Thermal acoustic and luminous performance of envelopes in tropical humid areas: design process for t

1

UNIVERSIDADE PRESBITERIANA MACKENZIE

FERNANDA PEREIRA BATISTA

DESEMPENHO TERMO-ACÚSTICO E LUMÍNICO DE ENVOLTÓRIAS EM REGIÕES TROPICAIS ÚMIDAS: Processo de projeto para concepção de envoltórias bioclimáticas em edificações verticais

São Paulo 2016

2

FERNANDA PEREIRA BATISTA

DESEMPENHO TERMO-ACÚSTICO E LUMÍNICO DE ENVOLTÓRIAS EM REGIÕES TROPICAIS ÚMIDAS: Processo de projeto para concepção de envoltórias bioclimáticas em edificações verticais

Trabalho de Conclusão do Curso de Pósgraduação Latu Sensu apresentado à Universidade Presbiteriana Mackenzie para título de Especialista em Sustentabilidade das Edificações.

Orientador: Prof. Afonso Celso Vanoni de Castro Co-Orientador: Prof. Dra. Andrea Bazarian Vosgueritchian

São Paulo 2016

3

FERNANDA PEREIRA BATISTA

DESEMPENHO TERMO-ACÚSTICO E LUMÍNICO DE ENVOLTÓRIAS EM REGIÕES TROPICAIS ÚMIDAS: Processo de projeto para concepção de envoltórias bioclimáticas em edificações verticais

Trabalho de Conclusão do curso de Pósgraduação Latu Sensu apresentado à Universidade Presbiteriana Mackenzie para obtenção do título de Especialista em Sustentabilidade das Edificações.

Aprovado em __ / __ /__

____________________________________ Prof. Afonso Celso Vanoni de Castro (orientador) Universidade Presbiteriana Mackenzie

___________________________________ Banca Examinadora

4

AGRADECIMENTOS

À Deus, por me conceder a cada novo dia, força e coragem para seguir buscando realizar meus sonhos.

Ao meu pai, por ter me apoiado financeiramente e ter me concedido a oportunidade de realizar esse curso. À Prof. Dra. Andrea Bazarian pela co-orientação.

E a minha mãe por ter me dado à vida, e com ela a possibilidade de ver as coisas maravilhosas que existem no mundo.

5

RESUMO

Este trabalho é uma compilação de informações que visam analisar a importância do desempenho térmico, acústico e lumínico de envoltórias em regiões tropicais úmidas.

Através da descrição de um processo de projeto para concepção de envoltórias e fachadas bioclimáticas em edificações verticais objetiva-se contribuir para a elaboração de projetos nessas regiões a partir da consideração do contexto local nas estratégias projetuais. Por meio do discurso sobre a importância das fachadas e envoltórias como elemento construtivo são abordadas questões relativas ao caráter bioclimatico que deve ser impresso as edificações, as propriedades dos materiais construtivos e sua adequação ao contexto determinado pelas condicionantes bioclimáticas do local de interesse. E finalmente o papel do arquiteto na criação de edifícios que respondam aos desafios ambientais da atualidade através de projetos eficientes que proporcionem transformação no cenário das cidades e impulsionem a avanço tecnológico através da inovação.

Palavras-chave: Envoltória. Fachada. Desempenho. Edificação.

6

ABSTRACT

This work is a compilation of information that aims to analyze the importance of the thermal, acoustic and luminous performance of envelopes in tropical humid regions.

Through the description of a design process for the conception of bioclimatic envelopes and façades in vertical buildings, it is aimed to contribute to the design of projects in these regions based on the consideration of the local context in the design strategies.

By the discourse on the importance of facades and envelopes as a constructive element questions are approached regarding the bioclimatic character that must be imprinted to the buildings, the properties of building materials and their suitability to the context determined by the bioclimatic conditioners of the place of interest. Finally, the role of the architect in the creation of buildings that address the current environmental challenges through efficient projects that provide transformation to the cities scenarios and promote the technological progress through innovation.

Key words: Envelope. Facade. Performance. Building.

7

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

Figura 1 – Armoury Tower.................................................................................20 Figura 2 – Centro Cultural no Azerbaijão ..........................................................22 Figura 3 – Zoneamento Climático brasileiro ......................................................25 Figura 4 – Zoneamento Bioclimático brasileiro .................................................26 Figura 5 – Carta Bioclimática ............................................................................27 Figura 6 – Zona de Conforto .............................................................................28 Figura 7 – Cobogó.............................................................................................36 Figura 8 – Prateleiras de luz .............................................................................36 Figura 9 – Prateleiras de luz .............................................................................36 Figura 10 – Museu do Quay Branly ...................................................................38 Figura 11 – Strata Tower...................................................................................39 Figura 12 – Centro Cultural Jean Marie Tjibaou ................................................42 Figura 13 – Walkie Talkie Tower .......................................................................48 Figura 14 – Walkie Talkie Tower .......................................................................48 Figura 15 – Paredes de Madeira .......................................................................55 Figura 16 – Paredes de Madeira .......................................................................55 Figura 17 – Vidro Estrutural ..............................................................................56 Figura 18 – Detalhe de vidro estrutural .............................................................56 Figura 19 – Parede de policarbonato ................................................................59

8

Figura 20 – Detalhe em ETFE...........................................................................61 Figura 21 – Detalhe em ETFE...........................................................................61 Figura 22 – Cubo d’água ...................................................................................61 Gráfico 1 – Processo de projeto ........................................................................31

9

LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Requisitos e estratégias para o desempenho térmico.......................33 Tabela 2: Requisitos e estratégias para o desempenho lumínico .....................34 Tabela 3: Requisitos e estratégias para o desempenho acústico .....................36 Tabela 4: Tipos de vedações externas para a Zona Bioclimática 8 ..................47 Tabela 5: Transmitância térmica, atraso térmico e fator de calor solar .............47 Tabela 6: Valores de SRI ..................................................................................50 Tabela 7: Propriedades térmicas de paredes de concreto ................................52 Tabela 8: Propriedades térmicas de paredes de alvenaria ...............................53 Tabela 9: Propriedades térmicas de paredes de madeira .................................54 Tabela 10: Tipos de vidro de acordo com a composição ..................................57 Tabela 11: Propriedades ópticas solares e térmicas .........................................58

10

LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E SÍMBOLOS

ABNT

Associação Brasileira de Normas Técnicas

SRI

Sound reduction Index

ASHRAE American Society of Heating, Refrigerating and Air-conditioning Engineers HVAC

Heating Ventilation and Air Conditioning

ETFE

Ethylene-tetra-flouro-ethylene

PTEF

Polytetrafluoroethylene

dB

Decibel

W

Watt

FS

Fator Solar

U

Transmitância Térmica

R

Resistencia Térmica

f

Atraso Térmico

Ct

Capacidade Térmica

l

Condutividade Térmica

11

SUMÁRIO

1

INTRODUÇÃO ........................................................................................... 13

2

A EFICIÊNCIA ENERGÉTICA E AS EDIFICAÇÕES VERTICAIS ........... 17

3

FACHADAS E ENVOLTÓRIAS ................................................................. 22

4

O CLIMA TROPICAL ÚMIDO .................................................................... 24

4.1

CARACTERISTICAS DO CLIMA ............................................................... 26

4.2

AS CONDIÇÕES CLIMÁTICAS E O PROJETO ARQUITETÔNICO.......... 28

5

ESTRATÉGIAS DE PROJETO .................................................................. 30

5.1

CONDICIONANTES, ANÁLISES E DIAGNÓSTICOS ................................ 30

5.1.1

Estratégias – Desempenho Térmico.........................................................31

5.1.2

Estratégias – Desempenho Lumínico.......................................................34

5.1.2

Estratégias – Desempenho Acústico........................................................37

5.2

EXPLORAÇÃO DE POTENCIALIDADES .................................................. 38

5.3

CONCEPÇÃO E FORMA ........................................................................... 41

6

MATERIAIS CONSTRUTIVOS .................................................................. 45

5.3

OS MATERIAIS E O DESEMPENHO ACÚSTICO ..................................... 50

6.2

MATERIAIS OPACOS E TRANSLÚCIDOS ................................................ 51

6.2.1

Materiais Opacos.........................................................................................51

6.2.1.1

Concreto........................................................................................................52

6.2.1.2

Alvenaria.......................................................................................................53

12

6.2.1.3

Madeira..........................................................................................................54

6.2.2

Materiais Translúcidos.................................................................................55

6.2.2.1 Vidro................................................................................................................56 6.2.2.2 Policarbonato...................................................................................................58 6.2.2.3 ETFE................................................................................................................60 7

CONCLUSÃO...................................................................................................62 REFERÊNCIAS.......................... ............................................................. ....64

13

1 INTRODUÇÃO Historicamente a construção de edifícios foi por muito tempo baseada na relação entre as os elementos estruturais, como paredes e coberturas (WATTS, 2013). Os demais elementos construtivos como esquadrias e fachadas eram concebidos de maneira secundária dependente da forma, materiais e tipologia dos elementos estruturais. Com o passar dos séculos e movimentos de vanguarda a concepção e construção dos edifícios passou a responder as antigas práticas através da evolução tecnológica, explorando materiais, novas técnicas construtivas e ideologias. A arquitetura Modernista pode ser considerada não apenas como uma rejeição a arquitetura do séc.

XIX, mas como uma resposta a industrialização através da produção massificada de componentes construtivos como perfis de aço - para molduras, caixilhos, armações e estruturas em geral -, tubos metálicos, tijolos, blocos, peças e seções de madeira, etc.

Assim a Arquitetura Modernista do séc. XX pode ser considerada uma reação à técnica de produção em massa através do uso de armações estruturais. O uso de estruturas de concreto e aço resultou na transformação da envoltória das edificações, de componentes estruturais passaram a ser apenas elementos de fechamento. Esta separação entre a estrutura propriamente dita e a parede externa representou um grande marco para a concepção das fachadas e envoltórias, onde as mesmas puderam ser exploradas de outras formas pelos arquitetos conferindo uma nova interface a fachada das edificações, antes rígidas e atreladas à estrutura principal. Em termos de vínculo entre a estrutura e a envoltória externa, a introdução da customização massificada sugere que ambos os sistemas – estrutura e envoltória – poderiam se tornar mais complexos e interdependentes, enquanto continuando econômicos para os padrões da construção de edifícios contemporâneos (WATTS, 2013).

Na mesma proporção que a dissociação da envoltória do sistema estrutural possibilitou maior liberdade ao elemento gerando novas perspectivas para a arquitetura das edificações, o antigo método de integração dos dois elementos passou a ser aceito como tradição sendo também aperfeiçoado por diversos arquitetos. Antonio Gaudi, por exemplo, utilizou ambas as faces da envoltória como sistema estrutural para responder

14

a desafios de projetos com plantas e elevações complexas, associando esta função a outros objetivos como ornamentação e acústica. Oscar Niemeyer através da exploração do concreto armado integrou a envoltória e fachada de edificações de diversas tipologias as formas conceituais que utilizava em seus projetos. Eero Sarineen por sua vez conseguiu incorporar além dos elementos estruturais externos, fachada e cobertura, o mobiliário ergonomicamente adaptado às proporções humanas.

Com o passar das décadas e com a evolução tecnológica a inovação voltada ao projeto de envoltória como elemento construtivo seja ela concebida de maneira dissociada ou integrada a estrutura possibilitou que as edificações perante a paisagem urbana se tornassem mais dinâmicas. Além disso, outros fatores passaram a receber maior atenção como materiais, revestimentos e esquadrias. Todos estes fatos concederão visibilidade e a percepção da importância deste elemento construtivo, que apesar de historicamente ter sido encarado de duas maneiras, deve ser sempre visto de forma integrada ao interior da edificação, devendo responder as condicionantes impostas por fatores como clima, localização, e entorno.

Atualmente as fachadas e envoltórias como elementos arquitetônicos correspondem a objetos de grande relevância para a arquitetura e urbanismo das cidades, dentre inúmeros fatores que podem expressar essa importância pode-se ressaltar a representatividade do edifício perante a paisagem urbana e aos habitantes da cidade, os benefícios que podem ser obtidos através da performance de um bom projeto, e a possibilidade de associação com os conceitos que norteiam a arquitetura no momento de concepção projetual viabilizando a criação de ícones e edificações de interesse.

É também de fundamental importância ressaltar o papel desempenhado pelas envoltórias e fachadas no desempenho energético da edificação. Elas são um dos contribuintes mais significantes para o consumo de energia e definição dos parâmetros de conforto de um edifício. Com o progressivo esgotamento da energia - como qualquer outro recurso natural -, tecnologias e estratégias que mantenham o conforto dos usuários em suas diversas interfaces consumindo menores quantidades destes

15

recursos

se

tornaram

objetivos

primários

das

fachadas

desenvolvidas

na

contemporaneidade (AKSAMIJA, 2013).

A eficiência energética na arquitetura pode ser entendida como um atributo inerente à edificação representante de seu potencial em possibilitar conforto térmico, visual e acústico aos usuários com baixo consumo de energia (LAMBERTS, 2014). Considerar este conceito no projeto de envoltória é essencial para que esta possa cumprir com o seu papel para o desempenho da edificação. A função de separar o ambiente externo do interno torna a envoltória um potencial elemento do projeto para a aplicação de métodos que respondam as condicionantes externas para o estabelecimento do conforto interno do edifício de acordo com as exigências de cada localidade. De tal modo associar o projeto de envoltória aos desafios da eficiência energética, e conforto térmico, acústico e lumínico é uma oportunidade para redução dos custos operacionais e conservação de energia.

Visando a eficiência energética e o conforto, as fachadas devem ser prioritariamente adequadas à realidade climática da localidade na qual a edificação está inserida.

Através da resposta a esta primeira condicionante utilizando os princípios da arquitetura bioclimática podem ser atingidos melhores resultados relacionados à performance do elemento durante a operação do edifício. Com a aliança entre um bom projeto - que vise responder as questões de insolação, ventilação e acústica de acordo com o programa de necessidades estabelecido – e o emprego de materiais adequados, com índices técnicos apropriados a realidade climática da região onde se irá construir, esses objetivos primários podem ser atingidos.

Apesar dos fatores mencionados que ressaltam a importância das fachadas e envoltórias a discussão e resultantes sobre a temática é presente na realidade brasileira com força inexpressiva para que seu valor seja refletido no tecido urbano das cidades de maneira marcante. Pode-se perceber uma preocupação maior com fachadas e envelopes de grandes empreendimentos com alto interesse imobiliário, é desejável que essa importância seja perceptível desde as edificações mais modestas até as de maior porte de diversas tipologias de uso. É necessário que as fachadas

16

sejam encaradas com caráter normativo, porém possibilitando a inovação, criatividade, e estética, para que sejam beneficiadas a operacionalidade da edificação e a paisagem urbana das cidades.

Considerando a relevância da discussão em torno das fachadas e envoltórias na arquitetura e objetivando contribuir para que essa temática ganhe maior visibilidade e conhecimento científico, que embase a importância que se deve conceder a este elemento do projeto este trabalho de revisão bibliográfica tem como objetivo principal analisar a importância do projeto de fachadas e envelopes em regiões de clima tropical úmido para o bom desempenho térmico, acústico e lumínico das edificações verticais.

Busca-se também contribuir para a elaboração de projetos de envoltórias nas regiões tropicais úmidas de acordo com a utilização dos métodos convencionais já aplicados, apresentar materiais adequados de acordo com índices técnicos apropriados a região climática estudada e expor os benefícios de um bom projeto de envoltória para o desempenho energético da edificação.

As informações apresentadas ao longo do desenvolvimento valorizam o atendimento ao princípio da conservação de energia e estratégias que tendam a atingir o objetivo do elemento construtivo na performance térmica, acústica e lumínica. Assim adota-se como fundamento o desenvolvimento e concepção de envoltórias valorizando estratégias passivas que possam imprimir no elemento projetual os escopos da arquitetura bioclimática, destacando a iluminação e ventilação natural, sombreamento, propriedades térmicas dos materiais, salubridade da edificação, dentre outros itens.

17

2 A EFICIÊNCIA ENERGÉTICA E AS EDIFICAÇÕES VERTICAIS Existem vários termos utilizados na atualidade para definir edificações onde a área de elevação é superior a área de planta, como arranha-céus, edifícios verticais, prédios a altos, etc. Historicamente a altura dos edifícios era limitada a capacidade humana de subir escadas, com sua grande maioria variando de um a cinco andares. Com o advento da tecnologia de elevadores a altura deixou de ser uma barreira e com o seu aperfeiçoamento foram se multiplicando o número de andares das edificações.

Fisicamente um edifício vertical pode ser definido como uma edificação de vários andares, geralmente construída utilizando um sistema estrutural armado, provido de elevadores, combinando grandes alturas com espaços privativos de dimensões ordinárias, similares aos encontrados em edifícios horizontais (YEANG, 1999).

A ASHRAE (Sociedade Americana de Engenharia de Aquecimento, Refrigeração e Arcondicionado) define uma edificação vertical como aquela onde a altura é superior a três vezes a largura. Espacialmente ela pode ser compreendida como uma intensificação do uso de grandes áreas de espaço construído concentradas em pequenos lotes. Através da verticalização o edifício viabiliza maiores taxas de utilização do terreno, permite maiores ganhos financeiros sobre o lote, maiores taxas de ocupação e mais lucros provenientes de aluguéis derivados de um único espaço (YEANG, 1999).

Devido principalmente a fatores econômicos à tendência a verticalização é predominante nas principais cidades brasileiras, seja esta de forma sútil expressa em edifícios com poucos andares ou de forma extravagante, no caso de edifícios onde a altura é superior ao padrão presente na cidade, algumas já possuem a verticalização consolidada outras estão iniciando o processo através da inserção em zonas do tecido urbano.

Como a extensão da fachada em relação à planta é superior em edifícios verticais as condicionantes externas que influenciam o desempenho e conforto são variáveis, esta pode ser vista como uma das principais questões a ser considerada no projeto deste tipo de edifício, onde a fachada desempenha uma função significante. Porque então a

18

fachada de muitos edifícios verticais apresenta a mesma forma e configuração em todas as faces, quando o comportamento do meio ambiente em cada lado do edifício não é o mesmo?

A resposta para essa pergunta é simples, a fachada destes edifícios não foi projetada de acordo com o contexto bioclimatico. O edifício vertical bioclimatico pode ser definido como aquele na qual a forma é configurada pelo projeto, utilizando técnicas passivas de baixo consumo energético, que respondem as condicionantes climáticas e meteorológicas da localidade, resultando em um edifício alto que é ambientalmente interativo, com baixo consumo energético e operacional, e alta qualidade de desempenho (YEANG, 1999).

Assim a envoltória como revestimento e parede externa atua como filtro, separando o edifício vertical do ambiente exterior desempenhando um papel extremamente importante para a performance energética e conforto interno. O principio da conservação de energia que pode ser entendido basicamente como o uso racional da energia na edificação é fundamentado em quatro grupos de tomadas de decisão – o estabelecimento de padrões ambientais convenientes, a forma e materialidade do edifício, instalações com controle ambiental, e escolha de fontes de energia (SZOKOLAY, 2004). Estas decisões podem ser tomadas considerando algumas medidas como as listadas abaixo: EDIFÍCIO – ESTRATÉGIAS PASSIVAS

INSTALAÇÕES

Iluminação Natural

Controle de sistemas de HVAC1

Sombreamento

HVAC energeticamente eficiente

Ventilação Natural

Ciclo economizador

Isolamento Térmico

Exaustão de ar

Massa Térmica

Lâmpadas e luminárias eficientes

Esquadrias aperfeiçoadas

Redução de vazamentos por dutos

Controle de infiltração de ar

Fotovoltaicos

Aquecimento solar passivo

Aquecimento de água solar

1Nomemclatura

Internacional para sistemas de aquecimento, ventilação e ar-condicionado

19 Lista 1 – Estratégias passivas e ativas para a conservação de energia Fonte: (SZOKOLAY, 2004).

O edifício como um todo deve ser concordante com estas medidas, e a fachada por sua função representa um componente fundamental para atendimento a incorporação destas. Seu papel é abrangente e alguns objetivos específicos devem ser considerados na fase projetual como os listados abaixo: - eficiência energética: a envoltória do edifício deve contribuir para redução do consumo de energia; - fornecimento de iluminação natural central para reduzir o albedo refletido e direto; - minimização da penetração de água e condensação; - escolha adequada de cores, texturas e acabamentos; - compatibilização com equipamentos de limpeza que serão utilizados no futuro; - minimização de cargas estruturais; - minimização de requerimentos de manutenção.

Estes objetivos podem ser abordados como detalhes ou condicionantes, o atendimento a eles na concepção de projeto é essencial para o alcance de um bom resultado (YEANG, 1999).

Outro aspecto que tem efeito direto na performance do edifício é a forma, que pode ser determinada por sua envoltória sem a necessidade de que a estrutura interna siga a mesma vertente. A forma muitas vezes é associada à estética, contudo deve ser encarada como maneira de responder as condicionantes externas devendo exercer o papel de estratégia bioclimática, integrando o grupo de ações envolvidas no cumprimento dos objetivos do conforto térmico, acústico e lumínico, contribuindo para a eficiência energética da edificação.

20

Figura 1 – Maquete física da Armoury Tower em Shanghai – China, onde o envelope foi modelado para responder as condicionantes do ambiente externo.

Fonte: Archdaily.

Os elementos construtivos presentes na fachada relacionados à forma como esquadrias, brises-soleis, parapeitos, detalhes, dentre outros, devem ser associados ao contexto bioclimático objetivando a conservação de energia, de maneira especifica, porém integrada – uma esquadria, por exemplo, pode responder a forma da edificação e ser associada a uma estratégia tecnológica passiva ou ativa que contribua para redução dos gastos energéticos.

Utilizar os objetivos da arquitetura bioclimática e da conservação de energia no projeto de envoltória é algo que se realizado de maneira coerente pode garantir um caráter sustentável a edificação de acordo com os aspectos climáticos e energéticos.

Atualmente este é um rótulo que agrega bastante valor, possui potencial econômico tanto do ponto de vista de redução dos gastos operacionais, como de valor imobiliário.

21

A sustentabilidade das edificações está atrelada a diversos fatores, porém a questão energética e o conforto térmico associado a ela possui função estratégica para a obtenção de resultados operacionais econômicos. Portanto integrar o projeto de envoltória a estes objetivos passa a ser além de uma condicionante uma oportunidade para agregar valor à edificação.

22

3 FACHADAS E ENVOLTÓRIAS A envoltória de um edifício pode ser definida como o elemento que separa o ambiente interno do externo independente da sua orientação ou posicionamento (SADINENI, 2011). A fachada por sua vez é a parte da envoltória que cobre determinada orientação, seja ela relacionada ao posicionamento (frontal, lateral, anterior, superior) ou a orientação cardeal (norte, sul, leste, oeste). A envoltória compreende o edifício e seus elementos como um todo, assim fazem parte dela, paredes, esquadrias, detalhes construtivos, cobertura, dispositivos de sombreamento, etc.

Várias definições consideram a fachada como sendo apenas a face que contempla um dos principais lados da edificação. Contudo muitos edifícios apresentam formas orgânicas ou curvilíneas onde os lados não são exatamente definidos por retas ou formas estruturais, nestes casos o conceito teórico de fachada se mescla ao da envoltória.

Figura 2 – Finalização da construção de Centro cultural no Azerbaijão, a envoltória foi desenvolvida com geometria complexa, onde a ausência de linhas retas mescla a fachada a ela.

Fonte: (WATTS, 2013).

23

O projeto de envoltória é congruente ao da fachada, suas partes devem se relacionar de maneira integrada para atender aos objetivos e responder as condicionantes. De maneira dissociada a fachada também pode ser entendida como a parte da envoltória que responde a condicionantes especificas de determinado sentido da edificação.

Neste trabalho o conceito de envoltória abordado está integrado ao da fachada, incluindo o tópico da orientação como fundamental para as perspectivas bioclimáticas e energéticas objetivadas. Este é um trabalho voltado totalmente para os elementos verticais, assim exclui-se da abordagem a cobertura como elemento compositor da envoltória, apesar de representar um ponto importante para o desempenho da edificação

a

inclusão

deste

tema

compreende

contempladas nos objetivos deste trabalho.

outras

particularidades

não

24

4 O CLIMA TROPICAL ÚMIDO Os efeitos do meio ambiente incidem de modo direto sobre a energia, bem estar e saúde humana. É muito comum a experiência de que em certos dias as condições climáticas e atmosféricas estimulem e vigorem nossas atividades ao passo que em outros nos deprimem causando maiores esforços físicos e mentais (OLGYAY, 2013).

Por tal motivo é fundamental considerar a climatologia e seus possíveis efeitos nos projetos arquitetônicos. O meio ambiente é muito variado e se comporta de maneira específica em diferentes localidades, muitas vezes para fins projetuais a classificação climática geral funciona como base, porém para alcançar uma abordagem mais aprofundada é necessário considerar o microclima do lugar visando responder de maneira susceptível as condicionantes climáticas.

Na América Latina a característica mais marcante do ambiente natural é a grande variedade paisagística e climática distribuída em grandes extensões. A maioria dos países latino americanos se situam entre os trópicos, desde o México até o Paraguai são encontrados climas quentes e chuvosos, com poucas regiões secas ou hiperáridas.

A margem dessas zonas, devido à latitude e influência das correntes marítimas, aparecem zonas temperadas, secas e frias (OLGYAY, 2013).

No Brasil, um país com proporções continentais, essa variedade é perceptível ao longo do território. A NBR 15220 Desempenho Térmico das Edificações estabelece um Zoneamento Bioclimático Brasileiro, onde o território é dividido em oito zonas relativamente homogêneas quanto ao comportamento climático. Este zoneamento foi estabelecido com o objetivo final de melhorar o desempenho térmico das habitações de interesse social a partir da aplicação de materiais adequados ao contexto bioclimático na construção. Apesar deste propósito ele é concordante com outros zoneamentos propostos por diferentes autores. Gorou e Bernardes, por exemplo, propõem um zoneamento onde o território é dividido em seis categorias climáticas – Equatorial e Sub-tropical, Tropical úmido, Tropical úmido com estação seca, Tropical seco (semiárido), Tropical úmido de altitude e Sub-tropical.

25

Figura 3 – Zoneamento Climático brasileiro de acordo com Gourou e Bernardes.

Fonte: (HERTZ, 1998).

Especificamente no território brasileiro, o clima tropical úmido define um número expressivo das capitais e cidades com importância econômica aonde a urbanização vem se expandindo de forma progressiva nas ultimas décadas. A relevância deste clima para a construção civil, e particularmente para a eficiência energética das edificações de acordo com o contexto bioclimático se deve ao fato de que nestas cidades o processo de urbanização é crescente e muitos investimentos públicos e privados vem sendo realizados na implementação de edifícios verticais. De acordo com o Zoneamento Bioclimatico Brasileiro precisamente na zona 8 encontram-se cidades como Rio de Janeiro, Recife, Salvador, Vitória, São Luís, Campina Grande, Natal, Belém, Manaus, Porto Velho, dentre outros municípios.

26

Figura 4 – Zoneamento Bioclimático brasileiro segundo a NBR 15220-3.

Fonte: (LAMBERTS,2014).

Neste trabalho com o fim de orientar o projeto de envoltórias será considerado o clima tropical úmido representado pela a interseção entre a Zona 8 presente no Zoneamento Bioclimatico Brasileiro definido pela NBR 15220 e pelas zonas de clima tropical úmido do zoneamento proposto por Gorou e Bernardes.

4.1 CARACTERISTICAS DO CLIMA As regiões tropicais do ponto de vista climatológico se caracterizam de duas formas, quentes-secas e quentes-úmidas, ambas registram incidência solar ao meio-dia quase perpendicular a superfície terrestre durante todo o ano. As zonas úmidas possuem como particularidade marcante os altos níveis de humidade que muitas vezes atingem 90%, são marcadas por duas estações uma mais e outra menos chuvosa, a luz do sol é muito forte e o nível de iluminação natural é alto, com ou sem nuvens. Quanto maior a distância do equador mais marcadas são as diferenças entre as estações, a seca se torna mais árida, e a úmida mais chuvosa (HERTZ, 1998).

27

Apesar destas caraterísticas gerais ao projetar em regiões tropicais úmidas deve-se considerar as características especificas do microclima da região como variações de temperatura, humidade, ventos, índices pluviométricos, e incidência solar (HERTZ, 1998). De maneira geral os objetivos arquitetônicos de uma edificação de acordo com o contexto climático nas regiões quentes e úmidas devem ser reduzir a produção de calor, reduzir os ganhos térmicos por radiação e potencializar a perda por evaporação (OLGYAY, 2013). Assim nestas regiões a característica mais notável das edificações projetadas considerando o contexto bioclimatico é a ventilação. O projeto deve ser concebido de modo a aproveitar ao máximo qualquer brisa incidente.

O alcance da zona de conforto em regiões quentes e úmidas é definido por uma boa ventilação e redução da absorção da radiação solar, a relação entre temperatura e radiação é complementar, para proporcionar conforto em meio a altas temperaturas é necessário que o nível de radiação seja baixo. Por outro lado, a temperatura e a umidade também possuem uma relação bastante forte, quando o ar aquece a umidade relativa baixa. O movimento do ar também pode atuar com um agente regulador da temperatura e da umidade, por isso a ventilação é extremamente importante nestas regiões onde as duas características, temperatura e umidade, por seus níveis exacerbados podem ser encaradas como negativas. Logo, com o auxilio de uma boa ventilação a sensação de desconforto pode ser aliviada (HERTZ, 1998).

Figura 5 – Carta Bioclimática adotada para o Brasil, onde cada cor representa uma zona com sua respectiva temperatura e necessidade para o alcance do conforto.

Fonte: (LAMBERTS, 2014).

28

Figura 6 – Zona de Conforto de acordo com carta bioclimática adotada para o Brasil.

Fonte: (LAMBERTS, 2014).

4.2 AS CONDIÇÕES CLIMÁTICAS E O PROJETO ARQUITETÔNICO Em resumo as principais características climáticas que devem ser consideradas para o projeto arquitetônico em regiões tropicais úmidas são a radiação solar, a temperatura, a umidade e os ventos.

A radiação solar tem aspectos positivos e negativos, apesar de representar grandes ganhos térmicos proporciona uma boa iluminação natural durante todo o ano, uma vez que a luminosidade proveniente da incidência direta e indireta são bastante elevadas.

A temperatura se apresenta de maneira alta com baixa variação. Devido a estes fatores para fins projetuais duas precauções devem ser tomadas, primeiramente devem-se considerar as máximas temperaturas atingidas no tempo tomado como referência, e especificar elementos construtivos com baixa inercia térmica com a finalidade de evitar a transmissão de calor no período noturno quando as temperaturas tendem a amenizar. Devido ao desconforto térmico causado pela união entre a alta radiação solar e alta temperatura as edificações sempre devem sempre apresentar temperatura interna mais baixa que a externa.

29

A umidade relativa2 deve ser considerada de maneira integrada aos índices pluviométricos e os ventos. Seu percentual varia de acordo com a temperatura, que combinada com a ausência de ventilação torna a sensação térmica muito desagradável.

A umidade possui relação direta com os índices de precipitação que geralmente se comportam de maneira irregular de acordo com a localidade e estação. Os ventos por sua vez sofrem variações constantes, e apesar do predomínio de determinada direção é importante atentar para a associação com as precipitações, responsável pela promoção de chuvas com orientação vertical, o que deve ser considerado principalmente para o combate a penetração de água na edificação.

2

É uma característica que expressa a quantidade de vapor existente no ar proveniente da evaporação da agua e transpiração das

plantas.

30

5 ESTRATÉGIAS DE PROJETO A partir da compreensão da importância do papel desempenhado pela envoltória é possível por em prática um projeto eficiente que venha a contribuir para a performance da edificação. É necessário integrar os objetivos arquitetônicos, comerciais, culturais e imobiliários as condicionantes da localidade a partir de uma análise minuciosa do lote que receberá o edifício. Esta fase de análise compreende os diversos diagnósticos que deverão ser realizados para definir os objetivos da envoltória de acordo com a identificação das condicionantes e exigências pré-estabelecidas no programa de necessidades. Para desenvolver um projeto de acordo com o contexto bioclimático visando à conservação de energia esta fase é imprescindível. Através dela e seguindo o processo projetual também poderão ser assinaladas potencialidades, a partir da exploração da forma, materiais, tecnologias e estratégias ativas.

5.1 CONDICIONANTES, ANÁLISES E DIAGNÓSTICOS As condicionantes podem ser definidas como o grupo de fatores externos que influenciarão a performance do edifício e o conforto dos usuários. Identificá-las é extremamente importante para a concepção da envoltória, afinal ela é o elemento responsável por separar o e meio ambiente externo do interno da edificação. Apesar da necessidade de integração do projeto de envoltória com os demais, alguns elementos devem ser priorizados na fase de diagnósticos objetivando atingir melhores níveis de desempenho, deste modo nesta fase deve-se considerar o contexto térmico, acústico e lumínico de maneira detalhada.

Os objetivos do projeto de envoltória devem ser estabelecidos considerando os princípios da arquitetura bioclimática e da conservação de energia, deve-se tomar como base o escopo principal da arquitetura bioclimática que é proporcionar conforto e a partir deste buscar estratégias que proporcionem a eficiência energética. Nas regiões tropicais úmidas alguns requisitos podem ser apontados como forma de proporcionar conforto, estes são controlar os ganhos de calor, dissipar a energia térmica do interior do edifício, remover a umidade em excesso e promover a movimentação de ar, favorecer o uso da iluminação natural, e controlar o ruído (CORBELLA, 2003).

31

Partindo da analise destes três contextos – térmico acústico e lumínico - deve-se identificar as condicionantes como sendo potencialidades ou desafios, e então associálas aos requisitos com o objetivo de buscar estratégias para respondê-las ou incorporar os benefícios provenientes ao projeto de envoltória.

REQUISITOS/OBJETIV OS SOLUÇÕES

CONDICIONANT ES DESAFIO SS

POTENCIALIDAD ES

ESTRATÉGIA S

EXP. DE POTENCIALIDAD ES

DESENVOLVIME NTO DO PROJETO DE ENVOLTÓRIA

TÉRMICO

LUMÍNIC O

ACÚSTIC O

Gráfico 1 - Gráfico demonstrativo das fases iniciais para concepção de projetos de envoltórias.

Fonte: a autora.

As condicionantes podem ser identificadas utilizando critérios de observação, coleta de dados e softwares de simulação. Com a finalidade de identificá-las, análises específicas relativas a alguns elementos devem ser realizadas: Relevo e Topografia – do ponto de vista climático a análise do relevo, e da topografia do terreno na qual será construída a edificação é importante, pois assinala características do microclima do lugar. Principalmente a ventilação pode se comportar de maneira diferenciada de acordo com a situação topográfica onde a edificação esta localizada - talvegue, cumeada, planície ou planalto, região de barlavento ou sotavento.

Orientação – a orientação é um dos elementos mais importantes do diagnóstico para realizar o projeto de envoltória. Ela irá determinar como o sol e a ventilação se comportam ao longo do ano na localidade. A análise da orientação possibilitará o estudo da trajetória solar, sua incidência nas diversas faces do edifício, e logo viabilizará a análise das taxas de radiação emitidas no decorrer das estações. É importante ressaltar que em regiões tropicais úmidas as fachadas leste e oeste devem receber atenção especial, pois nelas a situação solar, nascente e poente, torna a incidência mais forte.

32

Carta-Solar – o estudo das cartas solares está associado ao estudo de orientação. Elas irão auxiliar na determinação do posicionamento e das alturas solares de acordo com as estações do ano. São fundamentais para definição de esquadrias, cálculo e implementação de dispositivos de proteção solar. Utilizar a carta-solar é fundamental para determinar os ângulos de incidência e como estes influenciarão a iluminação do edifício através das aberturas, esquadrias, e demais elementos translúcidos.

Entorno – realizar a análise do entorno é fundamental para o projeto de envoltória. A partir dela poderão ser identificados fatores que influenciarão na performance do edifício, assim como prever futuras interferências. Analisando o entorno é possível identificar edifícios que afetam a incidência solar, originando sombra ou radiação direcionada, túneis de vento originários de barreiras urbanas, lotes ociosos que poderão dá lugar a novas edificações, fontes de ruído - como avenidas, possíveis obras, edificações específicas, dentre outras -, barreiras paisagísticas, elementos que possam bloquear a ventilação e iluminação, e massas vegetais significativas (florestas, parques, e lagos) em processo de transição, que poderão afetar especialmente a ventilação e umidade.

Ventilação – na análise da ventilação objetiva-se principalmente buscar a origem (direcionamento) das brisas. Deve-se considerar a predominância dos ventos no contexto macro climático da região, porém buscar outras origens, identificar possíveis barreiras - presente e futuras -, e identificar elementos que afetem o percentual de umidade como lagos, rios, fontes, bosques e florestas. Apesar do predomínio do sentido dos ventos de determinada direção, através do estudo da orientação pode-se identificar outras brisas incidentes no lote e como ele se comporta de acordo com outros fatores - como relevo, e entorno.

Fontes de energia – é importante identificar as fontes de energia e demais recursos ligados a rede pública – rede de água, esgoto e telecomunicações - que alimentarão o edifício. É necessário fazer previsões de custos, regularidade do fornecimento, e levantar possíveis problemas ocorrentes com frequência na rede.

33

Simulação – utilizar os softwares de simulação é uma importante fase do diagnóstico para identificar através de um modelo como irão se comportar principalmente a incidência solar, radiação e ventilação.

5.1.1 Estratégias – Desempenho Térmico Depois de realizado o diagnóstico e identificadas as condicionantes pode-se prosseguir a fase de respostas e definição de estratégias. Sempre visando atingir o conforto elas também devem ser compatíveis com os requisitos do projeto bioclimático em regiões tropicais úmidas, devendo ser relacionadas aos últimos de acordo com o contexto a que visam responder.

O controle dos ganhos de calor, a dissipação de energia térmica do interior do edifício, a remoção do excesso de umidade e a promoção do movimento do ar, são requisitos que podem ser agrupados ao contexto térmico, onde as respostas buscarão proporcionar conforto térmico e controlar a umidade através da ventilação. A tabela abaixo explicita algumas possíveis estratégias inerentes à envoltória do edifício para responder a este contexto.

REQUISITOS

Controle dos ganhos de calor

Dissipação de energia térmica

Remoção da umidade e movimento do ar

ESTRATÉGIAS -Minimizar a energia solar que entra pelas aberturas; -Minimizar a energia solar absorvida pelas paredes e superfícies externas; -Posicionar o edifício de maneira a obter a mínima carga térmica devida à energia solar; -Proteger as aberturas contra a entrada do sol; -Dificultar a chegada do sol às superfícies da envoltória do edifício.

-Promover níveis maiores de ventilação quando a temperatura externa for menor que a interna; -Combinar a ventilação noturna com a inércia térmica; -Transferir o calor para zonas com temperatura menor que a do ambiente habitado – subsolos, depósitos, garagens, etc.

-Promover o constante movimento e renovação do ar dos ambientes ocupados; -Promover a ventilação através de mecanismos passivos na envoltória: elementos vazados, ventilação cruzada, posicionamento de esquadrias.

34

Tabela 1 – Requisitos e estratégias para o desempenho térmico Fonte: a autora, a partir de consulta a Em busca de uma arquitetura sustentável para os trópicos (CORBELLA, 2003).

Atualmente grande parte dos edifícios verticais em regiões tropicais úmidas prioriza a utilização do ar condicionado, contudo para racionalizar a sua utilização e atender ao principio da conservação de energia é necessário encarar o projeto de maneira integrada adotando decisões que reduzam a necessidade de utilização do sistema ou que proponham alternativas ao seu uso no mínimo em algum momento da operação.

Também é necessário optar por sistemas e equipamentos mais eficientes que proporcionem menores perdas.

Apesar das temperaturas altas é possível utilizar apenas a ventilação em regiões tropicais úmidas, para isso deve-se controlar bem a umidade e a temperatura através da própria ventilação. Dois momentos favoráveis a estas práticas são, nas primeiras horas da manhã, e ao entardecer início da noite quando as temperaturas tendem a amenizar.

5.1.2 Estratégias – Desempenho Lumínico Para promover a iluminação natural muitas estratégias podem ser utilizadas uma vez que a abundância de luz é uma característica marcante das regiões tropicais úmidas.

Deve-se trabalhá-la de forma equilibrada evitando ganhos térmicos através de aberturas indevidas, sem proteção ou com materiais com altas transmitâncias térmicas.

REQUISITOS

Iluminação Natural

ESTRATÉGIAS -Prever aberturas que permitam a passagem da iluminação natural sem a incidência da radiação direta; -Controlar as cargas térmicas provenientes das esquadrias; -Determinar a orientação e o tamanho das aberturas para atender as necessidades de luz natural; -Estudar a localização, forma e dimensões das

35 aberturas; -Integrar o projeto de envoltória ao projeto de arquitetura de interiores – cores e distribuição homogênea da luz nos ambientes; -Bom projeto das partes fixas e móveis dos elementos que controlarão a entrada da luz e da radiação direta; -Decidir sobre o controle da iluminação, passivo ou ativo, manual ou computadorizado; -Conhecer as propriedades térmicas e lumínicas dos materiais translúcidos utilizados; -Conhecer a sensibilidade às cores decorrentes da cultura e costumes locais.

Tabela 2 – Requisitos e estratégias para o desempenho lumínico Fonte: a autora, a partir de consulta a Em busca de uma arquitetura sustentável para os trópicos (CORBELLA, 2003).

A iluminação natural pode ser explorada como uma potencialidade do projeto de envoltória em regiões de clima tropical úmido, porém é necessário atentar para os efeitos negativos advindos do excesso de luz como altas cargas térmicas e ofuscamento.

Como a abundância de luz é presente até mesmo em dias nublados, utilizar elementos construtivos direcionadores de luz é um artificio muito susceptível para atingir bons níveis de iluminação natural proporcionando uma iluminação difusa e com menos ganhos térmicos. Para isso o emprego de elementos vazados, bandejas refletoras, e cores se tornam bastante viáveis.

Visando à eficiência energética, os dois projetos, de iluminação artificial e natural, devem ser integrados desde a fase inicial de concepção. Ao projetar esquadrias e aberturas incorporadas a envoltória é importante atentar para as exigências presentes nas Normas Técnicas Brasileiras e Legislações Municipais. Principalmente para ambientes fechados existe uma quantidade de lux3 mínima exigida para o desempenho de atividades de acordo com a tipologia e área do espaço, é também exigido um

36

percentual mínimo de aberturas que viabilizem o contato com o meio externo e proporcionem a ventilação.

Figura 7 – Cobogó aplicado à fachada residencial.

Fonte: Aecweb.

Figura 8 e 9 – Prateleiras de luz para proporcionar maior aproveitamento da iluminação natural.

Fonte: Dezeen.

3 Unidade

internacional de iluminância, onde 1 lux corresponde a iluminância perpendicular de 1lúmen

em uma superfície de 1 m².

37

5.1.3 Estratégias – Desempenho Acústico Para responder ao último requisito do projeto bioclimático que é o controle de ruídos é fundamental realizar um bom diagnóstico do entorno e considerar a integração entre os projetos. Relacionado ao contexto acústico o projeto de envoltória é um contribuinte do projeto de interiores e do projeto arquitetônico no que diz respeito à distribuição dos espaços na planta da edificação. A performance acústica das edificações é uma questão que depende significativamente de fatores externos, por tal motivo as políticas urbanas de zoneamento desenvolvem um papel importante nesta questão. As estratégias utilizadas para combater os ruídos devem considerar que o principal desconforto causado não é o som produzido, mas a frequência com a qual o mesmo se repete.

REQUISITOS

Controle do ruído

ESTRATÉGIAS -Aplicar elementos que dificultem a transmissão de ruídos oriundos de fontes localizadas dentro e fora da edificação; -Especificar materiais com propriedades acústicas; -Integrar os projetos – arquitetônico, envoltória e arquitetura de interiores.

Tabela 3 – Requisitos e estratégias para o desempenho acústico Fonte: a autora, a partir de consulta a Em busca de uma arquitetura sustentável para os trópicos (CORBELLA, 2003).

Cabe ao planejamento urbano das cidades zonear as áreas onde poderão ser desenvolvidas atividades com produção de altos níveis de ruídos, como áreas industriais e aeroportuárias. Os ruídos provenientes destas atividades podem afetar de maneira nociva o conforto dos usuários de uma edificação, acarretando em quedas de produtividade, problemas de saúde, etc.

Excluindo estas zonas, estudos comprovam que a maior fonte de ruídos urbana é o transito (SZOKOLAY, 2004). Assim no caso de edificações verticais deve-se ter especial atenção com os andares mais próximos a esta fonte. Outra fonte de ruídos prejudicial em ambientes urbano é a resultante de construções nas áreas vizinhas ao

38

edifício. Para evitar maiores desconfortos provenientes destes dois fatores a performance acústica da envoltória deve considerar as fontes de ruídos e responder a elas principalmente através do emprego de materiais com propriedades e coberturas específicas que diminuam a propagação do ruído. A vegetação, por exemplo, é capaz de absorver o som reduzindo a propagação de ondas, funcionando como barreira, e pode ser aplicada na envoltória como um jardim vertical.

Figura 10 – Jardim vertical na fachada do Museu do Quay Branly em Paris.

Fonte: Cristina Homem de Mello.

5.2 EXPLORAÇÃO DE POTENCIALIDADES Após a definição das estratégias que serão aplicadas ao projeto de envoltória pode-se imprimir um caráter mais profundo a sua performance através de estudos de potencialidades. Estudar as potencialidades trata-se de reconhecer possíveis aptidões, baseadas nas condicionantes identificadas e estratégias previamente definidas, com o intuito de melhorar o desempenho da envoltória e agregar mais valor ao edifício. Esta é a fase do desenvolvimento das estratégias definidas previamente, onde deve-se priorizar a passividade dos sistemas, mas com racionalidade identificar os benefícios

39

da utilização da tecnologia e estratégias ativas. Corresponde a uma fase integrada a de concepção e forma, porém com objetivos diferentes.

A operação do edifício e o conforto dos usuários não devem depender da ação dos elementos vistos como potenciais, eles devem agir de maneira complementar para maximizar o conforto e eficiência energética da edificação visando benefícios adicionais ao cumprimento dos requisitos e resposta as condicionantes.

No caso específico das envoltórias as potencialidades podem ser expressas através da implementação

de

estratégias

ativas,

sistemas

mecânicos

desenvolvidos

na

concepção, detalhes construtivos e utilização de materiais e suas propriedades inerentes. Em regiões tropicais úmidas a questão energética pode ser vista como um potencial, uma vez que a proximidade com a linha do Equador favorece a utilização da energia solar, o que torna as edificações propensas a implementação de painéis fotovoltaicos. Exclusivamente nas regiões litorâneas esse potencial energético se estende, pois os fortes ventos podem ser vistos como outro item favorável à geração de energia. A utilização de turbinas eólicas na envoltória dos edifícios ainda é pouco recorrente, mas existem alguns exemplos que provam que sua aplicação pode ser muito benéfica.

Figura 11 – Edifício Strata em Londres tem incorporado a sua envoltória turbinas eólicas para a geração de energia.

Fonte: Dezeen.

40

A aplicação de painéis fotovoltaicos na fachada para geração de energia é um exemplo simples de aproveitamento da potencialidade do local através da envoltória. Neste caso utiliza-se a condicionante da alta radiação e incidência solar em determinada fachada como um fator benéfico através da implementação dos painéis e logo uma central de geração de energia própria da edificação. Esta prática, contudo não poderia ser vista como exploração de potencialidade caso a definição do uso dos painéis ocorresse de maneira aleatória, sem a verificação prévia da aptidão da fachada para esta finalidade, ou como um cumprimento de um requisito anterior a realização do diagnóstico.

A implementação de estratégias ativas nas edificações verticais na atualidade é muito recorrente, muitas vezes elas visam agregar o rótulo de “sustentável” ao edifício. Esta prática, porém difere da que é associada ao aproveitamento do potencial, pois são prédeterminadas com um objetivo de garantir uma qualificação divergente do real sentido da expressão, e predominantemente não representam uma resposta aos benefícios que podem ser extraídos do local onde a edificação está inserida.

Ainda que os exemplos mais recorrentes correspondam à implementação de estratégias ativas, explorar as potencialidades através do projeto de envoltória vai além da resposta as condicionantes e do atendimento aos requisitos da arquitetura bioclimática e do principio da conservação de energia. É um diferencial que deve ser relacionado ao contexto do desempenho da edificação e da envoltória especificamente, mas pode se relacionar a outros com a finalidade de referenciar diferentes objetivos como o cultural, paisagístico, urbano, comercial, etc. Nesta vertente aproveitar uma potencialidade se mistura com os objetivos inerentes a forma, que pode expressar uma linguagem funcional através dos seus impactos no desempenho do edifício, mas também uma linguagem cultural ao se integrar ao contexto urbano como objeto construído.

5.3 CONCEPÇÃO E FORMA A forma de iniciar a concepção de um projeto arquitetônico é uma característica intrínseca a personalidade do arquiteto ou equipe envolvida no processo criativo, assim o processo de concepção é muito variável sem formulas pré-estabelecidas. Entretanto

41

para conceber uma edificação eficiente do ponto de vista energético e bioclimatico é necessário considerar o processo integrado de projeto para que os diversos elementos se comportem de maneira sinérgica.

Com base na prática primária de atrelar a estrutura e forma a resultante dos espaços internos, muitas vezes inicia-se projetando a planta-baixa do edifício para então dá prosseguimento à concepção das fachadas e envoltórias. Porém, a forma da edificação também pode ser uma resultante da reposta ao contexto bioclimatico e ser explorada como um potencial para este mesmo fim. A flexibilidade da forma e a sua integração com os espaços internos viabiliza edificações mais dinâmicas, onde todos os elementos desempenham um papel significativo para melhoria da performance do edifício.

Um fator que impulsiona a inovação e a melhoria do projeto de envoltórias relativo à forma é a tecnologia. Assim como a transição para o modernismo e a produção massificada de peças e componentes estruturais proporcionou à dissociação da fachada da estrutura da edificação, a tecnologia proporciona diversidade à forma dos edifícios. A dinamicidade das envoltórias muitas vezes está atrelada ao que as técnicas construtivas são capazes de replicar. No século XXI o avanço tecnológico torna possível a modelagem das edificações de maneira muito mais eficiente, como nunca antes foi realizada na história. Essa eficiência por sua vez pode ser comprovada ou até mesmo concebida com o auxílio de softwares de simulação, onde os diversos componentes são representados e postos à prova para gerar formas com melhores níveis de desempenho.

Modelos artesanais que antes serviam de inspiração para forma de edificações e envoltórias hoje podem ser replicados em formatos maiores e com menos tempo de execução devido aos avanços tecnológicos na pré-fabricação de componentes. Na atualidade a pré-fabricação de peças, revestimentos, componentes estruturais, e demais materiais construtivos, é uma grande vantagem e viabiliza o atingimento de resultados mais satisfatórios do ponto de vista do desempenho e estética. Outra vantagem expressiva da pré-fabricação é a evolução das técnicas construtivas que se tornaram mais rápidas e foram transformadas em processos de montagem,

42

favorecendo a execução de formas mais dinâmicas através de uma construção com menos desperdícios (FOSTER, 2008).

Figura 12 – A envoltória das cabanas do Centro cultural Jean Marie Tjibaou na Nova Caledônia é uma releitura da arquitetura vernacular da região.

Fonte: Archdaily.

Utilizar a tecnologia para gerar melhorias na performance dos edifícios é uma conquista que tem impactos na sustentabilidade urbana. A forma das edificações como um contribuinte para o entorno e em alguns casos, melhoria da qualidade bioclimática do contexto local é algo grandioso, os edifícios perdem o status de barreiras na paisagem e passam a incorporá-la de modo menos agressivo originando menores impactos.

43

A forma da edificação é a expressão urbana de um tempo, ela carrega o poder de modificar o cenário local. Por vezes a expressão da forma é algo desafiador para o poder construtivo

de

uma

época,

mas através dela

pode-se

incentivar o

desenvolvimento de novas técnicas e antecipar o futuro (FOSTER, 2008).

Associar as condicionantes, as potencialidades, e a tecnologia disponível para conceber a forma é o caminho para gerar edifícios com melhores níveis de desempenho, maior conforto aos usuários, e menores gastos operacionais. A forma deve ser vista não apenas como uma resultante, mas como um meio de discorrer sobre os objetivos iniciais do projeto nos contextos bioclimáticos e energéticos, e também de comunicar um discurso ao meio ambiente urbano. A forma cria ícones, gera atração, seu papel vai além do componente da envoltória como um sistema de separação entre o ambiente interno e externo do edifício. É necessário entendê-lo no contexto macro e micro para aproveitar de maneira rica os benefícios provenientes das boas práticas da arquitetura.

44

6 MATERIAIS CONSTRUTIVOS Os materiais construtivos designados ao projeto de envoltória desempenham um papel importantíssimo no desempenho da edificação. É através das propriedades dos materiais que várias condicionantes serão parcialmente solucionadas, logo é fundamental especificá-los de maneira compatível com as estratégias estabelecidas para garantir o conforto térmico. A especificação dos materiais construtivos é uma determinante que deve ser estritamente integrada ao contexto bioclimático, escolhas equivocadas podem por em risco a performance de toda a edificação mesmo que outras estratégias de respostas as condicionantes tenham sido previamente tomadas.

A materialidade, de acordo com os parâmetros bioclimáticos e energéticos, é integrada ao desempenho térmico da edificação. O papel da envoltória, de separar o ambiente interno do externo, é o responsável por atuar como barreira e através de uma ou mais camadas solucionar as questões de conforto entre os dois ambientes.

As propriedades dos materiais são expressas através de índices específicos que revelam seu desempenho de acordo com vários parâmetros. Para a finalidade do projeto de envoltória e relação com o desempenho térmico serão abordados neste trabalho os índices significativos para auxiliar a escolha dos materiais em regiões de clima tropical úmido. Os principais conceitos a serem considerados para a seleção de materiais de acordo com o desempenho térmico são condutividade, capacidade térmica, fator solar e atraso térmico. Todos estes são expressos através de índices calculados por expressões matemáticas com o objetivo de quantificar o nível de desempenho do material na relação com a incidência e radiação solar, e o seu comportamento no que diz respeito à transmissão de calor. Segue abaixo uma lista com os índices citados e seus respectivos conceitos.

CONDUTIVIDADE TÉRMICA

É uma propriedade relativa à densidade do material e

(l)

representa sua capacidade em conduzir maior ou

W/(m.K)

menor quantidade de calor por unidade de tempo. É característica de materiais homogêneos e isótropos, no qual se verifica um fluxo de calor constante com

45

densidade de 1 W/m², quando submetido a uma variação de temperatura uniforme de 1 Kelvin por metro.

RESISTÊNCIA TÉRMICA (R)

É a propriedade de um material em resistir à passagem

m²K/W

do calor. Quanto maior a espessura de um material, maior será a resistência que ele oferecerá a passagem do calor. Por outro lado, quanto maior for à condutividade térmica maior será a quantidade de calor transferida entre as suas superfícies e menor será sua resistência térmica. A resistência térmica de uma camada formada por vários componentes pode ser expressa pela somatória das resistências de todos os materiais.

TRANSMITÂNCIA TÉRMICA (U) W/(m².K)

É o inverso da resistência térmica, ou seja, é a capacidade

do

material

em

transmitir

calor.

É

considerada a propriedade mais importante para a avaliação do desempenho dos fechamentos opacos frente à transmissão de calor.

CAPACIDADE TÉRMICA (C)

É a propriedade do material que indica sua maior ou

J/K

menor capacidade em reter calor. Ela expressa a quantidade de calor necessária para variar em uma unidade a temperatura de um sistema. Através da obtenção do valor da capacidade térmica é possível avaliar quanto um material pode contribuir em termos de inércia térmica para um ambiente.

FATOR SOLAR (FS)

É um conceito relativo a aberturas ou elementos

%

translúcidos aplicados nos edifícios. Representa a

46

razão entre a quantidade de energia solar que atravessa a abertura pelo que nela incide. É expresso em percentual e é variável de acordo com a orientação e ângulo de incidência da radiação solar.

ATRASO TÉRMICO (f)

É a expressão em horas do tempo transcorrido entre

Horas

uma variação térmica em um meio e sua manifestação na superfície oposta de um componente construtivo submetido a um regime periódico de transmissão de calor. Depende da capacidade térmica dos materiais construtivos e da ordem em que as camadas estão dispostas.

Lista 2 – Propriedades térmicas dos materiais construtivos Fonte: a autora, a partir de consulta a Eficiência Energética na Arquitetura (LAMBERTS, 2014), e NBR 15220 Desempenho térmico das Edificações.

Apesar de não ser uma propriedade expressa em índice, a inercia térmica pode ser entendida como um comportamento dos materiais relativo à transmissão de calor de acordo com um parâmetro temporal. É um efeito importantíssimo obtido através dos materiais para regulagem térmica de ambientes sujeitos a variação de temperatura pelo meio exterior. No caso do projeto de envoltória compreender o efeito de inercia térmica é fundamental para adotar estratégias que venham a integrar os seus resultados com o objetivo de gerar conforto.

A inercia térmica pode ser compreendida como a capacidade do material em armazenar e transmitir o calor e representa uma das estratégias passivas mais importantes

do

projeto

bioclimatico

(SZOKOLAY,

2004).

A

capacidade

de

armazenamento e transmissão pode ser manipulada através do conhecimento dos índices dos materiais relativos à capacidade e atraso térmico. Ao incorporá-la como estratégia passiva de acordo com os resultados objetivados outros mecanismos devem ser utilizados para controlar seus efeitos de acordo com as necessidades climáticas.

47

Em regiões tropicais úmidas onde as temperaturas médias diárias são maiores que as toleradas pelo limite de conforto, a ventilação noturna pode ser empregada para modificar o efeito da inércia térmica como forma de auxiliar no processo de dissipação de calor (SZOKOLAY, 2004). Nestas regiões é recomendado utilizar materiais com baixa inércia térmica, porém no caso de descumprimento desta recomendação esta prática é aconselhada, pode ser executada pela ventilação natural através de janelas e aberturas, mas também por meio de sistemas de ventilação mecânicos específicos para esta finalidade.

O comportamento climático da região que receberá o edifício determinará as necessidades relativas à performance do material, a NBR 15220 através do Zoneamento Bioclimático Brasileiro recomenda os índices apropriados para cada zona de acordo as necessidades identificadas baseadas na análise do comportamento macro climático de cada região, nas de clima tropical úmido o principal objetivo relativo ao desempenho dos materiais da envoltória é a redução dos ganhos térmicos provenientes do meio exterior. Para isso a NBR 15220 estabelece os seguintes índices como sendo adequados a regiões com estas características climáticas: VEDAÇÕES EXTERNAS Parede Leve Refletora

Cobertura Leve Refletora

Tabela 4 – Tipos de vedações externas para a Zona Bioclimática 8 Fonte: NBR 15220 Desempenho Térmico das Edificações

VEDAÇÕES EXTERNAS Paredes

Coberturas

Leve Leve Refletora Pesada Leve Isolada Leve Refletora Pesada

Transmitância Térmica – U W/m².K U ≤ 3,00 U ≤ 3,60 U ≤ 2,20 U ≤ 2,00 U ≤ 2,30 U ≤ 2,00

Atraso Térmico – f Horas f≤ 4,3 f≤ 4,3 f≥ 4,3 f≤ 3,3 f≤ 3,3 f≤ 6,5

Fator Solar – Fs % Fs ≤ 5,00 Fs ≤ 4,00 Fs ≤ 3,50 Fs ≤ 6,50 Fs ≤ 6,50 Fs ≤ 6,50

Tabela 5 – Transmitância térmica, atraso térmico e fator de calor solar admissíveis.

Fonte: NBR 15220 Desempenho Térmico das Edificações

48

Outro fator importante ao ser considerado na especificação de materiais é a cor. As cores estão ligadas principalmente aos conceitos de absortividade e refletividade, e desempenham um papel importantíssimo relativo à radiação térmica incidente, podendo transmitir, refletir, absorver e reemitir a radiação para o ambiente interior. A radiação incidente em um material é fracionada em parcelas que irão se comportar segundo estas ações, a soma dessas parcelas corresponderá a cem por cento do total incidente. A absortividade dos materiais construtivos é seletiva a radiação solar, e é determinada principalmente por sua cor superficial, assim um material escuro absorverá a maior parte da radiação enquanto que um material claro absorverá bem menos (LAMBERTS, 2014). Ao mesmo tempo em que a o aumento da absorção de calor por um material determinado por sua cor é prejudicial ao interior do edifício, a reflexão também pode ser nociva ao entorno. Por tal motivo é necessário considerar de maneira racional os índices de absortividade e refletividade para não favorecer um ambiente em detrimento de altos impactos negativos a outro. Principalmente no caso da especificação de vidros é importante atentar para os índices de reflexão e como estes poderão afetar o entorno. Existem muitos exemplos de edificações altamente refletivas devido a escolhas equivocadas de materiais, os resultados transformam o micro clima da localidade prejudicando o conforto da sociedade de maneira geral.

Figura 13 e 14 – Edifício Walkie Talkie e sua fachada altamente refletiva em Londres.

Fonte: National Post.

49

6.1 OS MATERIAIS E O DESEMPENHO ACÚSTICO Apesar de ser abordada com menos expressividade no projeto de envoltória a questão da performance acústica dos materiais é muito pertinente quando utilizada como estratégia.

Semelhante

ao

desempenho térmico

também

existem

índices

e

particularidades que devem ser considerados na especificação de materiais construtivos quando se deseja adotá-los para cumprir algum objetivo.

Para o desempenho acústico uma das características mais importantes é a superfície do material, ela irá ditar a natureza do comportamento do mesmo como isolante, absorvente ou refletor. Os isolantes acústicos atuam reduzindo a energia do som transmitido pelas estruturas para os ambientes vizinhos, já os absorventes reduzem a energia de um som refletido por uma superfície do mesmo ambiente (CORBELLA, 2003).

Os materiais formados por placas com superfícies rígidas e planas refletem o som sem o absorver funcionando como espelhos para a sua reflexão, ao contrário dos que são fibrosos ou porosos que irão absorvê-lo. Nestes as rugosidades provocam reflexões dentro das cavidades contribuindo para a absorção da energia sonora.

Assim como acontece com a incidência e radiação solar em que diferentes cores absorvem o calor de forma distinta, as superfícies absorvem os intervalos de frequência de som de maneira diversificada. Desta forma cada material possui um coeficiente de absorção dado em função da frequência de acordo com a tipologia do som, e em resposta ao coeficiente de absorção há um coeficiente de reflexão, a soma dos dois obrigatoriamente deve ser igual a um.

Outro índice importante a ser considerado é o de redução do som, ou SRI (Sound Reduction Index), que é dado em função do som transmitido através de paredes ou obstáculos. Para defini-lo é necessário considerar a espessura do material e a massa por metro quadrado de base, é dado em decibéis (dB), onde a redução de 10 dB significa reduzir pela metade a sensação sonora do som recebido (CORBELLA, 2003).

50

Em recomendações gerais na ocorrência de uma fonte de ruído que afete o conforto dos usuários da edificação a envoltória não deve ter muitas aberturas, o arquiteto deve associar as propriedades acústicas dos materiais com as estratégias de projeto, criando obstáculos - paredes, painéis absorventes ou deflectores - para evitar ou diminuir o ruído que chega a abertura (CORBELLA, 2003).

Paredes Tijolo furado/cavidade/tijolo+reboco Tijolo furado + reboco Tijolo furado + reboco Concreto leve Concreto denso Chapa de fibrocimento

Espessura (cm) 25 21 10 30 5 1.2

Massa por m² de base (kg/m²) 425 425 215 190 115 12

SRI (dB) 53 50 45 42 40 25

Tabela 6 – Valores de SRI para alguns tipos de parede Fonte: (CORBELLA, 2003) 6.2 MATERIAIS OPACOS E TRANSLÚCIDOS Os materiais construtivos podem ser classificados segundo diversos critérios, mas a convenção mais usual é a classificação entre opacos e translúcidos. Atualmente existe uma grande variedade de tipologias de materiais que podem ser aplicados à envoltória, ela evolui com o avanço tecnológico e com a implementação de novas tecnologias ao desempenho e sistemas do material, e a cada ano surgem novas opções. Apesar dessa disponibilidade na realidade brasileira os materiais mais aplicados a fachadas são os compostos de concreto, revestimentos cerâmicos e o vidro.

Ao projetar a envoltória é fundamental atentar para o equilíbrio entre o percentual de materiais opacos e translúcidos, uma vez que principalmente em regiões tropicais úmidas, os translúcidos representam maiores ganhos térmicos. Para utilizar a diversidade de materiais de forma racional é necessário considerar principalmente os índices relativos às propriedades e as opções de desempenho possibilitadas pela tecnologia aplicada.

51

6.2.1 Materiais opacos A performance térmica e acústica dos materiais opacos é superior à dos translúcidos em regiões tropicais úmidas. Através do comportamento deles frente às condicionantes estratégias passivas podem ser efetuadas, a exemplo disso quando a inercia térmica de um material é adotada como forma de regular a temperatura. Outra vantagem é a possibilidade de trabalhar com várias camadas de diferentes materiais para formar um único elemento objetivando atingir melhor desempenho. No Brasil o concreto e a alvenaria ainda são os materiais mais aplicados à construção de envoltórias e fachadas. Segue nos próximos itens uma breve descrição de três materiais opacos adequados à construção de paredes de envoltórias em regiões tropicais úmidas segundo

critérios

de

aceitação

pela

indústria

construtiva,

flexibilidade

e

desenvolvimento tecnológico.

6.2.1.1 Concreto Uma vantagem significante entre o concreto e outros materiais utilizados na construção de fachadas É a flexibilidade oriunda da possibilidade de total moldagem em loco.

Enquanto outros materiais como metal, vidro, alvenaria, plásticos e madeira são produzidos em dimensões padronizadas em forma de painéis, chapas ou secções, o concreto pode ser moldado, ou pré-moldado de acordo com as necessidades do projeto, viabilizando o alcance de formas sinuosas através de um material com maior densidade.

A evolução dos avanços tecnológicos na exploração da materialidade do concreto pode ser percebida através do tempo. O advento do concreto armado foi um catalisador para exploração

de

novas

formas

de

aplicação

do

concreto

contribuindo

para

desmistificação de algumas características negativas associadas a ele como a rigidez e o peso. O concreto em forma de painéis pré-moldados pode ser encarado como um material ainda mais vantajoso, pois agrega os benefícios da pré-fabricação e pode ser utilizado duplamente como componente estrutural e como estrutura de fechamento.

O concreto também possibilita a disposição de aberturas tanto quando é moldado em loco como quando é pré-fabricado assim como também é flexível para disposição em

52

camadas, podendo ser associado a outros materiais. Quanto a performance térmica a possibilidade de associação com outros materiais através de camadas e a variação de espessuras viabiliza uma flexibilidade em relação ao desempenho, em termos gerais pode ser considerado um material com alta inércia e boa resistência térmica. Em regiões tropicais úmidas onde os requerimentos relativos a estruturas de fechamento são: transmitância térmica U ≤ 3,60, Atraso térmico f≤ 4,3, e Fator solar Fs ≤ 4,00, algumas paredes de concreto se comportam de acordo com a tabela abaixo segundo estas propriedades.

Tipo de Parede

U – W/m².K

Ct – Kj/m².K

f – horas

Parede de concreto maciço 5 cm de espessura

5,04

120

1,3

Parede de concreto maciço 10 cm de espessura

4,40

240

2,7

Parede de concreto maciço, 15 cm de espessura, com camada de gesso de 5 cm de espessura

1,15

-

6,3

Painel de concreto pré-moldado, espessura de 7,5 cm com cavidade aérea de 2,5 cm, isolamento EPS* 2,5 cm e painel de gesso de revestimento

0,84

-

3,0

*EPS – poliestireno expandido é um material isolante.

Tabela 7 – Propriedades térmicas de algumas paredes de concreto Fonte: a autora, a partir de consulta a Introduction to Architectural Science (SZOKOLAY, 2004) e NBR 15220 Desempenho Térmico das Edificações.

6.2.1.2 Alvenaria A alvenaria é o material construtivo mais utilizado no Brasil, o domínio das técnicas construtivas relacionadas a ela e a ampla disponibilidade no mercado nacional tornam seu emprego bastante intenso. É um material simples disponível em tijolos de variados tamanhos, assim como o concreto pode ser disposto em camadas para formação de componentes, e sua flexibilidade pode ser atribuída à sua forma de pequenos blocos que viabilizam de maneira simplificada a disposição de aberturas.

53

É um material que quando aplicado a envoltórias geralmente é resultante de uma fachada atrelada à estrutura. Diferente do concreto seu uso aparente não é recomendado, é, portanto dependente de acabamentos externos e internos. A variedade de tijolos disponível e a possibilidade de composição com outros materiais a torna adequada a regiões tropicais úmidas, e as melhores performances térmicas obtidas com a alvenaria são provenientes dos tijolos que incorporam em seu formato cavidades de ar. Considerando os índices requeridos pela NBR 15220 para as regiões tropicais úmidas - U ≤ 3,60, Atraso térmico f≤ 4,3, e Fator solar Fs ≤ 4,00 - segue na tabela abaixo o comportamento de alguns tipos de parede que podem ser executadas em alvenaria.

Tipo de Parede Parede de tijolos maciços aparentes (Dimensões do tijolo: 10,0x6,0x22,0cm) Com argamassa de assentamento (1,0 cm).

Espessura total da parede 10,0 cm

U – W/m².K 3,7

Ct – Kj/m².K 149

f – horas 2,4

Parede de tijolos 6 furos quadrados, assentados na menor dimensão Dimensões do tijolo: 9,0x14,0x19,0cm Espessura da argamassa de assentamento: 1,0 cm Espessura da argamassa de emboço: 2,5 cm Espessura total da parede: 14,0 cm

2,48

159

3,3

Parede de tijolos de 6 furos circulares, assentados na maior dimensão Dimensões do tijolo: 10,0x15,0x20,0 cm Espessura da argamassa de assentamento: 1,0 cm Espessura da argamassa de emboço: 2,5 cm Espessura total da parede: 20,0 cm

1,92

202

4,8

Parede dupla de tijolos de 6 furos circulares, assentados na menor dimensão Dimensões do tijolo: 10,0x15,0x20,0 cm Espessura da argamassa de assentamento: 1,0 cm Espessura da argamassa de emboço: 2,5 cm Espessura total da parede: 26,0 cm

1,52

248

6,5

54

Tabela 8 – Propriedades térmicas de algumas paredes de alvenaria Fonte: a autora, a partir de consulta a NBR 15220 Desempenho Térmico das Edificações.

6.2.1.3 Madeira A madeira como material construtivo aplicado a fachadas e envoltórias ainda é utilizada com pouca expressividade no Brasil, corresponde a um material que pode ser utilizado tanto para fins estruturais para componente de fechamento. A maior vantagem do uso da madeira é o processo de construção seca, onde as técnicas aplicadas predominantemente são de montagem, viabilizando uma execução mais rápida. É um material leve que é fixado a estruturas que podem ser da própria madeira, de concreto ou metálicas. Assim como o concreto e a alvenaria pode ser associada a outros materiais para alcance de melhores níveis de desempenho. Necessita de cuidados especiais com a fixação em regiões onde os ventos são muito fortes e proteção contra umidade e água da chuva, esta última muitas vezes já acompanha o produto pré-fabricado e é geralmente feita através de tratamentos com camadas de impermeabilizantes na própria madeira. É necessário atentar para a fonte da qual o material esta sendo adquirido, é sempre recomendável utilizar madeira de procedência legal, com selos de certificação e de áreas reflorestadas.

Tomando como base os índices recomendados ela NBR 15220 em regiões tropicais úmidas – U ≤ 3,60, Atraso térmico f≤ 4,3, e Fator solar Fs ≤ 4,00 - é notável que a para ter uma boa performance térmica, a associação com outros componentes como isolantes e cavidades de ar, é pertinente. f – horas -

U – W/m².K 4,0

Ct – Kj/m².K -

Placa Prensada Espessura 2,5 cm.

4,0

-

-

Painel de Madeira, espessura 2cm, fixado a estrutura.

3,0

-

0,4

Tipo de Parede Painel de madeira – carvalho, freijó, pinho, cedro e pinus.

Espessura 3 cm.

55

Painel de Madeira, espessura 2cm, fixado a estrutura, com isolante EPS, espessura 2,5cm

0,76

-

1,0

Tabela 9 – Propriedades térmicas de algumas paredes de madeira Fonte: a autora, a partir de consulta a Introduction to Architectural Science (SZOKOLAY, 2004), e Eficiência Energética na Arquitetura (LAMBERTS, 2014).

Figura 15 e 16 – Modelos 3D de paredes de madeira em para aplicação em fachadas.

Fonte: (WATTS, 2013)

6.2.2 Materiais translúcidos A importância dos materiais translúcidos no projeto de envoltória é relativa à iluminação natural e a viabilização de aberturas que possam duplamente possibilitar a entrada de luz e a ventilação. Na maioria dos casos os materiais translúcidos são aplicados como esquadrias, detalhes construtivos, e elementos de proteção, uma exceção a este padrão é a larga aplicabilidade de cortinas de vidros ao redor do mundo em edifícios majoritariamente corporativos institucionais.

As principais trocas térmicas em uma edificação acontecem geralmente através destes materiais (LAMBERTS, 2014). Diferente dos materiais opacos eles permitem a passagem direta da radiação para o interior do edifício, desta forma controlar as parcelas transmitidas diretamente para o ambiente interno pode ser considerado o principal desafio da aplicação dos materiais translúcidos. Considerando esta

56

característica conhecer a transmissividade do material e o fator solar torna-se fundamental para analisar as cargas térmicas ao qual o ambiente será submetido, e a partir destes selecionar os materiais específicos que atendam as necessidades de desempenho. Nos próximos subitens serão abordados de maneira breve alguns materiais translúcidos.

6.2.2.1 Vidro O vidro é o material translúcido mais utilizado no mundo, a tendência pós-moderna de utilizá-lo como principal elemento de fechamento das envoltórias impulsionou os avanços tecnológicos no desenvolvimento de diversas tipologias para melhorar a performance térmica e lumínica das edificações. A versatilidade do vidro esta na sua aplicação, hoje ele pode ser empregado para a composição de qualquer elemento construtivo, até mesmo para a performance estrutural já foi desenvolvida uma técnica construtiva onde o vidro funciona como elemento de fechamento e componente estrutural da envoltória.

Figura 17 e 18 – Loja da Apple® em Nova York com o emprego do vidro estrutural e detalhe construtivo da escada executada em vidro estrutural.

Fonte: Dezeen.

57

Uma grande variedade de tipologias é disponibilizada no mercado, contudo o que garantirá uma boa performance do material de acordo com o contexto térmico é a veracidade relativa aos índices de transmissividade e fator solar. Apesar de amplamente utilizado a aplicação do vidro deve ser realizada com cautela, em regiões tropicais úmidas é imprescindível à utilização de vidros com índices de desempenho excelentes. A especificação de uma tipologia de vidro inadequada nesta região climática pode acarretar em prejuízos grandiosos no desempenho da edificação e consequentemente aumentar seu consumo energético sem a garantia de que o conforto térmico será obtido.

Vários requisitos podem servir de base para a escolha do tipo de vidro a ser utilizado em um elemento construtivo. Entre eles pode-se destacar o controle da radiação solar de acordo com alguns objetivos como, admitir ou bloquear a luz natural, admitir ou bloquear o calor solar, permitir ou bloquear as perdas de calor do interior, permitir o contato visual entre o interior e exterior, dentre outros (LAMBERTS, 2014).

A diversidade de tipologias de vidro possibilita a classificação de acordo com vários parâmetros, eles podem ser classificados quanto a cor, proteção, performances específicas, segurança, etc. Na tabela abaixo é apresentada a classificação de vidros de acordo com o a composição.

TIPO DE VIDRO Vidro Simples

CARACTERÍSTICAS Composto apenas por uma lâmina de vidro, onde todas as propriedades estão associadas a esta.

Vidro Laminado

Composto por duas ou mais lâminas de vidro intercaladas com um filme adesivo, neste as propriedades estão associadas às lâminas e ao filme adesivo.

Vidro Insulado

Composto por duas ou mais lâminas de vidro intercaladas com um espaçamento que pode ser preenchido com ar ou outros gases especiais.

Tabela 10 – Tipos de vidro de acordo com a composição Fonte: a autora.

Muito se fala na atualidade a respeito de vidros Low-e ou de baixa emissividade, estes são vidros onde no processo de fabricação é aplicada a lâmina uma fina camada de

58

óxido metálico que possui propriedades de reduzir a transferência de calor por radiação de onda longa, desta forma o material viabiliza a penetração da luz, porém reduzindo os ganhos térmicos, os vidros Low-e podem ser desde simples até insulados.

Para especificação de vidros em regiões tropicais úmidas é importante optar por um tipo que apresente baixo fator solar, a utilização de vidros Low-e também é bastante pertinente, pois os mesmos favorecem a iluminação natural sem que os ganhos térmicos sejam exacerbados.

Tipo de Vidro

Propriedades ópticas solares Refletânci Absortivida Transmitân a de cia (%) (%) (%)

Fator Solar (%)

Transmissão de Luz Natural (%)

Calor: proporção de luz (%)

Vidro Transparente Lâminas simples – 3mm 7 8 85 87 90 Lâmina *flutuante – 6mm 8 12 80 84 87 Lâmina *cabeada– 6mm 6 31 63 71 85 Vidro Colorido Lâmina – 3mm verde 6 55 39 56 49 Lâmina – 3mm azul 6 32 62 72 31 Lâmina – 3mm âmbar 6 40 52 66 58 Vidro absorvente Lâmina – 6mm cinza 5 51 44 60 41 Lâmina – 6mm verde 6 49 45 60 75 Lâmina – 6mm bronze 5 51 44 60 50 Vidro refletivo (laminado 6mm) Revestimento de Alta 47 42 11 25 20 densidade Revestimento de Média 33 42 25 41 38 densidade Revestimento de Baixa 21 43 36 63 63 densidade *nomenclatura referente a técnicas utilizadas na fabricação do vidro para proporcionar melhor desempenho

0.97 0.96 0.83 1.14 2.32 1.14 1.46 0.80 1.20

1.25 1.08 0.84

Tabela 11 – Propriedades ópticas solares e térmicas: transmissão de luz de diferentes tipos de vidro Fonte: (YEANG, 1999).

6.2.2.2 Policarbonato O policarbonato é um termoplástico que pode ser utilizado como revestimento, e como outras formas de elementos construtivos, como detalhes e telas de proteção - solar,

59

água da chuva, etc. Sua aplicação é conveniente quando a necessidade por transparência e isolamento térmico é necessária (WATTS, 2013).

Uma desvantagem significante do policarbonato é sua tendência em amarelar com o tempo, a aplicação de revestimentos acrílicos a sua superfície pode solucionar essa característica, é também um material inflamável, por essa razão seu uso em fachadas é limitado. Pode ser moldado em formas complexas, e como outras características positivas, pode-se destacar a sua alta resistência, ductibilidade e leveza. Uma vantagem do policarbonato sobre o vidro é a sua resistência, que é maior se comparada aos vidros laminados de alta resistência, a durabilidade baixa por sua vez pode ser compreendida como a maior desvantagem, assim como a baixa resistência ao risco, e sua performance relacionada a dilatação - altas temperaturas tendem a dilatar o policarbonato 20% a mais que o vidro.

Sua aplicação em regiões tropicais úmidas é indicada principalmente como revestimento, para contribuir com a performance de um componente, associado a outros materiais onde o isolamento térmico é necessário, ou meramente por razões de acabamento e estética, é importante ressaltar que o seu comportamento térmico de maneira isolada absorve a radiação de onda longa e não permite a dissipação de calor, originando um efeito estufa ao ambiente.

Figura 19 – Modelo 3D de parede de policarbonato para envoltória.

Fonte: (WATTS, 2013).

60

6.2.2.3 ETFE ETFE (ethylene-tetra-flouro-ethylene) é um polímero que se assemelha ao PTFE (popularmente conhecido como Teflon), seu uso é pouco expressivo no Brasil, mas é amplamente utilizado em outros países, como Reino Unido, China e Austrália. É um material que se encaixa também na classificação de materiais do tipo membrana, é mais aplicado a parte da cobertura da envoltória, mas seu uso em fachadas vem crescendo progressivamente.

Representa um sistema onde são formadas bolsas de ar geralmente a partir de três camadas do material, duas externas e uma intermediaria. O ETFE é fixado em uma estrutura similar as armações que dão suporte as cortinas de vidro, e através delas o ar é inflado para as bolsas. É um material translúcido, flexível e altamente resistente, com expectativa de vida de 25 a 35 anos. A transmitância térmica do ETFE de três camadas é de aproximadamente 2,0 W/m².K, o que confere um desempenho similar a de vidros duplos insulados. Os valores de transmitância são flexíveis de acordo com o espaçamento e quantidade de ar entre as duas membranas.

A espessura das membranas varia de 0,2 mm a 0,5mm, uma bolsa de ETFE pode garantir a transmissão de ate 95% de luz natural, e apesar do caráter translúcido ele é disponível em uma grande variedade de cores e níveis de transparências. Uma desvantagem na sua aplicação é sua performance em relação ao fogo não é considerado um material inflamável, mas quando submetido a combustão derrete e simplesmente desaparece deixando pouquíssimos resíduos.

61

Figura 20 e 21 – Modelo 3D de detalhes de envoltória e cobertura utilizando ETFE. Fonte: (WATTS, 2013).

Figura 22 – Estádio Olímpico de natação Cubo D’água em Pequim em fase de construção da envoltória de ETFE. Fonte: Archdaily.

62

7 CONCLUSÃO Valorizar o processo de projeto na concepção e desenvolvimento de fachadas e envoltórias é fundamental para alcançar um bom resultado no desempenho da edificação. Ao realizá-lo de maneira meticulosa e detalhada as possibilidades de obtenção de resultados suscetíveis serão maiores. A edificação construída e operante de maneira satisfatória pode ser compreendida como o resultado de duas fases, préprojeto e desenvolvimento, onde na primeira são realizados diagnósticos, análises e identificadas as condicionantes que indicarão as particularidades do local, e na segunda são desenvolvidas estratégias para solucionar as questões que influenciarão o conforto dos usuários e o desempenho térmico, acústico e lumínico.

Assim como valorizar o processo de projeto é importante definir os objetivos que o nortearão para que o desenvolvimento seja iniciado com o conhecimento dos resultados que devem ser atingidos. No prosseguimento as etapas de pré-projeto, e desenvolvimento é importante valorizar os detalhes e compreender o escopo de cada uma delas. Após o término da construção e passado um ano do início da operação do edifício seu desempenho poderá ser avaliado como satisfatório ou não de acordo com o contexto energético e bioclimático.

A arquitetura bioclimática e a eficiência energética são duplamente princípios e objetivos que devem ser materializados no processo projetual. O reconhecimento da importância da singularidade do local que receberá o edifício e suas características inerentes, associado à adoção de estratégias primeiramente passivas que visem responder as condicionantes locais conduzirá a concepção de um projeto bioclimatico energeticamente eficiente. As potencialidades do lugar podem ser exploradas de maneira adicional com o objetivo de agregar valor ao edifício e maximizar seu desempenho, é uma oportunidade de implementar tecnologias e desenvolver sistemas ativos de acordo com as possibilidades geradas pelas conquistas tecnológicas do momento de concepção ou de um futuro próximo.

O contexto bioclimático é o maior indicador da especificidade arquitetônica requerida, portanto as edificações e todos os seus elementos devem responder ao contexto local.

63

As envoltórias exclusivamente tem a função de proteger o edifício do meio exterior e como este não se comporta de maneira universal para cada localidade os requerimentos para um projeto de envoltória satisfatório serão diferentes. Analisando a localidade no contexto microclimático este fato deve ser refletido na edificação através da disposição dos espaços e das formas e estratégias adotadas para cada fachada ou orientação da envoltória visando o conforto e a conservação de energia.

Um dos principais papéis da arquitetura é proporcionar espaços que favoreçam as atividades humanas considerando os diversos setores e questões vigentes na sociedade mundial no presente século. Refletindo sobre as questões climáticas globais, os impactos no meio ambiente e o esgotamento constante de recursos energéticos esse papel se torna cada vez mais abrangente. Através de um elemento potencial como a envoltória é possível responder aos desafios dos impactos da operação dos edifícios no consumo de energia das cidades. A inovação e a demanda por tecnologia que favoreçam o desempenho das edificações são catalisadores que impulsionam o desenvolvimento tecnológico, o poder da arquitetura reside em gerar inovação e aperfeiçoar cada vez mais as técnicas e estratégias através de projetos compatíveis com os desafios ambientais e energéticos da atualidade.

64

REFERÊNCIAS ABNT. NBR 15220, Desempenho térmico de edificações – Parte 1: Definições, símbolos e unidades, 2005.

ABNT. NBR 15220, Desempenho térmico de edificações – Parte 2: Métodos de cálculo da transmitância térmica, da capacidade térmica, do atraso térmico e do fator solar de elementos e componentes de edificações, 2005.

ABNT. NBR 15220, Desempenho térmico de edificações – Parte 3: Zoneamento bioclimático brasileiro e diretrizes construtivas para habitações unifamiliares de interesse social, 2005.

AKSAMIJA, Ajla. Sustainable facades: design methods for high-performance building envelopes. New Jersey: John Wiley & Sons, 2013.

BARROS, Anésia, RAMOS, Sueli. Manual de Conforto Térmico. São Paulo: Studio Nobel, 2003.

CORBELLA, O.; YANNAS, S. Em busca de uma arquitetura sustentável para os trópicos: conforto ambiental. Rio de Janeiro: Revan, 2003.

DUTRA, Luciano e LAMBERTS, Roberto. Eficiência energética na arquitetura, 3ª edição. Eletrobrás/Procel, 2014.

FOSTER, Norman. TED Talks: Building on the green agenda, 2008. Acessado em https://youtu.be/jNgkEGs1l4A, outubro de 2016.

HERTZ, John. Ecotécnicas em arquitetura: como projetar nos trópicos úmidos do Brasil. São Paulo: Pioneira, 1998.

OLGYAY, Victor. Arquitectura Y Clima Manual de Deseno Bioclimatico. Barcelona: Gustavo Gili, 1998.

SADINENI, Suresh B. Renewable and Sustainable Energy Reviews - Passive building energy savings: A review of building envelope components. Science Direct, 2011.

65

SZOKOLAY, Steven V. Introduction to Architectural Science: The Basis of Sustainable Design. Oxford: Architectural Press, 2004.

WATTS, Andrew. Modern Construction Envelopes, 3rd edition. Vienna: Springer Verlag GMBH, 2013.

WATTS, Andrew. Modern Construction Handbook, 3rd edition. Vienna: Springer Verlag GMBH, 2013.

YEANG, Ken. The skyscraper bioclimatically considered. London : Academy Editions, 1996.