação para esfriamento em cada edificação. [esfriamento] 139 Espaços Abertos e Edificações: Organizações Alongadas 38 LONGOS AGRUPAMENTOS DE EDIFICAÇÕES NA ORIENTAÇÃO LESTE OESTE afastados na orientação norte sul otimizam os ganhos térmicos e, ao mesmo tempo, garantem a insolação de cada edificação. [aquecimento] 141 Espaços Abertos e Edificações: Organizações Integradas com Áreas Verdes 39 ARRANJOS COM INTEGRAÇÃO ENTRE ÁREAS VERDES E EDIFICADAS podem ser usados para a redução de temperatura do ar ambiente. [esfriamento] ORGANIZAÇÕES DE EDIFICAÇÕES INTEGRADAS A CURSOS DE ÁGUA podem ser usadas para a redução de temperatura do ar ambiente. [esfriamento] 147 Espaços Abertos e Edificações: Forma e Orientação 41 ESPAÇOS EXTERNOS DE INVERNO protegidos dos ventos podem ser configurados por meio da implantação e da organização das edificações. [aquecimento] A INSOLAÇÃO DAS EDIFICAÇÕES VIZINHAS pode ser garantida através de configurações apropriadas de edificações e espaços abertos, conforme a orientação de uma rua. [aquecimento] 151 Espaços Abertos e Edificações: O Entorno como Proteção 43 QUEBRA-VENTOS podem ser criados para definir limites que protejam edificações e espaços abertos. [aquecimento e esfriamento] CINTURÕES VERDES irrigados podem ser formados para esfriar as brisas que entram na cidade. [esfriamento] 155 Espaços Abertos e Edificações: Camadas 45 Uma camada de ELEMENTOS AÉREOS DE PROTEÇÃO SOLAR pode proteger os espaços externos e as edificações do sol alto. [esfriamento] 156

4 18 SUMÁRIO B Edificações 158 Recintos e Pátios Internos: Zoneamento 46 MIGRAÇÃO: ambientes internos e externos podem ser zoneados de tal forma que as atividades possam ocorrer nas áreas mais frescas durante os períodos de calor e nas áreas mais quentes durante os períodos frios de um dia ou estação. [aquecimento e esfriamento] 159 Recintos e Pátios Internos: Localização e Orientação 47 A ORGANIZAÇÃO DAS ÁREAS EXTERNAS em relação ao sol e o vento pode ampliar as estações com conforto externo. [aquecimento e esfriamento] 162 Recintos e Pátios Internos: Camadas 48 Uma CAMADA HORIZONTAL DE SOMBREADORES AÉREOS pode proteger o pátio e a edificação do sol alto, enquanto uma camada de elementos verticais pode proteger do sol baixo. [esfriamento] 165 Recintos: Organizações Compactas 49 PLANTAS BAIXAS COMPACTAS reduzem a área de pele e, portanto, as perdas e os ganhos térmicos. [aquecimento e esfriamento] 168 Recintos: Estratégias Conjuntas 50 EDIFICAÇÕES PERMEÁVEIS podem conjugar estratégias com plantas livres e cortes com as estratégias da ventilação cruzada, ventilação por efeito chaminé ou ambas. [esfriamento] 169 Recintos: Organizações Estreitas 51 Arranjos com PLANTAS BAIXAS ESTREITAS possibilitam a iluminação natural de cada recinto. [iluminação natural] Arranjos com PLANTAS BAIXAS ALONGADAS NA ORIENTAÇÃO LESTE OESTE ampliam a área de pele voltada para o sul disponível para a coleta de radiação solar no inverno. [aquecimento] 176 Recintos: Organizações para Insolação 53 Uma INSOLAÇÃO PROFUNDA em edificações espessas depende de uma organização eficaz dos espaços, relacionando-os tanto horizontalmente (em planta) quanto verticalmente (em corte). [aquecimento] 178 Recintos: Luz Natural Através de Outro Recinto 54 A ILUMINAÇÃO NATURAL DE UM RECINTO ATRAVÉS DE OUTRO é possível quando pequenos espaços forem organizados adjacentes a espaços maiores ou mais altos. [iluminação natural] 181 Recintos: Zoneamento 55 ZONAS GERADORAS DE CALOR: podem ser criadas zonas dentro das edificações para o uso ou a rejeição das fontes de ganho térmico interno. [aquecimento e esfriamento] ZONAS DE ESTRATIFICAÇÃO: podem ser criadas zonas em níveis diferentes dentro das edificações para aproveitar a estratificação de temperaturas. [aquecimento e esfriamento] ZONAS DE TRANSIÇÃO TÉRMICA: os recintos que podem tolerar oscilações de temperatura podem ser localizados entre os espaços protegidos e o calor ou frio indesejável. [aquecimento e esfriamento] ZONAS DE ILUMINAÇÃO NATURAL: o layout dos recintos dentro de uma edificação pode ser feito de forma que as atividades que exigem níveis de iluminação superiores estejam próximas às janelas, enquanto aquelas que não requerem tanta luz estejam mais distantes das fontes de luz natural. [iluminação natural] 189 Recintos: Orientação 59 RECINTOS VOLTADOS PARA O SOL E O VENTO aumentam a eficiência do aquecimento solar e da ventilação cruzada. [aquecimento e esfriamento] 190 Recintos: Forma e Fechamento 60 RECINTOS DE GANHO TÉRMICO DIRETO são abertos para coletar o sol e podem armazenar calor dentro de um espaço. [aquecimento] JARDINS-DE-INVERNO podem ser usados para coletar o calor do sol, acumulá-lo em um local central e distribuí-lo a outros recintos. [aquecimento] PAREDES DE ACUMULAÇÃO coletam e acumulam calor solar na periferia de um recinto. [aquecimento] As COBERTURAS DE ÁGUA coletam e acumulam calor e frio sobre o teto de um recinto. [aquecimento e esfriamento] PAREDES E COBERTURAS DE COLETA TÉRMICA captam o calor solar na periferia de um recinto em uma camada de ar, que leva o calor até a armazenagem na estrutura da edificação. [aquecimento] A VENTILAÇÃO CRUZADA através dos recintos é incrementada com o uso de grandes aberturas nos lados de pressão e sucção dos ventos. [esfriamento] 205

5 SUMÁRIO A VENTILAÇÃO POR EFEITO CHAMINÉ através dos recintos é incrementada com o aumento da distância entre as aberturas altas e as baixas. [esfriamento] Os COLETORES DE VENTO podem capturar as brisas acima do nível da cobertura nas edificações cujas janelas têm pouco acesso à ventilação. [esfriamento] MASSAS DE ESFRIAMENTO NOTURNO: massas térmicas podem ser usadas para absorver o calor de um recinto durante o dia e então ser esfriadas pela ventilação noturna. [esfriamento] TORRES DE ESFRIAMENTO POR EVAPORAÇÃO podem fornecer ar frio aos recintos sem a necessidade de ventiladores ou vento. [esfriamento] Um ÁTRIO ou um poço de iluminação interno pode fornecer luz natural aos recintos adjacentes. [iluminação natural] 220 Recintos: Dimensões 71 A PROFUNDIDADE DOS RECINTOS COM ILUMINAÇÃO NATURAL deve ser inferior a 2,5 vezes a altura do piso até as vergas, para manter um nível mínimo de iluminação e uma distribuição uniforme da luz. [iluminação natural] 224 Recintos: Taludes 72 O CONDICIONAMENTO TÉRMICO PASSIVO POR TALUDES pode ser usado para proteger edificações dos extremos de calor e frio e para obter-se uma fração da carga de esfriamento. [aquecimento e esfriamento] 226 Recintos: Cinturões de Água 73 CINTURÕES DE ÁGUA podem ser formados para esfriar brisas que ingressam em uma edificação. [esfriamento] 229 Pátios Internos: Dimensões, Forma e Orientação 74 PÁTIOS INTERNOS BEM VENTILADOS devem ser baixos, largos e permeáveis, enquanto PÁTIOS INTERNOS POUCO VENTILADOS devem ser fechados e ter altura suficiente para barrar o vento, mas ser bastante largos para receber o sol. [aquecimento e esfriamento] 230 Pátios Internos: Dimensões e Forma 75 PÁTIOS INTERNOS BEM SOMBREADOS são altos e estreitos e podem ser usados como acumuladores de ar frio. [esfriamento] 233 C Componentes construtivos 236 Paredes, Coberturas e Pisos: Dimensões 76 A ESPESSURA DA PELE de uma edificação deve ser suficiente para acomodar o isolamento térmico necessário. [aquecimento e esfriamento] 237 Paredes, Coberturas e Pisos: Absortância 77 A ABSORTÂNCIA SUPERFICIAL DE MASSAS para armazenagem térmica interna deve ser alta, para absorver a radiação, enquanto as superfícies sem grande massa devem ser refletivas para redirecionar a radiação até as massas. [aquecimento] 241 Paredes, Coberturas e Pisos: Cores 78 As SUPERFÍCIES DE REFLEXÃO DA LUZ NATURAL em cores claras aumentam os níveis de iluminação dos espaços. [iluminação natural] As CORES DAS SUPERFÍCIES EXTERNAS devem ser escuras nos climas frios, para absorver a radiação, e claras nos climas quentes, para refleti-la. [aquecimento e esfriamento] 243 Coberturas e Paredes: Dimensões e Orientação 80 PAREDES E TELHADOS FOTOVOLTAICOS devem ser orientados para coletar o sol e ser dimensionados para atender a carga elétrica da edificação. [energia elétrica] 245 Coberturas e Paredes: Materiais 81 Os MATERIAIS PARA SEGUNDA PELE devem ser selecionados para refletir o ganho térmico solar e evitar a transmissão de calor à camada interna. [esfriamento] 248 Coberturas e Paredes: Forma e Materiais 82 As coberturas e as paredes podem ser usadas como REFLETORES SOLARES para aumentar a radiação solar que ingressa através das vidraças para coleta solar. [aquecimento] 251 Paredes e Pisos: Dimensões e Materiais 83 As superfícies das MASSAS TÉRMICAS devem ter área e espessura suficientes para armazenar calor e frio adequados. [aquecimento e esfriamento] 253 Paredes e Janelas: Forma e Cor 84 BAIXOS CONTRASTES entre as molduras das janelas e as paredes adjacentes reduzirão o ofuscamento e melhorarão a visibilidade. [iluminação natural] 255

6 20 SUMÁRIO Coberturas e Janelas: Forma 85 POÇOS DE LUZ DE CLARABÓIAS devem ter formas adequadas à distribuição da luz natural nos ambientes. [iluminação natural] 256 Coberturas: Dimensões e Orientação 86 Os SISTEMAS DE AQUECIMENTO DE ÁGUA POR ENERGIA SOLAR exigem telhados com tamanho suficiente, além de inclinação e orientação para a coleta de sol. [energia elétrica] 257 Paredes: Dimensões e Materiais 87 PAREDES DE COLETA E AQUECIMENTO DE AR ensolaradas podem pré-aquecer o ar quente usado para ventilação. [aquecimento] O ISOLAMENTO TÉRMICO EXTERNO à massa de paredes permite que a massa possa armazenar o calor oriundo do recinto e estabilizar a temperatura do ar interior. [aquecimento e esfriamento] 262 Janelas: Localização e Orientação 89 A ventilação, a iluminação natural e o ganho solar podem ser resolvidos através de ABERTURAS COM FUNÇÕES ESPECÍFICAS OU MÚLTIPLAS. [aquecimento, esfriamento e iluminação natural] A DISTRIBUIÇÃO DAS ABERTURAS DE VENTILAÇÃO pode ser otimizada para aumentar o nível de ventilação cruzada em um recinto e circular o ar entre os usuários, aumentando sua taxa de esfriamento. [esfriamento] 265 Janelas: Dimensões e Orientação 91 JANELAS BEM DISTRIBUÍDAS podem reduzir as perdas térmicas no inverno. [aquecimento] A LUZ NATURAL REFLETIDA pode ser usada para a iluminação natural em climas com céu claro. [iluminação natural] 268 Janelas: Dimensões 93 As ABERTURAS PARA INSOLAÇÃO podem ser ampliadas para aumentar o percentual da necessidade de aquecimento anual provido pela energia solar. [aquecimento] As ABERTURAS PARA ILUMINAÇÃO NATURAL podem ser ampliadas para aumentar os níveis de iluminação interior. [iluminação natural] A área de JANELAS COM CÂMARA-DE-AR usadas para temperar o ar fresco para ventilação ou recuperar o calor através da exaustão de ar pode ser dimensionada para atender à carga de ventilação. [aquecimento e esfriamento] 277 Janelas: Camadas 96 PRATELEIRAS DE LUZ podem ser usadas para sombrear as janelas para visibilidade externa, distribuir a luz de forma uniforme e reduzir o ofuscamento. [esfriamento e iluminação natural] Uma camada de ISOLAMENTO MÓVEL pode ser colocada nas janelas, para reduzir a perda térmica noturna. [aquecimento] BRISES DE AUMENTO DA LUZ NATURAL podem proteger as janelas dos ganhos térmicos solares e, ao mesmo tempo, preservar a visibilidade celeste e reduzir o ofuscamento. [esfriamento e iluminação natural] Uma camada de PROTEÇÃO SOLAR EXTERNA pode sombrear as vidraças e reduzir os ganhos térmicos solares. [esfriamento e iluminação natural] Uma camada de PROTEÇÃO SOLAR INTERNA atrás da janela ou separando as chapas de vidro pode reduzir os ganhos térmicos solares. [esfriamento] 293 Janelas: Materiais 101 Os TIPOS DE JANELA E DE VIDRO podem ser selecionados visando equilibrar as preocupações com iluminação natural, ganho térmico solar e sombreamento de verão. [aquecimento, esfriamento e iluminação natural] 295 PARTE III ESTRATÉGIAS PARA COMPLEMENTAÇÃO DE SISTEMAS PASSIVOS 299 Iluminação Elétrica: Tarefas Visuais 102 Pode-se usar a ILUMINAÇÃO ELÉTRICA SOBRE O PLANO DE TRABALHO para altos níveis de iluminação localizada e a iluminação natural para a iluminação ambiente. [iluminação natural] 301

7 SUMÁRIO 21 Iluminação Elétrica: Faixas 103 As ZONAS DE ILUMINAÇÃO ELÉTRICA podem ser dispostas paralelamente ao plano da janela, para que fileiras individuais de lâmpadas possam ser ligadas quando houver necessidade. [iluminação natural] 302 Armazenagem de Calor e Frio: Massas Térmicas Distantes 104 TANQUES DE PEDRAS em locais afastados do espaço ocupado podem ser usados para aumentar o calor e o frio que pode ser eficazmente armazenado. [aquecimento e esfriamento] 304 Ventiladores: Auxílio à Ventilação Noturna 105 A VENTILAÇÃO MECÂNICA DE MASSAS pode ser empregada para garantir a circulação apropriada do ar, passando pela armazenagem térmica da edificação e, portanto, melhorando seu potencial de esfriamento. [esfriamento] 307 Ventiladores: Auxílio à Ventilação Natural 106 A VENTILAÇÃO MECÂNICA DOS ESPAÇOS pode ser empregada para esfriar a edificação e as pessoas durante os horários em que a ventilação natural for insuficiente. [esfriamento] 309 Transferência de Calor e Frio: Sistemas de Distribuição 107 DUTOS E PLENOS podem ser usados para deslocar o calor até partes mais frias e para esfriar as partes quentes da edificação. [aquecimento e esfriamento] 311 Ventilação para Renovação do Ar: Pré-Aquecimento, Pré-Esfriamento e Recuperação de Calor 108 ZONAS DE TRANSIÇÃO TÉRMICA PASSIVA podem temperar o ar fresco para ventilação antes que entre no espaço ocupado, e TROCADORES DE CALOR AR AR podem ser usados para recuperar calor e frio do ar da ventilação. [aquecimento e esfriamento] 313 Ventilação para Renovação do Ar: Esfriamento com o Solo 109 TROCADORES DE CALOR TERRA-AR podem temperar o ar da ventilação durante todas as estações e auxiliar no esfriamento da edificação, no verão. [aquecimento e esfriamento] 314 APÊNDICES 315 A Dados Climáticos por Latitude/Cidade 316 B Dados Climáticos Complementares 352 C Abreviaturas e Tabela de Conversão de Unidades 363 GLOSSÁRIO 365 BIBLIOGRAFIA 373 ÍNDICES 385 Índice Geral 386 Índice de Edificações 403 Índice de Arquitetos 407 Índice de Ferramentas de Projeto: Tabelas, Gráficos e Regras Práticas 410