Espacios. Vol. 36 (Nº 21) Año 2015. Pág. 6

Análise do desempenho de fachadas com vidro em edifícios de múltiplos pavimentos com exposição direta à radiação solar

Analysis of performance of wall of glass in building of multiple floor with exposure direct to solar radiation

Francisco Alberto Costa SANTOS 1; Wilza Gomes Reis LOPES 2; Ana Lúcia Ribeiro Camilo da SILVEIRA 3

Recibido: 05/07/15 • Aprobado: 23/08/2015

Contenido

1. Introdução

2. Revisão bibliográfica

3. Metodologia

4. Resultados e discussão

5. Conclusões

Referências

1. Introdução

O desenvolvimento sustentável e a busca de eficiência energética deparam-se com duas vertentes. A primeira diz respeito às inovações tecnológicas e a segunda, a mudanças nos padrões de consumo. O crescimento populacional, aliado às novas necessidades e novos hábitos de consumo da sociedade contemporânea, tem contribuído para aumentar a demanda por energia.

A partir das necessidades e novos hábitos de consumo da sociedade contemporânea têm surgido no mercado novos aparelhos eletrônicos e eletrodomésticos que, aliados ao desperdício e a falta de eficiência dos equipamentos, acarretam o maior consumo de energia, contribuindo para a crise no setor energético. Para Lucon e Goldemberg (2009, p. 121), as bases para reorganização deste setor são "a eficiência, a maior participação das fontes renováveis e a descentralização da produção de energia".

O desempenho térmico de uma edificação, segundo Nayak, Hazra e Prajapati (1999), se refere ao processo físico de transferência de energia entre o edifício e seu entorno, dependendo de vários fatores como orientação da edificação, dispositivos de sombreamento, WWR (Window Wall Ratio, razão entre área de janela e área de fachada), cor dos revestimentos e propriedades dos materiais.

Dentre os elementos de sua envoltória, os vidros representam um dos materiais com maior possibilidade de ganho de calor para o interior dos ambientes, através da incidência da radiação solar direta, difusa e a refletida pelo entorno.

Neste sentido, Corbella e Yannas (2003, p. 44) afirmam que em paredes com utilização de vidro, "[...] a condução de calor será muito rápida e, ainda mais, o sol penetrando diretamente no cômodo fará com que a temperatura do ar se eleve imediatamente no interior, e aumente ainda mais pelo efeito estufa".

Para os edifícios, o aumento ou diminuição da carga térmica deve ser estimado permitindo que a seleção dos equipamentos, no caso de climatização por meios mecânicos, possa ser feita corretamente. O projeto arquitetônico deve se adequar ainda a cada situação climática e latitude.

Segundo Santos (2002, p. 82), "[...] um mesmo projeto de edificação em locais diferentes pode provocar aumento de até 80% da demanda de energia elétrica, quando se compara Belém e Porto Alegre por exemplo". Isso ocorre porque a insolação e as temperaturas médias anuais diferem muito entre si. Algumas medidas adotadas para minimizar o fluxo térmico, segundo Batista (2006), são a proteção contra radiação solar, orientação das superfícies externas e emprego de iluminação natural.

Para se alcançar o bom desempenho ambiental e eficiência energética das edificações, de acordo com Gonçalves e Duarte (2006, p. 54), "no projeto devem ser consideradas estratégias de ventilação natural, reflexão da radiação solar direta, sombreamento, resfriamento evaporativo, isolamento térmico, inércia térmica e aquecimento passivo".

Na visão de Lamberts, Dutra e Pereira (2004), mais conhecimento sobre eficiência energética na arquitetura, pelos arquitetos e engenheiros, possibilitaria a redução do consumo energético nas construções.

A Revolução Industrial trouxe uma nova gama de materiais onde aço e concreto armado se antepõem à tradição das contruções em alvenaria, predominantes até o século XIX, que persistiu até a Segunda Guerra Mundial. Desse ponto em diante, grandes transformações sociais, econômicas e técnicas mudaram o quadro da arquitetura radicalmente.

O formalismo clean de Mies van der Rohe, com suas cortinas de vidro, foi seguido por várias gerações de arquitetos, internacionalizado de forma indiscriminada e independente da latitude, clima e cultura, o que viria a ser, segundo Corbella e Yannas (2003), o "edifício estufa".

Uma das características da arquitetura moderna é a utilização de grandes fachadas translúcidas, independentemente da tipologia climática local. Na maioria das vezes, esse uso indiscriminado causa um sobreaquecimento das edificações, devido ao ganho excessivo de carga térmica decorrente da incidência da radiação solar. Desse sobreaquecimento duas conseqüências são imediatas: o desconforto dos usuários e a intensificação do consumo de energia elétrica para o condicionamento artificial do ambiente

A cidade de Teresina, capital do estado do Piauí, Brasil, está próxima à linha do Equador, a 5°5' de latitude sul e a 42°49' de longitude oeste, com altitude média de 70 m. O clima da cidade é classificado segundo Köppen (apud Silveira, 2007), como tropical chuvoso (Aw), caracterizado por dois períodos distintos: o período quente úmido que vai de janeiro a maio e o período quente seco, de julho a novembro. Devido à sua baixa latitude, recebe forte radiação solar e que se traduz em altas temperaturas com média anual de 27,8 °C e umidade relativa média anual de 70% (SILVEIRA, 2007).

A tipologia das edificações segue os padrões internacionais, adotando grandes áreas envidraçadas sem quaisquer tipos de proteção evidenciando uma preocupação maior com aspectos estéticos e formais, desconsiderando, muitas vezes, as características climáticas e os parâmetros de conforto para regiões de clima quente.

O desempenho térmico de uma edificação se refere ao processo físico de transferência de energia entre o edifício e seu entorno. Dentre os elementos de sua envoltória, os vidros representam um dos materiais com maior possibilidade de ganho de calor para o interior dos ambientes, através da incidência da radiação solar direta, difusa e a refletida pelo entorno.

Neste trabalho é analisado o desempenho térmico de edificações múltiplos pavimentos com fachadas de vidro diretamente expostas à radiação solar na cidade de Teresina, verificando a relação entre o emprego de vidro nas fachadas e a variação da temperatura interna e a carga térmica, por meio de medições in loco e de simulações.

2. Revisão bibliográfica

A avaliação de desempenho térmico de uma edificação pode ser feita tanto na fase de projeto, quanto após a construção. Em relação à edificação construída, a avaliação pode ser feita através de medições in-loco de variáveis representativas do desempenho, enquanto que na fase de projeto esta avaliação pode ser feita por meio de simulação computacional ou através da verificação do cumprimento de diretrizes construtivas.

Vitruvius entendia a arquitetura como um espaço habitável que deveria equilibrar os aspectos estruturais, funcionais e formais. Os padrões de proporções e princípios de arquitetura - utilitas, venustas e firmitas (utilidade, beleza e solidez), formam as bases da Arquitetura Clásica (POLIÃO, 2002). Nos dias atuais, com o aumento da população nas cidades, mais um princípio deve ser considerado na produção da arquitetura, que se refere à sustentabilidade das construções.

Rogers (2001, p. 68) afirma que a busca do lucro pelas empresas direciona o projeto das construções, em detrimento do atendimento a parâmetros de sustentatibilidade, resultando em edifícios que são "verdadeiras estruturas que desperdiçam energia e são responsáveis pela metade do consumo anual de energia do mndo".

A demanda por energia, cada vez maior nas cidades, requer ações voltadas para o consumo racional nas edificações, buscando a eficiência energética, que é entendida como a obtenção de um serviço com baixo dispêndio de energia. Segundo Lamberts, Dutra e Pereira (2004), um edifíco é mais eficiente energicamente que outro, quando proporciona as mesmas condições ambientais com menor consumo de energia. Para Ghisi (1997), a eficiência energética representa a capacidade de transformação da menor quantidade de energia possível para a geração da máxima quantidade de trabalho.

Na análise de uma edificação de escritórios multipavimentos em Bahrain, Radhi (2008) identificou que 65% da eletricidade foram consumidas por sistemas de climatização, devido aos elevados ganhos externos e internos de calor da edificação. Esse elevado percentual de consumo deve-se a grandes áreas de fachadas envidraçadas, sem proteção do sol e dos efeitos da luminosidade do verão.

Valores semelhantes de consumo de energia foram demonstrados por Jinghua, Changzhi e Liwei (2008), ao estudarem edificações em Chongqing (cidade submetida ao verão quente e ao frio de inverno da China), onde os sistemas de condicionadores representam de 50% a 60% do uso de energia elétrica. O estudo conclui que a necessidade de meios mecânicos para atingir o conforto ambiental, cresce linearmente com o aumento da área envidraçada (Window Wall Ratio) nas edificações.

Segundo Omer (2008), o conforto dos ocupantes de uma edificação está condicionado a muitos parâmetros ambientais incluindo velocidade do ar, temperatura, umidade relativa, qualidade da iluminação e nível de ruído. O objetivo geral, é prover a edificação com um alto nível de desempenho (BP-building performance), que pode ser definido como qualidade ambiental interna (IEQ-indoor environmental quality), eficiência energética (EE- energy efficiency) e eficiência no custo (CE-cost efficiency), final da energia de uma edificação.

As janelas podem ser responsáveis por grande parte dos ganhos ou perdas de calor em edificações, contribuindo para aumentar o consumo de energia das edificações de forma significativa, quando suas dimensões não são cuidadosamente determinadas (GHISI, TINKER; IBRAHIM, 2005).

Santana e Ghisi (2009) apresentam confrontação entre as informações disponíveis na literatura e os resultados obtidos por meio de simulação computacional, utilizando o programa Visual DOE, concluindo que, em relação à geometria dos ambientes, as salas com menor profundidade, que são recomendadas para se obter melhor aproveitamento da iluminação, não se mostraram adequadas no quesito de eficiência energética. Áreas de janelas amplas têm que ser analisadas sob o ponto de vista dos ganhos de iluminação, mas considerando que essas grandes aberturas proporcionam maiores ganhos ou perdas de calor, acarretando maior consumo de energia nas edificações. Na pesquisa foi constatada a correlação entre consumo de energia e o inverso da profundidade dos ambientes, ou seja, salas mais profundas apresentam menor consumo de energia em edificações artificialmente condicionadas e com a integração da iluminação natural com a artificial.

Ordenes, Lamberts e Güths (2005, p. 2) referem-se à envolvente da edificação como responsável pela integração de "todos os elementos que separam os ambientes internos das condições climáticas externas (paredes, janelas, telhado e piso). Ela funciona como uma espécie de filtro ou barreira em que ocorrem trocas de energia térmica (calor), umidade e ar (infiltração e ventilação)".

O conforto térmico do ser humano é um parâmetro que exerce enorme influência em sua saúde e em seu rendimento. Para manter a temperatura interna do organismo relativamente constante nos mais diversos ambientes com variações de umidade e temperatura, este processo é feito através de seu aparelho termorregulador que processa e comanda a redução ou ganhos de calor através de seus mecanismos de controle (FROTA; SHIFFER, 2003).

Segundo Rivero (1986, p.14), em nosso entorno ocorrem processos contínuos de transmissão de calor e isso se deve ao produto da diferença de temperatura provocado por diversas fontes como radiação solar, o corpo humano e qualquer tipo de aparelho gerador de calor, destacando ainda que, "o calor não conhece barreiras e só é possível opor-lhe resistências de eficácia variável, mas nunca impedir totalmente sua transmissão".

A arquitetura, principalmente nas regiões predominantemente quentes do Brasil, pode contribuir de forma significativa para minimizar a diferença entre as temperaturas externas e internas (FROTA; SHIFFER, 2003).

Givoni (1997, p. 50) afirma que, o maior impacto da forma em relação à temperatura interna, é o efeito que a área das superfícies da envoltória tem com o percentual de troca de calor com o meio externo, ressaltando que, "o percentual da área do envelope (fachada) da edificação em relação ao volume ou área de piso, determina a exposição relativa da edificação em relação à radiação solar e, dessa forma, os efeitos no clima interno dos ambientes".

Para Frota e Shiffer (2003, p. 66),

[...] um desempenho térmico satisfatório da arquitetura, com utilização apenas de recursos naturais, pode não ser possível em condições climáticas muito rígidas. Mesmo nesses casos devem-se procurar propostas que maximizem o desempenho térmico natural, pois, assim, pode-se reduzir a potência necessária dos equipamentos de climatização, visto que a quantidade de calor a ser retirada ou fornecida ao ambiente resultará menor.

Nas épocas do ano cujas condições térmicas climáticas não sejam tão severas, há a possibilidade de não ser preciso o uso contínuo desses equipamentos.

A forma e função na arquitetura são variáveis intrínsecas e originam-se desde a concepção dos espaços, a partir do programa de necessidades, ponto de partida da criação do projeto arquitetônico. O aspecto formal da arquitetura exerce grande influência no desempenho térmico e conforto dos ambientes, considerando não só os aspectos mecânicos do envelope da edificação, mas a orientação de suas fachadas, considerações sobre latitude e características climáticas do sítio onde será implantado.

3. Metodologia

3.1. Medições de temperatura e umidade relativa do ar

Para realizar as medições de variáveis climáticas foram selecionadas duas edificações, usando-se como critério, que possuíssem área de janela – WWR (Window Wall Ratio) entre 80% e 100% de emprego de vidro, e cujas aberturas não apresentassem quaisquer tipos de elementos de proteção solar, voltadas para a mesma orientação. Foram selecionados o prédio do INSS (Instituto Nacional do Seguro Social), com WWR de 100% (E100) e o prédio comercial Pintos Magazine, com WWR de 80% (E80), ambos localizados na zona central da cidade de Teresina, Piauí, com dez pavimentos e com as fachadas principais voltadas para a direção nordeste (Figura 1).

Figura 1. Situação das Edificações 1 e 2.

A vedação da fachada do edifício E100 (WWR de 100%) é de vidro de 4 mm incolor, com 1/3 do vão da janela, jateado na parte inferior, na altura de peitoril (Figura 2). O vidro tem aplicação de filme fumê acima do peitoril, apresentando desbotamento e aproximadamente 30% dessa película está desagregada da superfície.

A fachada da edificação E80 (WWR de 80%) é com vidro de 4 mm incolor e 20% da área de janela (peitoril) é em alvenaria rebocada e pintura na cor clara (Figura 3).

Foi definido o terceiro pavimento para a realização das medições. Para cada edificação pesquisada, foram selecionadas duas salas equidistantes das extremidades, com corredor central, cujo envoltório dos ambientes não recebia radiação solar direta ou ganhos de calor por condução nas paredes laterais e posterior à fachada principal. Dessa forma, foi possível direcionar as medições e avaliação térmica dos ganhos de calor nas fachadas diretamente expostas à incidência de radiação solar.

Na Planta Baixa Esquemática (Figura 4) estão indicadas as salas pesquisadas da Edificação E100 e na Planta Baixa Esquemática (Figura 5), as salas pesquisadas da Edificação E80. Estes ambientes permaneceram fechados e sem ventilação natural durante a realização das medições de temperatura e de umidade relativa do ar

Figura 4. Planta baixa do terceiro pavimento do edifício E100 (WWR=100%), com indicação das salas pesquisadas

Fonte: Adaptado pelo autor.

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Figura 5. Planta baixa do terceiro pavimento do edifício E80 (WWR=80%), com indicação das salas pesquisadas.

Fonte: Adaptado pelo autor.

Para a coleta das variáveis climáticas foram utilizados Registradores, da marca Testo, modelos 175 H2 (Tolerância: Temperatura ± 0,5 °C UR ± 3%) e 177 H1 (Tolerância: Temperatura ± 0,5 °C  UR ± 2%). Com uso de adaptador os dados foram transferidos ao computador, por meio do programa Testo Comfort V 3.2. Os equipamentos de medição foram fixados na parede lateral direita (Sudeste-135°), afastados 2,50 m da janela e a 2,10 m de altura. 

As medições de temperatura e de umidade relativa do ar foram realizadas nos períodos entre 11 e 14 de setembro de 2009 e entre 23 e 26 de setembro de 2009, com medições contínuas de 24 h, em quatro dias consecutivos e com intervalo de 15 minutos entre as medições. Os Registradores foram programados previamente para início e término das coletas de dados às 08h00min, com 192 horas totais de medições.

3.2 Simulações de temperatura e fluxo térmico

Após as coletas de dados de temperatura e umidade relativa, procedeu-se à avaliação dos resultados e posterior simulação de várias situações de WWR. As simulações foram realizadas com o programa Arquitrop 3.0 para determinar a temperatura interna e fluxo térmico, considerando vidro simples de 4 mm incolor sem proteção solar e vidro de 4 mm de média reflexão, conduzidas a partir de um ambiente com dimensões semelhantes às encontradas nas edificações pesquisadas, com 4.20 x 6.70 m e fachada com orientação Nordeste (45°).

Foram consideradas as variações de WWR de 100, 80, e 40% da superfície das janelas considerando o dia típico 15 de outubro para o período quente-seco.

Para o desenvolvimento das simulações, foram considerados os parâmetros solicitados pelo programa Arquitrop 3.0, descritos a seguir:

1. Vidro simples incolor de 4 mm sem proteção solar (fator solar 0.86;
2. Vidro simples de 4 mm de média reflexão(fator solar 0.51);
3. Pé-direito – 3,00 m;
4. Luminárias – 160 W;
5. Área de janela – variando de acordo com o percentual de WWR;
6. Piso – laje horizontal mista;
7. Cobertura – laje horizontal mista;
8. Paredes – tijolo cerâmico de seis furos, rebocados e com espessura de 0,13 m;
9. Para todas as simulações, segundo Lamberts, Dutra e Pereira (2004), considerou-se um volume de infiltração de 10% do volume total de ar do ambiente a cada hora (N=8,44);
10. Dia típico - 15 de Outubro (período quente seco);
11. Para o dia típico do período foi considerado os dados da Tabela 1.

(1) Temp. Máxima Absoluta; (2) Temp. Mínima Absoluta; (3) Amplitude Absoluta; (4) Temp. Média; (5) Média Temp. Máxima; (6) Média Temp. Mínima; (7) Amplitude Média; (8) Umidade Relativa Média; (9) Precipitação (mm); (10) Nebulosidade Média; (11) Direção do Vento Dominante; (12) Velocidade do Vento (m/s).

Fonte: Ministério da Agricultura e Reforma Agrária: Departamento Nacional de Meteorologia, Brasília 1992; SILVEIRA, 1999.

4. Resultados e discussão

4.1 Resultados das medições no período quente-seco

4.1.1 Edificação E100 com WWR=100%

Nos horários de ocupação dessas salas, de 08h00min a 18h00min, as temperaturas permanecem superiores a 29 °C, se estendendo até as 24h00min de todos os dias pesquisados.

Observa-se, ainda, que valores menores que 29 °C, só foram registrados entre 00h00min e 06h00min do dia 12de setembro de 2009 e de 02h00min e 06h00min nos dias 13 e 14 de setembro de 2009 (Figura 7).

Figura 7. Gráfico Comparativo de temperatura das salas edificação E100, no período quente-seco, para os dias 11/09/2009 a 14/09/2009.

As duas salas estudadas apresentam valores muito semelhantes de umidade relativa do ar. As máximas foram registradas entre as 00h00min e 06h00min nos dias 13 e 14 de setembro de 2009, variando de 70,8 a 71,6 % (Figura 8).

No dia 11 de setembro de 2009, registrou-se a mínima de 25,6%, no dia 12 de setembro de 2009, a umidade relativa do ar foi de 37,50 %, todos esses resultados ocorrendo às 16h00min (Figura 8).

Figura 8. Gráfico Comparativo de umidade relativa das salas da edificação E100, no período quente-seco, para os dias 11/09/2009 a 14/09/2009

4.1.2 Edificação E80, com WWR de 80%

Na análise comparativa de temperatura do ar nas duas salas estudadas da edificação E80, comWWR=80%, os valores registrados apresentaram temperatura máxima de 33,20 °C, no dia 23 de setembro de 2009 e 34 °C, no dia 24 de setembro de 2009, observado às 16h00min (Figura 9). A menor temperatura registrada foi de 28,8 °C, às 06h00min do dia 26 de setembro de 2009.

Com duas horas de incidência de radiação solar nas fachadas, as temperaturas internas nos ambientes permanecem maiores que 29 °C, a partir das 10h00min do primeiro dia de coleta e durante todos os dias de ocupação, inclusive no período noturno, estendendo-se até as 05h00min do dia 26 de setembro de 2009.

Figura 9 Gráfico Comparativo de temperatura das salas da edificação E80, no período quente-seco, para os dias 23/09/2009 a 26/09/2009.

Os valores de umidade relativa do ar, nas duas salas da edificação E80 (WWR=80%), foram muito semelhantes neste período. Os valores máximos registrados ocorreram entre 02h00min e 06h00min, no dia 24 de setembro de 2009 com 64,1% e, no dia 26 de setembro de 2009 com 65,90%, de umidade relativa do ar (Figura 10).

Figura 10. Gráfico Comparativo de UR das salas da edificação E80, no período quente-seco, para os dias 23/09/2009 a 26/09/2009.

O menor valor registrado, de 36,3%, ocorreu às 16h00min do dia 24 de setembro de 2009 e, a média de umidade relativa do ar nos dois ambientes foi de 52,3%.

4.1.3 Resultado comparativo das medições realizadas no período quente-seco

Nas salas onde foram realizadas as medições, no edifício E100, com WWR=100% e no edifício E80, com WWR=80%, constatou-se que os ambientes não apresentaram em nenhum momento dos horários de ocupação, de 08h00min a 18h00min, temperaturas menores ou iguais a 29 °C, compatível com o índice de conforto térmico recomendado por Givoni (1997), para países de clima quente.

Essa situação está diretamente relacionada com o maior ganho de calor para o interior dos ambientes, através das áreas de janelas envidraçadas dos ambientes pesquisados, pela, incidência da radiação solar direta, difusa e a refletida pelo entorno.

As temperaturas máximas registradas foram de 34,6 °C na edificação E100 (WWR=100%) e de 33,20 °C na edificação E80 (WWR=80%). Observou-se ainda que, a diferença entre as temperaturas máximas nos dois prédios foi de apenas 1,4 °C.

Considerando que, a edificação E80, apresentando menos 20% de WWR, em relação ao à edificação E100, a diferença entre as temperaturas máximas foi de apenas 4%. Este resultado está relacionado com a presença de película de proteção nas janelas da edificação E100 (WWR=100%), que, mesmo apresentando em torno de 30% dessa película desagregada das superfícies das janelas, contribuiu para a constatação desse resultado.

Na tabela 2 estão apresentados os valores mínimos e máximos de temperatura e de umidade relativa do ar para as edificações com WWR = 100% (E100) e WWR=80% (E80).

Tabela 2 - Valores mínimos e máximos de temperatura e de umidade relativa do ar
para as edificações com WWR = 100% (E100) e WWR=80% (E80)

Foi observado que o maior valor de temperatura máxima do ar foi registrado na Edificação E100 (WWR de 100%), no período quente-seco (34,55 oC).

Os menores valores de umidade mínima do ar, também foram encontrados na Edificação E100 (WWR de 100% apresentando 26, 40% no período quente-seco, enquanto que na Edificação E80 (WWR de 80%) foram encontrados valores de 39,25%, referente à umidade mínima do ar, para o período quente-seco.

4.2 Simulações computacionais

A seguir, são apresentados os resultados das simulações para a fachada Nordeste com variação de WWR=100%, WWR=80% e WWR=40% [4], sem proteção solar e com vidro de média reflexão.

4.2.1 Simulações para WWR=100%

A distribuição de fluxo térmico no ambiente no período quente-seco, 15 de outubro (vidro sem proteção), foi de 2750 (W/h), com temperaturas maiores que 29 °C entre 09h00min e 22h00min (Figura 11).

Figura 11. Simulação de Temperatura e Fluxo Térmico para WWR=100% sem proteção solar. Fachada NE - 15 de Out.

Fonte: Arquitrop 3.0.

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Figura 12. Simulação de Temperatura e Fluxo Térmico para WWR=100% com vidro de média reflexão.  Fachada NE  - 15 de  Out.

Fonte: Arquitrop 3.0.

A distribuição de fluxo térmico no ambiente no período quente-seco, 15 de outubro (vidro de média reflexão), foi de 2000 (W/h), com temperaturas maiores que 29 °C entre 09h00min e 22h00min (Figura 12).

4.2.2 Simulações para WWR=80%

Figura 13. Simulação de Temperatura e Fluxo Térmico para WWR=80% sem proteção solar.

Fachada NE - 15 de Out. Fonte: Arquitrop 3.0.

A distribuição de fluxo térmico no ambiente no período quente-seco, 15 de outubro (vidro sem proteção), foi de 2250 (W/h), com temperaturas maiores que 29 °C entre 09h00min e 22h00min (Figura 13).

Figura 14. Simulação de Temperatura e Fluxo Térmico para WWR=80% vidro de média reflexão.

A distribuição de fluxo térmico no ambiente no período quente-seco, 15 de outubro (vidro de média reflexão), foi de 1600 (W/h), com temperaturas maiores que 29 °C entre 09h30min e 20h00min (Figura 14).

4.2.3 Simulações para WWR=40%

Figura 15. Simulação de Temperatura e Fluxo Térmico para WWR=40% sem proteção solar.

Fachada NE - 15 de Out. Fonte: Arquitrop 3.0.

A distribuição de fluxo térmico no ambiente no período quente-seco, 15 de outubro (vidro sem proteção solar), foi de 1125 (W/h), com temperaturas maiores que 29 °C entre 09h30min e 22h00min (Figura 15).

Figura 16. Simulação de Temperatura e Fluxo Térmico para WWR=40% vidro de média reflexão. Fachada NE - 15 de Out.

Fonte: Arquitrop 3.0.

A distribuição de fluxo térmico no ambiente no período quente-seco, 15 de outubro (vidro de média reflexão), foi de 850 (W/h), com temperaturas maiores que 29 °C entre 09h30min e 22h00min (Figura 16)

Segundo Rosa e Lomardo (2004), para um percentual de área de janela de 30%, foi encontrado menor consumo de energia e aproveitamento de luz natural, sendo possível com essa proporção de WWR, reduzir o consumo de energia em até 13,4%.

Nos cálculos apresentados por Santana e Ghisi (2009), a variação de consumo a partir de WWR=10% para WWR=100%, há incremento de consumo de energia de 20,4%.

Para Gómez e Lamberts (1995), na variação de WWR=70% para WWR=30%, o consumo de energia elétrica reduziu de 15% para 25%.

Mascarenhas et al. (1995, p 426) verificaram a "tendência das edificações envidraçadas terem um desempenho energético relativamente mais baixo, onde seus valores médios são em torno de 50% mais elevados que as média das demais edificações".

Comparando-se os resultados de WWR=100% com WWR=40% e, tomando como base de comparação os maiores valores de fluxo térmico, observaram-se os seguintes resultados, descritos a seguir:

Coma variação de WWR=100% com 2750 (W/h),  para WWR=40% com 1125 (W/h) e vidro sem proteção solar, obteve-se um ganho de 40,9%, representando uma redução da carga térmica em 1625 W/h. Na simulação com vidro de média reflexão, WWW=100% verificou-se um fluxo térmico de  2000 (W/h),  e de 850 (W/h) para WWR=40%, com uma redução de 42,5%. São valores significativos, principalmente quando se adota o percentual de WWR=40%

Constatou-se, ainda que, através dos gráficos de distribuição de fluxo térmico (Watt) no ambiente, que a carga térmica proveniente do vidro é a principal responsável pelas altas temperaturas internas.

Para o período considerado quente-seco, este efeito foi representado pela equação: y =26,375x + 72,5 (R2=0,999); Figura 17). Assim, os valores intermediários das faixas estudadas de WWR, podem ser obtidos para cada unidade de abertura das janelas substituindo-se x pela área de janela desejada.

Figura 17. Gráfico dos Fluxos térmicos.

Período quente-seco. Fachada Nordeste (45°).

5. Conclusões

Após análise dos dados das medições realizadas nos períodos quente-úmido e quente-seco nas edificações E100 (WWR de 100%) e E80 (WWR de 80%), foi observado que em nenhum momento dos horários de ocupação, de 08h00min a 18h00min, os ambientes apresentaram temperaturas menores ou iguais a 29 °C.

Foi constatado que, quanto maior a área de abertura com uso de vidro mais altos são os valores de temperatura máxima interna do ar e, menores os valores mínimos de umidade relativa do ar, no período quente-seco, para o tipo de vidro estudado.

A partir da avaliação térmica das edificações pesquisadas, foi demonstrado que áreas de janela com WWR=80% e WWR=100%, com a orientação Nordeste (45°), apresentaram temperaturas superiores a 29 °C, em todos os ambientes pesquisados, no período quente-seco, valor mínimo recomendado para o nível de conforto em países de clima quente, situação da cidade de Teresina. Dessa forma, a ocupação dos ambientes pesquisados, necessitaria de meios mecânicos de climatização, para se adequarem aos parâmetros de conforto térmico.

Conclui-se, ainda, que essas aberturas de vidro por não terem quaisquer tipos de proteção externas ou internas, tais como, brises, varandas, platibandas, cortinas ou persianas, são o maior vetor de ganho térmico nos ambientes e que ocorrem através da incidência de radiação solar direta nos ambientes, através das janelas de vidro.

Nas simulações computacionais com o programa Arquitrop e considerando o maior valor de fluxo térmico, aberturas com WWR=40% apresentaram os menores fluxos térmicos para os dois tipos de vidros.

Evidencia-se, dessa forma, a importância da orientação das fachadas e do percentual de área de janelas, como ponderações projetuais visando o desempenho térmico e conforto ambiental, considerando as características climáticas e latitude de Teresina.

Soluções com emprego de vidros de média reflexão adotado nas simulações, podem minimizar o problema e privilegiar o conforto e eficiência energética.

Recomenda-se aos projetistas focarem suas atenções nos dimensionamentos das áreas de janelas, orientação das fachadas e as várias possibilidades de sombreamento das aberturas envidraçadas e diretamente expostas à radiação solar.

Com postura projetual subsidiada por informações técnicas de orientação, clima, latitude e propriedade térmica dos materiais, o arquiteto poderá, dessa forma, desenvolver projetos com liberdade de criação, contribuindo para que a sociedade possa viver em ambiente mais sustentável, usufruindo de edificações com melhor desempenho e conforto térmico.

Referências

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1. Arquiteto, Mestre em Desenvolvimento e Meio Ambiente, Universidade Federal do Piauí – UFPI – Brasil. E-mail: falberto_santos@hotmail.com

2. Arquiteta, Doutora, Professora do Departamento de Construção Civil e Arquitetura e do Mestrado e Doutorado em Desenvolvimento e Meio Ambiente da Universidade Federal do Piauí – UFPI, Brasil E-mail: izalopes@uol.com.br

3. Arquiteta, Doutora, Professora do Departamento de Construção Civil e Arquitetura da Universidade Federal do Piauí – UFPI, Brasil E-mail: c_silveira@uol.com.br

4. Valores com WWR<40% não atende às exigências do Código de Obras da Prefeitura Municipal de Teresina, que estabelece área mínima de janela de 1/6 da área de piso. Para o ambiente simulado, a área mínima de janela exigida é de 4,69 m². Com WWR=40%, têm-se 4,72 m², valor que foi considerado limite para as simulações.