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Adaptação às mudanças climáticas: Desafios para a requalificação de edifícios existentes


Adaptação às mudanças climáticas: Desafios para a requalificação de edifícios existentes SUZANA SEIKOYUME TATEOKA Orientadora: Profª.Drª. Denise Helena Duarte

Trabalho Final de Graduação FAUUSP 2016


Sumário: 1.

Introdução e motivações

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2.

Objetivo e objeto de estudo

8

3.

Material, método e critérios de avaliação

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4. Mudanças climáticas 10 4.1. Histórico, sistema climático e ações humanas 10 4.2. Projeções futuras 15 4.3. O impacto das mudanças climáticas nos edifícios 18

10. Propostas de requalificação 51 10.1. Estudo de alternativas arquitetônicas 54 10.1.1. Ventilação 54 10.1.2. Sombreamento 55 10.1.3. Massa térmica 56 11. O projeto 57 11.1. Propostas de melhoria ao conforto térmico 58 11.2. Propostas de melhoria ao prédio e o meio urbano 67 12. Considerações finais 84

5.

Verticalização de São Paulo na década de 1970

20 13. Bibliografia 85

Agradecimentos À minha família, pois sem eles este sonho não seria possível. À professora Denise Duarte por todo o conhecimento ensinado, apoio e suporte ao longo de minha formação acadêmica e neste Trabalho Final de Graduação. À Carol Alves pelo conhecimento compartilhado e pela paciência. Aos muitos professores que fizeram parte desta jornada na FAU e na POLI, que contribuíram para minha formação e indiretamente orientaram este trabalho. À Bianca, Camilla, Mayumi,Yeni e Yukie pelas parcerias na FAU. Aos amigos FAU-POLIs, o melhor presente que a POLI poderia me dar. Aos amigos do Atletismo ACENBO por me ensinarem o verdadeiro valor de união, luta pelos sonhos e da conquista pelo esforço próprio. Aos amigos do Atletismo USP, pelos momentos de incentivo e descontração, por sempre me fazerem acreditar que o atletismo, com certeza, não é um esporte individual e me fazerem sentir parte desta família. Ao Eiji pelo apoio, companheirismo e compreensão em qualquer momento.

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6.

Requalificação de edifícios

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7. Índice de conforto térmico 24 7.1. Conforto Adaptativo 25 7.2. Ashrae 55/2013 27 8. O objeto de estudo - caracterização da Residência Cerqueira César 29 9. Simulação computacional de desempenho térmico 38 9.1. Modelagem geométrica das residências 39 9.2. Parametrização 40 9.3. Calibração do modelo 42 9.4. Simulações e resultados 44

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1.

Introdução e motivações Figura 1: Economia de um grande número de unidades para diferentes usos finais resultam na distribuição de “cauda longa” de projetos do setor da construção. Fonte: UNEP, 2007.

Figura 2: Tabela de resultados de horas médias de desconforto para as edificações estudas por Alves, 2014.

As mudanças climáticas são evidentes quando observado o aumento da média de temperatura global do ar e do oceano, ocasionando a diminuição das geleiras e consequente aumento no nível do mar. Eventos climáticos extremos também têm sofrido mudanças em intensidade e/ ou frequência, como o aumento na frequência das ondas de calor e precipitações acima da média, observado nos dias de hoje. Por isso há grande importância em avaliar o desempenho térmico das edificações atuais, para que haja a possibilidade de adaptá-los aos parâmetros climáticos aos quais eles estarão submetidos, mitigar o consumo energético e manter o conforto das residências. Os gastos energéticos das edificações ocorrem em todas as fases do seu ciclo de vida, porém, é durante a fase operacional que a maior parte do consumo ocorre, sendo considerável o gasto energético decorrente do resfriamento e aquecimento dos ambientes. Este consumo em edifícios possui uma peculiaridade em relação aos grandes consumidores: é constituída por um grande número de unidades com longa vida útil e diferentes usos finais. A melhoria no desempenho energético dessas edificações tem potencial para a redução da demanda energética e consequentemente parte das emissões de gases estufa (UNEP, 2007). Considerando-se os estudos de ALVES (2014) para São Paulo, para o período 2075 a 2096, é previsto um aumento de desconforto ao calor, em média, de 182% no interior das residências existentes. Esse desconforto tende a se agravar quando considera-se que a frequência de ondas de calor que deve aumentar, e seu efeito conjugado pode potencializar o desconforto térmico por calor, sendo um grande risco à saúde dos usuários, levando em consideração as edificações que não estão adaptadas para este cenário climático. Há uma enorme divergência entre os conceitos básicos que aprendidos nas disciplinas de conforto (não somente o térmico), como deveriam ser aplicados e o que temos de arquitetura construída. As normas técnicas e o código de obras são insuficientes visto o cenário que vivemos e o cenário futuro que tende a se agravar, pois vemos poucas mudanças direcionados no sentido de menores emissões de gases estufa para minimizar as mudanças climáticas. A vida útil das edificações é longa o bastante para estarem submetidas a estas mudanças. É essencial que haja a possibilidade de adaptação e o aumento da resiliência dos edifícios, fator que deveria ser considerado como princípios em qualquer concepção de projeto. Mas e o ambiente já construído? Demolir todos os que não atendem níveis consideráveis de conforto e construir novos ao meu ver não é um opção, pois somente agrava a situação com o desperdício de recursos e energia. Com todas estas questões em mente, a bagagem adquirida em anos de graduação e o apoio da pesquisa de Iniciação Científica sobre conforto térmico e mudanças climáticas realizadas neste período de formação, concretizou-se a idéia da realização de um projeto de retrofit de um edifício existente, com um estoque de edifícios construídos significativo com características semelhantes, podendo ser um estudo de caso para outros projetos de adaptação que estarão por vir com o avanço das mudanças climáticas. 7


2.

Objetivo e objeto de estudo O objetivo deste trabalho é propor um projeto de retrofit de um edifício residencial da década de 1970, visando à melhoria no seu desempenho térmico mantendo o modo passivo de operação ou operar com o máximo de economia de energia em modo misto de climatização para atender o cenário RCP8.5, o mais pessimista das mudanças climáticas previstas para as próximas décadas, se mantido os padrões das emissões atuais, segundo o IPCC - AR5 (Intergovernmental Panel on Climate Change – Fifth Assessment Report). Para este trabalho, o objeto de estudo foi escolhido tendo em vista sua tipologia com características comuns a muitos outros construídos no mesmo período em São Paulo. Considerando-se o estoque de edifícios construídos, a solução proposta seria um exemplo de como poderiam ser estudados e tratados outros edifícios que enfrentarão os mesmos problemas de desconforto neste mesmo contexto.

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3.

Material, método e critérios de avaliação A metodologia que será utilizada é indutiva por meio de levantamentos feitos em campo (dimensionais, construtivos e microclimáticos); dedutivo, por meio de comparações entre o resultado da medição em campo na unidade residencial (o objeto de estudo) que foi estudada com as condições climáticas externas da estação climatológica IAGUSP; e através de simulações computacionais, pelo software de simulação EDSL TAS. Grande parte desta etapa indutiva e dedutiva foi iniciada em pesquisa de Iniciação Científica realizada anteriormente como parte de um projeto maior e que se complementa com a dissertação de mestrado desenvolvida no mesmo grupo (Alves, 2014), Resiliência das Edificações às mudanças climáticas na Região metropolitana de São Paulo – Estudo de caso: Desempenho térmico de Edifícios Residenciais para idosos. Posteriormente será aplicado o índice de conforto térmico adaptativo em vigor na norma norte-americana ASHRAE 55/2013 – Thermal Environmental Conditions for human Occupancy – como critério de avaliação do conforto dos ocupantes em dois cenários, o atual e futuro previsto no IPCC/AR5, para haver uma comparação entre as horas de desconforto nestes dois períodos. Deste modo será possível realizar uma análise das causas dos prováveis aumentos de situações de desconforto para que o projeto de retrofit seja enfim proposto para a adaptação aos efeitos da mudança climática, aumentando a resiliência do edifício. Por fim, após o projeto de retrofit, será feita uma nova simulação para se avaliar se estas propostas atingirão um nível aceitável de conforto ao longo do ano. 1.REVISÃO BIBLIOGRÁFICA JUSTIFICATIVAS

2. LEVANTAMENTOS PRIMÁRIOS

. Mudanças climáticas . Urbanização de São Paulo déc.70 . Requalificação de edifícios . Indicador: Conforto adaptativo e a Ashrae 55/2013

. O objeto de estudo . Coleta de dados construtivos e dimensionais . Medições ambientais em campos.

3. SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL DO AS BUILT . Modelagem do objeto de estudo . Paramentrização do modelo . Simulação do as built: clima presente, futuro próximo, futuro interediários e futuro distante . Aplicação do índice e conclusões

4. PROPOSTAS DE PROJETO

. Estudo de alternativas de projeto e tecnológicas . Propostas viáveis para o caso . Premissas adotadas e concepção . Nova modelagem e parametrização

5. SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL DO PROPOSTA . Simulação do projeto proposto . Aplicação do índice . Avaliação e conclusões

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4. Figura 4: Emissões de GEEs globais anuais do período de 1970 até 2004. Fonte: IPCC, 2007 (p.36).

Mudanças climáticas 4.1. Histórico, sistema climático e ações humanas O conceito de mudança climática, segundo o IPCC, refere-se a mudança no estado do clima e/ou suas propriedades persistindo por um longo período. É cada vez mais reconhecido internacionalmente que as causas são as ações antrópicas, principalmente a queima de combustíveis fósseis. Porém é necessário entender o sistema climático primeiro para que argumentações sejam formuladas, pois é um sistema complexo e pode haver outras causas para as variações que vem ocorrendo no clima. Tendo em vista a complexidade e a importância das questões que envolvem as mudanças climáticas, em 1988, a Organização Meteorológica Mundial (World Meteorological Organization - WMO) e a Organização das Nações Unidas para o Meio Ambiente (United Nations Environment Programme – Unep) criaram o IPCC (Intergovernamental Panel on Climate Change) com objetivo de produzir informação científica, técnica e socioeconômica sobre os riscos e impactos da mudança climática, assim como opções para adaptação e mitigação dos seus efeitos, elaborando relatórios sobre estes aspectos. É um grupo composto por pesquisadores dos diversos países membros das Nações Unidas. O IPCC é responsável pela compilação das inúmeras pesquisas existentes, que apesar de reconhecer um grau de incerteza em todos seus documentos, hoje no seu quinto relatório (AR5- Fifth Assessment Report /2014), o seu grau de confiança tem aumentado com a melhoria dos modelos devido ao avanço científico e tecnológico nos relatórios anteriores. Entre as melhorias estão o aumento da resolução espacial, melhoria na representação dos processos físicos e maior disponibilidade de dados. Nos relatórios são apontadas todas as mudanças climáticas observadas, há uma avaliação das possíveis causas dessas mudanças, assim como é relacionado seus impactos associados. Apresenta-se projeções das mudanças climáticas futuras e são sugeridas opções de estratégias de adaptação e mitigação para o desenvolvimento sustentável regional e global. Neste quinto relatório ainda é sustentada a ideia de que o aquecimento global do último século é decorrente do aumento da concentração dos gases efeito estufa (GEE). As mudanças são evidentes quando observado o aumento da média de temperatura global do ar e do oceano, ocasionando a diminuição das geleiras e consequente aumento no nível do mar (figura 3). Eventos climáticos extremos também têm sofrido mudanças em intensidade e/ou frequência, como o aumento na frequência das ondas de calor e precipitações acima da média. Na figura 4, pode-se observar o aumento das emissões dos GEEs em 70% entre os anos de 1970 e 2004, decorrentes das atividades humanas, como por exemplo, o fornecimento de energia (principalmente pela queima de combustíveis), industrialização e desenvolvimento dos transportes.

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Figura 5: Composição do sistema climático. Fonte: IPCC-AR5, WGI, 2014. (p.126) Figura 3: Os gráficos mostram o aumento da temperatura global média ao longo dos anos, bem como o aumento do nível da água do mar e a diminuição da cobertura de gelo no Hemisfério Norte. Fonte: IPCC, 2007 (p.31).

No entanto, como já foi citado, não somente a concentração dos GEE, mas o sistema climático como um todo deve ser analisado. Segundo WMO [s.d.] apud OLIVEIRA (2008), este é composto por cinco elementos maiores: água, ar, gelo, terra e vegetação, e é influenciado por sua própria dinâmica interna, como as variações de circulação atmosférica e oceânica, e de forças radiativas externas, que podem ser naturais, como erupções vulcânicas, ou antrópicas, como a mudança na composição atmosférica e uso do solo. O sistema climático é fundamentalmente definido pela energia continuamente recebida pelo Sol. A Terra deveria estar em equilíbrio radiativo, perdendo para o espaço a mesma quantidade que recebe de energia, porém de acordo com OLIVEIRA (2009), há três maneiras de alterar este balanço: alterando a quantidade de energia incidente na Terra, mudando sua órbita, por exemplo; alterando a quantidade de energia refletida (albedo) por mudança da cobertura das nuvens e presença de aerossóis, entre outros; ou alterando a quantidade de radiação infravermelha emitida pela Terra, mudando a composição do ar com os GEEs. Pela Teoria de Milankovitch, chegou-se à conclusão que a excentricidade da órbita terrestre tem um ciclo de 105 mil anos, a inclinação do eixo de rotação em relação ao plano da órbita tem ciclo de 41 mil anos e a oscilação das rotações do eixo da Terra sobre ela mesma tem ciclo de 21 mil anos. No entanto, para julgar os parâmetros de mudanças climática de origem antrópica que gira em torno da ordem de um século, praticamente não há alterações na quantidade e distribuição da energia recebida pelo Sol, sendo que os ciclos das órbitas estão na ordem de mil anos. Outro fator que pode alterar a energia incidente na Terra são as manchas solares, pois a radiação emitida pelo Sol varia em função delas. Porém, nos últimos mil anos não foram registradas amplitudes significativas na atividade solar. Quanto ao alberdo, a média da Terra está em torno de 30%, dependendo da refletividade das superfícies que a compõem, como por exemplo, florestas, oceano, gelo, deserto. Outro fator que influencia e intensifica o albedo é a presença de nuvens baixas. E ainda há a contribuição dos aerossóis, naturais ou antropogênicos, que absorvem mais do que refletem a radiação solar. Portanto contribuem ao resfriamento do planeta. Portanto a melhor explicação ao aquecimento dos últimos anos é o acúmulo dos GEEs. Entre eles temos o gás carbônico (CO2), metano (CH4), óxido nitroso (N2O), ozônio (O3) e vapor d’água, que tem a capacidade de absorver a radiação infravermelha, reduzindo a quantidade de energia emitida para o espaço. São, portanto, responsáveis pelo aumento da temperatura na superfície e da troposfera e pelo declínio de temperatura na estratosfera. Outros gases de grande importância para o aquecimento são os clorofluorcarbonetos (CFC), gases sintéticos que tiveram seu uso proibido,

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mas ainda sentimos seus efeitos nos dias de hoje. Há também o dióxido de enxofre e o monóxido de carbono, porém, como são removidos rapidamente da atmosfera, tem pouca influência no clima.

De 1750 a 2005, a concentração de CH4 variou de 730 a 1774 ppbv, porém a velocidade do aumento ainda não é bem compreendida. Mas sabe-se que o metano antropogênico provém de depósitos de lixo, da cultura de arroz e cultura de gado. Já o N2O, variou de 260 a 319 ppbv por conta do uso de fertilizantes, queima de biomassa e criação do gado. Naturalmente, a vida na Terra depende de uma certa temperatura acima de zero e que só foi possível pelo acúmulo dos GEEs na atmosfera. Pela figura 8, vemos que o principal gás do efeito estufa natural é o vapor d’água, porém o controle dos outros gases não deve ser ignorado por este motivo: Se considerarmos todos os lagos e reservatórios construídos nos continentes, a evaporação que poderia aumentar eventualmente a concentração de vapor d’água é muito pequena perto da evaporação do oceano, que compreende 71% da superfície da Terra. Então, não controlamos o vapor d’água. Podemos fazer irrigação e lagos, mas não mudaríamos significativamente a concentração total de vapor d’água. Mas estamos mudando muito a concentração dos outros gases, basta olhar os números. [...] (NOBRE, 2012, pg.23)

Figura 6: Principais componentes da forçante radiativa positivas ou negativas da mudança climática entre 1750 e 2005 com seus respectivos valores de incerteza, representado pelas barras pretas. Fonte: IPCC-AR5, WGI, 2014 (p.14).

Figura 7: Pelos gráficos, podemos observar o aumento da concentração dos GEE nos últimos 10000 anos e nas ampliações a partir de 1750. Fonte: IPCC, 2007 (p.38).

Foi a partir do final do século XVII que as alterações na atmosfera foram mais significativas por causa da Primeira Revolução Industrial. De acordo com OLIVEIRA (2008), 75% do aumento de CO2 é proveniente da queima de combustíveis fósseis e da manufatura de cimento e os outros 25% por mudança no uso do solo e queima de florestas. E a prova que denuncia o ser humano como gerador é assinatura isotrópica do carbono emitido, pois os processos biológicos liberam um isótopo de carbono mais leve, o 12C, em contraponto com o liberado pelas ações humanas, o 13C. O aumento da concentração de gás de carbono foi mais acentuado nas últimas décadas. Segundo ROAF (2009), foi registrada uma média de crescimento anual de 18% na concentração de gás carbônico a partir década de 1950: de 315,98 ppmv de ar seco no ano de 1959 para 372,95 ppmv no ano de 2002. Este mesmo comportamento ocorre com outros GEEs e pode ser observado na figura 7.

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Figura 8: Influência relativa dos gases de efeito estufa no efeito estufa natural da atmosfera da Terra (coluna do meio) e crescimento das concentrações atmosféricas devido às emissões antropogênicas para CO2, CH4 e N2O desde o início da Era Industrial. Fonte: Nobre, 2012 (p.22).

Não temos como ter maior controle sobre a concentração do vapor d’água, porém ela ajuda de forma indireta no aumento da temperatura. O aumento da temperatura é ocasionado pela maior emissão de dióxido de carbono, ozônio troposférico, óxido nitroso, metano. Porém, com o aumento da temperatura, a atmosfera passa a reter mais vapor d’água, o que gera um efeito estufa adicional. Os CFCs são gases sintéticos, produtos unicamente da atividade humana, intensamente utilizados para refrigeração. Tem influência indireta no clima com a destruição da camada de ozônio e na troposfera é um GEE. Segundo OLIVEIRA (2008), sua concentração cresceu 38% a partir de 1750. Segundo ROAF (2009), estudos de 1974 demonstravam que se a situação não mudasse, 93% da camada de ozônio seria destruída em 60 anos. Baseado nesses estudos os Estados Unidos proibiram o uso dos CFCs em aerossol em 1978. Dada a gravidade e importância da redução das emissões de CFC, as Nações Unidas assinaram o Protocolo de Montreal em 1987, que passou por várias revisões à medida que a ciência avançava. Porém foi no Encontro de Copenhague, em 1992, que foram estabelecidas regras mais rigorosas para a eliminação gradual do uso de CFCs, assinado por 100 países, responsáveis por 95% do seu consumo mundial. O desenvolvimento dos relatórios do IPCC e a preocupação com as mudanças climáticas levaram as Nações unidades a elaborar o Protocolo de Quioto (1997), estabelecendo a redução de emissões de GEEs que variavam de país para país, levando à formação de um sistema de comércio de emissões entre países industrializados. Porém, o Protocolo de Quioto tem sido muito criticado, pois, segundo Veiga (2008), partiu de uma premissa errada, dividindo entre países industrializados e não industrializados a responsabilidade de quem deveria ou não reduzir as emissões. A China, por exemplo, emite tanto gás carbônico quanto os Estados Unidos. Não faz sentido isentar o ônus dos países não desenvolvidos, mas que são, ou serão, grandes emissores de carbono. Tendo em vista a importância das mudanças climáticas e assumidas as previsões do IPCC, a emissão de carbono deveria ser onerosa para todos os agentes econômicos. Esta divisão é vista por Veiga como injusta, pois não se pode culpar as gerações anteriores pelas emissões do passado, quando não havia o conhecimento científico sobre os efeitos delas. É defendido a visão de que os países que mais podem, devem contribuir mais. Não se referindo somente a nações mais avançadas industrialmente. Há países considerados não desenvolvidos que possuem grande capacidade tecnológica, como Israel, Taiwan e Córeia. Este foi um fator agravante, pois foi um ótimo argumento para que os conservadores no poder de países-chave (como Estados Unidos, Canadá e Austrália) deixassem de ratificar o Protocolo. E ainda incentivou a outros países emissores que fizessem muito menos do que deveriam. Na figura 9, temos a área azul nos gráficos, que indicam a temperatura média global, a temperatura média global nos continentes e a tem-

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peratura média global dos oceanos, simuladas através de um modelo climático apenas com as forçantes naturais. Pode-se observar que não é possível reproduzir o aquecimento dos últimos anos, representado pela curva preta, somente com elas. O resultado isolado das forçantes naturais provavelmente causariam um resfriamento. Porém, quando simuladas com as forçantes naturais e antropogênicas (a área rosa), apesar de imperfeito, encontramos uma explicação melhor. No período de aproximadamente 1970 a 2000, pode-se observar o aquecimento provocado pelas emissões dos GEEs.

4.2. Projeções futuras

Figura 9: Comparação entre as temperaturas de superfície medidas e as simuladas, com forçantes naturais apenas e com forçantes naturais e antropogênicas conjuntas, nos continentes e globalmente. Fonte: IPCC-AR5, WGI, 2014 (p.18).

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Figura 10: O gráfico representa a previsão de emissões de GEEs em seis diferentes cenários. Fonte: IPCC, 2007 (p.44).

Os modelos computacionais, por enquanto, são as melhores ferramentas disponíveis para se prever mudanças climáticas futuras. Segundo NOBRE (2012), não são as imperfeições dos modelos, as maiores incertezas. O fato de não sabermos como serão as emissões dos GEEs no futuro e se os cenários serão mais pessimistas ou otimistas é que geram a maior oscilação nas possibilidades. De acordo com o IPCC (2014), projeções climáticas de longo termo requerem presunções de atividades humanas ou efeitos naturais que podem afetar o clima ao longo de décadas e séculos. Os cenários podem ser construídos de inúmeras maneiras e são produzidas através de Modelos Integrados de Avaliação (Integrated Assessment Models - IAMs), que descrevem séries específicas de emissões futuras que afetam o balanço de radiação da Terra, tais como gases de efeito estufa e aerossóis, incluem informações sobre outras condições relacionadas, tais como uso do solo e cobertura da terra, além de presumir os padrões econômicos e crescimento da população, desenvolvimento, tecnologia e outros fatores. Até o quarto relatório do IPCC (2007), os cenários construídos pelos IAMs têm uma abordagem sequencial em que fatores socioeconômicos específicos resultam cenários de emissões e resultam em projeções de modelos climáticos. Características socioeconômicas, tais quais o desenvolvimento demográfico, econômico, regionalização, produção e uso de energia, tecnologia, agricultura, silvicultura e uso do solo, contidas no Relatório Especial sobre Cenários de Emissões (SRES), publicado em 2000. Deste modo, quatro diferentes e possíveis famílias de cenários (A1, A2, B1 e B2) foram montados para que seus impactos fossem medidos em projeções futuras. A família A1 representa um mundo futuro de crescimento econômico muito rápido, com a população global atingindo um pico em meados do Século XXI e com a introdução de novas e mais eficientes tecnologias. Esta família desdobra-se em três grupos que representam direções alternativas da mudança tecnológica no sistema energético: A1FI – uso intensivo de combustíveis fósseis, A1T – Uso de combustíveis não fósseis e A1B – um balanço entre as fontes energéticas. Neste cenário ocorrem elevadas emissões. A família A2 descreve um mundo muito heterogêneo com elevado crescimento populacional. O desenvolvimento econômico é orientado primeiramente para a região, e o crescimento econômico per capita e a mudança tecnológica são mais fragmentados e mais lentos do que nos outros contextos. Neste cenário também ocorrem elevadas emissões. A família B1 descreve um mundo convergente com a população global atingindo um pico em meados do Século XXI, como no cenário A1, mas com rápidas mudanças na estrutura econômica em direção a uma economia de serviços e informação, com uso de energias limpas e eficientes, que buscam soluções globais sustentáveis, porém sem medidas adicionais com relação ao clima. Neste cenário ocorrem baixas emissões. A família B2 descreve um mundo com uma taxa intermediária de crescimento populacional e econômico, com ênfase em soluções locais para

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a sustentabilidade econômica, social e ambiental. Neste cenário também ocorrem baixas emissões. Entretanto, esta abordagem implicava em diferentes modelos de concentração de GEE e aerossóis para o mesmo cenário de emissões e, segundo o AR5, ainda era assumida a inexistência de ações políticas para mitigar as mudanças climáticas em todos os cenários do SRES, levando a elaboração das novas projeções sugeridas no AR5. Os novos cenários são os RCP (Representative Concentration Pathways) ou Caminhos Representativos de Concentrações, onde “Caminhos” representa a trajetória ao longo do tempo para alcançar os níveis de concentrações de interesse, porém pode representar mais de um cenário socioeconômico; e “Representativos”, refere-se a um entre muitos cenários possíveis (incluindo cenários de mitigação), que tem forçante radiativa e grau de emissões semelhantes.

Figura 12: Projeção de concentração de gás carbônico equivalente. Fonte: IPCC-AR5, WGI, 2014 (p.147).

Figura 11: Fluxograma das projeções climáticas propostas, que explica a trajetória para representar um nível de interesse. Fonte: IPCC-AR5, WGI, 2014 (p.1038).

Figura 14: Projeções para temperatura, extensão das geleiras e pH do oceano para os cenários propostos. Fonte: IPCC-AR5, SPM, 2014 (p.14).

Figura 13: Projeção da forçante radiativa, que caracteriza o cenário climático futuro com a extensão dos caminhos representativos até 2500. Fonte: IPCC-AR5, WGI, 2014 (p.147).

Os cenários são identificados por RCP seguidos de um valor numérico aproximado (em W m–2) que indica a forçante radiativa de interesse no ano de 2100, podendo corresponder consistentemente a diversas possibilidades econômicas futuras e cenários de desenvolvimento tecnológico paralelamente, incluindo medidas de adaptação e mitigação. O mais otimista, o RCP 2.6, tem o pico da forçante radiativa em torno de 3 W m-2, decaindo para 2,6 W m-2 e a concentração de CO2 equivalente atingirá cerca de 450 ppm (observada no gráfico da figura 12), porém declinando antes de 2100. O médio-baixo RCP 4.5 e médio-alto RCP 6.0 se estabilizarão com as forçantes a 4,5 W m-2 e 6 W m-2, sendo a concentração de CO2 equivalente correspondente em torno de 570ppm e 790 ppm, respectivamente. O cenário mais pessimista (as business as usual scenario – se nada for feito e as emissões de hoje continuarem as mesmas até este período), RCP 8.5, adotado para este trabalho, tem forçante radiativa a 8,5 W m-2 em 2100, mas tende a aumentar. Assim como a concentração de CO2 equivalente, que chega a ultrapassar 1000 ppm em 2100 e a quase 2000 ppm em 2300. É muito difícil prever qual dos cenários irá prevalecer no futuro, por isso estes devem ser usados somente como referência e não como valor exato que será alcançado. Mesmo nos modelos mais otimistas descritos acima as emissões serão mais elevadas do que as atuais, assim como a temperatura do ar e o nível do mar. O degelo não será compensado pela precipitação de neve, o PH da água do oceano mudará em decorrência das emissões e é prevista a ocorrência de mais eventos climáticos extremos e com maior intensidade.

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Todas essas mudanças trazem consequências negativas tanto ao ecossistema como para a sociedade. Pode comprometer a estrutura natural de ecossistemas e a interação entre eles, e ainda aumentar o risco de extinção de espécies de animais e plantas. O suprimento de água e alimento também estará em risco por conta das enchentes e secas que serão mais frequentes. E por conta de todos os problemas ambientais, haverá reflexos na saúde da sociedade, como o aumento de doenças cardiorrespiratórias, diarreia, desnutrição, risco de transmissão de malária, mortes por ondas de calor, secas, enchentes, entre outros. A sociedade deve estar preparada para adaptar-se e mitigar os impactos provenientes das mudanças climáticas e promover seu crescimento com práticas mais sustentáveis. Porém a capacidade de adaptar-se e de mitigação depende da disponibilidade de infraestrutura pública, economia, educação, informação e tecnologia.

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Tabela 2: Possível efeito das mudanças climáticos nas edificações. Fonte: Adaptado – Snow&Prasad, EDG, 2011.

Risco

4.3. O impacto das mudanças climáticas nos edifícios Mesmo parando com todas as emissões de GEE, as temperaturas continuarão a se elevar por muitas décadas pelo efeito a longo prazo de todas as emissões de gases no passado, segundo Chalmers (2014). Os efeitos dessas mudanças vão depender da capacidade de adaptação e resiliências das edificações e do mercado que rege a indústria da construção. O próximo passo seria entender como estas mudanças irão afetar o ambiente construído e começar a incorporar novas estratégias nos projetos e adaptar os edifícios existentes para as incertezas futuras (USGBC, 2011). Considerar a adaptação do projeto de novas edificações às mudanças climáticas é algo que é visto como inevitável por Mark snow e Deo Prasad (Environment Design Guide, fev/2011), e que deve ser absorvido rapidamente pelos riscos que trazem a intensidade e a frequência dos eventos climáticos extremos. Da mesma forma, os projetos devem seguir integralmente princípios mais sustentáveis para a minimização dos impactos que podem intensificar as mudanças climáticas. Dentre os edifícios existente, muitos são vulneráveis aos impactos das mudanças climáticas, portanto são necessários maiores investimentos para que haja o aumento de resiliência, ou sua vulnerabilidade continuará a aumentar. Dados climáticos coletados devem ser utilizados para estudar e auxiliar na tomada de decisões, que pelo longo ciclo de vida das construções, vai afetar a longo prazo o desempenho das edificações, como a escolha de um sistema de ar condicionado, de ventilação ou mesmo a escolha de materiais apropriados. Um grande desafio é prever com confiança a extensão da vulnerabilidade das cidades, bairros e edifícios para as mudanças climáticas, sendo

Aumento de Impacto nas superfícies extertemperatura nas e desempenho térmico da edificação. Tabela 1: Exemplos de como dados climáticos podem auxiliar na tomada de decisões. Fonte: USGBC1 , 2011.

Sistema

Consideração climática

Implicações

Sistema de ar condicionado e simulação de consumo de energia

O dimensionamento para resfriamento e aquecimento são baseados no ano meteorológico típico que envolve a média de muitas variáveis climáticas baseados em dados climáticos antigos.

Projeto do sistema de ar condicionado se tornará vulnerável às mudanças climáticas futuras, pois haverá o amento de demanda se climas extremos se tornarem corriqueiros. Os usuários serão submetidos a desconforto.

Infraestrutura de transporte

Projetos de pavimento e sua construção são afetados pela temperatura, precipitações e radiação solar.

As mudanças climáticas poderão reduzir a vida útil do pavimento sendo baseado no clima atual.

Drenagem e manejo de águas Sistemas de drenagem e manejo de águas pluviais são dimensio- Grandes precipitações serão mais frequentes no futuro, podendo haver problemas de drenapluviais nados baseados em informações antigas. gem, podendo causar enchentes, já que não foi dimensionada para esta intensidade. Paisagismo

Projetos de paisagismo são feitos com o padrão atual de clima, precipitações e plantas que se adaptam a região.

1 Referência americana: demonstra a pouca importância aos métodos passivos de operação.

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Possível efeito

As mudanças climáticas irão afetar as escolhas de plantas para os projetos de paisagismo e afetará plantas nativas também.

Chuvas mais Maior volume de água a intensas ser drenado, podendo criar problemas estruturais e de drenagem. Oportunidade pra captção de águas pluviais. Rajadas de vento mais fortes e frequentes

Maior tensão em materiais que são fixados na edificação e revestimentos. Maior carga de vento deve ser considerado pra o dimensionamento de estruturas.

Aumento de Aumento do nível do mar, enchentes colocando em risco cidades costeiras, contaminando casas com lagas, lama e areia, possibilidade de erosão nas fundações do edifício. Maior Dano total ou parcial causado número de pelo inceêndio. Risco para os incidentes usuários de incêndios Redução da umidade

Maior risco de incêndio.

que estas variam de região para região dentro de um país extenso como o Brasil. Por isso a análise dos impactos que as mudanças causam deve acontecer de “fora para dentro”, pois o ambiente no qual a edificação está inserida é um aspecto que tem grande influência no seu desempenho. A escala regional envolve a escala urbana e todos os sistemas que fazem parte como fornecimento de energia, água, gás e sistemas de transporte e inúmeros elementos destes sistemas são susceptíveis às mudanças climáticas. Sistemas mais resilientes irão manter a eficiência e evitar maiores conflitos, que por cadeia iriam afetar os edifícios. A escala do bairro é onde os lotes dos terrenos das edificações se conectam com a cidade e o contexto regional. Nesta escala a localização, o projeto e o padrão de ocupação são elementos importantes a considerar, pois deste modo é possível antecipar alguns impactos como aumento da frequência e intensidade de enchentes, queimadas e incêndios. E ainda, o modo que se relacionam com a cidade tem um papel importante para amplificar ou mitigar os impactos, como os fenômenos de aquecimento urbano e nos sistemas de drenagem. Na escala do lote e edifícios é importante fazer relações com os impactos associados que transcendem as escalas regionais e do bairro, afetando-os. Existem oito aspectos que são relevantes: (USGBC, 2011) 1. Paisagismo: A mudança nos padrões de precipitação, na duração das estações do ano e na média da temperatura do ar são fatores a considerar para um paisagismo adaptado as mudanças climáticas, mudando a seleção de plantas por exemplo. Além disso, o uso da vegetação é uma boa estratégia para mitigar os fenômenos de aquecimento urbano e para retardar e absorver o escoamento das águas pluviais. 2. Água: Os padrões de consumo certamente irão mudar com as mudanças climáticas; porém, a disponibilidade de água tem se tornado difícil de prever com o possível aumento de demanda e longos períodos de seca. 3. Drenagem pluvial: A tendência é eventos extremos de precipitação mais frequentes e intensos, gerando grande risco de enchente. 4. Energia2: Com o aumento da média de temperatura, a energia gasta com resfriamento de ambientes cresce também. Deve-se pensar melhor em como explorar com eficiência os métodos passivos de resfriamento do edifício ou o modo misto de operação. Quando insuficiente, deve-se adotar o uso do modo ativo mais eficiente. Em caso de eventos extremos de calor é possível que a climatização não possua potência suficiente para manter o nível de conforto, sendo necessário o aumento da carga de resfriamento dos equipamentos. 5. Materiais da construção: Serão um dos mais afetados com as intensas e frequentes tempestades, enchentes e variação de temperatura. Novos testes de durabilidade, resistência, assim como o desenvolvimento de novos materiais para as novas condições deve ser considerada. 6. Aumento do risco de enchentes: Com o aumento de precipitações concentradas em um curto período, é evidente o risco de enchente. Por isso, é importante a escolha de materiais não susceptíveis a umidade, que sejam mais resistentes e duráveis. 7. Proliferação de doenças: o aumento da média da temperatura é favorável para a proliferação de insetos que sendo eles transmissores de certas doenças, é possível que estas sejam proliferadas também. Uma vez entendidos os impactos que as mudanças podem causar, é possível pensar em estratégias que o tornem os edifícios mais resilientes e com capacidade de se adaptar às mudanças climáticas. Para que isto ocorra, é necessário avaliar cenários e traçar objetivos claros, promovendo condições de conforto ao usuário e evitando maiores gastos de energia. O setor da construção contribui em 30% no consumo global dos GEE e consome cerca de 40% da energia total. Por este mesmo motivo, o setor da construção possui o maior potencial de redução nas emissões e consumo de energia. Os gastos energéticos das edificações ocorrem em todas as fases do seu ciclo de vida, porém, é durante a fase operacional que a maior parte do consumo ocorre (UNEP, 2007). A longa vida útil dos edifícios e a consequência do modo que estes foram concebidos estão criando riscos ao desenvolvimento quanto ao uso mais eficiente de energia, visto que o mercado tem construído de modo a baratear o custo da construção, sem pensar nos impactos futuros. Apesar de haver grandes tecnologias e oportunidades atualmente, a barreira do mercado não abre o caminho para a sua difusão. 2 USGBC adaptado.

19


5.

Verticalização de São Paulo na década de 1970

Em 1979, São Paulo tinha 11771 edifícios, dos quais 3430 foram construídos entre 1973 e 1979. A verticalização deste período se caracteriza por um novo espraiamento provocado pela nova Lei do Zoneamento de 1972, que estabelece novos limites de coeficiente de aproveitamento, diminuindo-o. Consequentemente, a verticalização espraiou-se por 47 bairros, sendo 13 deles novos bairros, muitos deles localizados em terrenos vazios na periferia da cidade em busca de terrenos mais baratos. A cidade São Paulo se moldou numa curiosa combinação de expansão horizontal e verticalização e nunca foi uma cidade realmente densa.

Figura 15: Número de edifícios construídos ao ano no município de São Paulo de 1940 a 2011. Fonte: SOMEKH (1987) apud GAGLIOTTI (2012).

Para Gagliotti (2012), a verticalização de São Paulo é resultado de um processo de planejamento, produção e apropriação do espaço urbano, que está intrinsicamente relacionada as condições econômicas, administrativas, sociais, tecnológicas, legislativas e de planos urbanos que a geraram. São Paulo, desde 1950, já havia se consolidado como um centro industrial e centro financeiro, ultrapassando o Rio de Janeiro, havendo uma aceleração no processo de urbanização e consolidando também o processo de metropolização. Segundo Rolnik (2003), mais de 2 milhões de pessoas habitavam a cidade e crescia mais de 5% ao ano durante as décadas de 50, 60 e 70, atingindo 6 milhões de habitantes em 1970. Para Silva et al. (2007), edifícios altos e verticalização não são consequências naturais da urbanização, mas uma configuração das possíveis soluções urbanísticas. A verticalização em São Paulo adquiriu proporções de peso apenas a partir das décadas de 1960 e 1970. Antes disso, edifícios altos e áreas verticalizadas constituíam uma simbologia associada à ideia de modernização, de progresso e aos êxitos econômicos da metrópole. Nos anos 60 se viam os primeiros sinais de esvaziamento de bairros centrais, como Belenzinho, Brás e Mooca, que até os anos 30 eram superpovoados e dominadas pelo comércio. Por consequência víamos a verticalização avançar sobre a vertente sudeste, abrangendo os bairros de Higienópolis, Santa Cecília, Consolação, Pinheiros, Cerqueira César. Os anos 70 foram marcados pelo deslocamento do centro de consumo das elites, do Centro Histórico aos Jardins. A Avenida Paulista consolidou-se como um subcentro poderoso com o milagre brasileiro (1968-1973), dando início à evasão de empresas e bancos. Ao mesmo tempo, ocorria a desvalorização do metro quadrado do Centro Histórico. Segundo SOMEKH (1987) apud GAGLIOTTI (2012), em 1967 São Paulo contava com aproximadamente 6140 edifícios, dos quais 2601 foram construídos durante o período de 1958 e 1967, expandindo-se por 28 bairros. Os dois bairros que mais se verticalizaram foram Bela Vista e Cerqueira César, representando 22% desse total, ultrapassando o Centro Histórico que sempre esteve à frente em períodos anteriores. O espraiamento da verticalização pode ser explicado pelo desenvolvimento da indústria automobilística, pela redução do coeficiente de aproveitamento e expansão das atividades centrais a outros centros comerciais, como a Avenida Paulista. Em 1972, São Paulo já batia a marca de 8341 edifícios, entre eles 2201 foram construídos entre 1968 e 1972 em 33 bairros da cidade. Entre os bairros mais verticalizados estão os bairros Pinheiros, Cerqueira César e Santa Cecília. Outros bairros com crescimento relevante foram: Penha, vila Madalena, Sumaré, Vila Prudente e Itaim. O crescimento vertical da cidade foi fruto dos bons resultados imobiliários dos últimos anos, do crescimento da economia relacionada a abertura do mercado internacional e da melhora nas condições de financiamento público e fortalecimento do Banco Nacional da Habitação (BNH).

20

21


6.

Requalificação de edifícios De acordo com a NBR15575, a vida útil (service life) é uma medida temporal da durabilidade de um edifício ou de suas partes (sistemas complexos, do próprio sistema e de suas partes: subsistemas, elementos e componentes). Durabilidade é comumente utilizado como termo qualitativo para expressar a condição em que a edificação ou seus sistemas mantem seu desempenho requerido durante a vida útil. A Vida Útil de Projeto (design life) é definida pelo incorporador e/ou proprietário e projetista, e expressa previamente. A normatização estabelece uma VUP mínima principalmente para balizar o que é possível de ser tecnicamente obtido, estimular à concorrência e à competição no mercado empreendedor e induzir o mercado a buscar soluções de melhor custo-benefício além das que atendam à VUP mínima. Internacionalmente, em relação aos edifícios habitacionais, observa-se uma notável convergência na proposição para determinação da VUP, situando-a entre 50 e 60 anos. No entanto, para se atingir a VUP com o desempenho requerido é essencial ações de manutenção pelo usuário.

Figura 16: Gráfico da vida útil de um edifício e sua relação com as manutenções. Fonte: NBR15575 – Desempenho de edifícios habitacionais, 2013.

necessidade de projetos de retrofit para a requalificação de um edifício. Neste contexto, diversas expressões fazem parte do vocabulário técnico, como: reabilitação, requalificação, retrofit, reforma, reciclagem ou reconversão, entre outros. Para Devecchi (2010), reformar é o termo mais genérico para uma série de ações relativas ao processo de mudança e adequação de um edifício às novas necessidade presentes ao longo de seu ciclo de vida, onde esta ação pode se caracterizar pela sua natureza: a reabilitação, que seria a restauração das condições inicialmente existentes, podendo haver aplicação de tecnologias mais modernas para aumento da eficiência energética e redução de consumo de água e liberação de efluentes; e a reciclagem ou reconversão dos edifícios, que há a mudança no uso do edifício e a necessidade de provisão de infraestrutura adequada à transformação. Em ambos casos pode haver processos de retrofit. Retrofit (Dolce et al., 2011) vem da língua inglesa, formada pela expressão latina retro que significa movimentar-se para trás e do inglês fit que significa adaptação. Já os termos requalificar e reabilitar temos um prefixo comum ‘re’, que na língua portuguesa possuem tais significados: repetir, reforçar ou retroceder. Analisando os radicais temos: qualificar, que significa atribuir qualidade a, indicar a qualidade de; habilitar, que significa tornar (-se) hábil, apto, capacitado para alguma coisa. Na Europa, segundo Remy (2003) apud Morettini (2012), a reabilitação/requalificação de edifícios passou a despertar maior interesse a partir da década de 1980, pois até então o custo da obra ainda superava o de um edifício novo. Porém, com o desenvolvimento tecnológico apropriado para este tipo de intervenção, a opção tornou-se viável e ganhou participação significativa no mercado da construção civil europeia. No Brasil, a atividade é relativamente recente. Exceto pelos edifícios históricos, os edifícios de múltiplos pavimentos são jovens quando comparados aos europeus, datando com maior expressão a partir da década de 1940 e concentrando-se mais nas próximas décadas. Por não ser uma atividade consolidada, diversos problemas ocorrem nas várias fases da obra (projeto, gestão, execução), causando falhas, atrasos, retrabalhos e desperdícios de diversas naturezas. (Morettini et al. 2012) No entanto, com a busca pela sustentabilidade e a redução dos impactos ao meio ambiente tem aumentado o interesse por intervenções no estoque existente, estimulando o desenvolvimento tecnologias para esta prática. Há uma grande possibilidade para esta tendência, que de acordo com Bullen (2007) apud Morettini (2012), nos países desenvolvidos a atividade de construção de novos edifícios tem diminuído, correspondendo anualmente a apenas 2% do estoque existente. Apesar do fator econômico ainda ter o maior peso e a falta de mão de obra especializada dificultar a viabilização destes projetos, o impacto causado ao meio ambiente pela utilização de recursos, energia, emissão de gases estufa, efluentes e resíduos sólidos, deve ser levado em consideração. Além de dispensar gastos com demolição e com a procura de um novo terreno. Pensando no ciclo de vida da edificação, há um prolongamento da vida útil do edifício, maior aproveitamento da energia incorporada e maior eficiência econômica e financeira. Portanto, o custo benefício deve ser decisivo para tomada de decisão.

Com a longa durabilidade do edifício e o avanço da vida útil aliado às mudanças constantes do meio ao qual está inserido, é natural que os padrões de necessidade e conforto ambiental não seja totalmente atendido pela construção existente, sendo, portanto, os principais motivos da

22

23


7.

Índice de Conforto térmico Segundo FROTA e SHIFFER (2003), a arquitetura é concebida para servir ao homem e ao seu conforto, abrangendo o conforto térmico. Ela deve oferecer condições compatíveis ao conforto térmico humano dentro das edificações, seja qual for a condição climática externa. As exigências do homem em relação ao conforto térmico estão relacionadas ao funcionamento do seu corpo, a homeotermia. Quando se passa a haver maior esforço para manter a temperatura interna do corpo, há queda no rendimento de seu trabalho ou problemas de saúde passam a surgir. Os homens possuem melhores condições de vida e saúde quando não estão submetidos a fadiga ou estresse, inclusive térmico (FROTA e SHIFFER et al, 2003). Segundo NICOL (2013), o conforto ambiental é uma questão essencial de como as pessoas percebem o edifício e elas como se comportam ao ambiente construído, transparecendo no seu estado de espírito. O conforto não é somente uma função da fisiologia humana, envolvendo também a natureza do edifício, suas tecnologias e as expectativas sociais e culturais. Os padrões de conforto térmico não só ajudam os arquitetos a projetarem visando ao bem-estar do usuário, mas também influencia no consumo de energia e, consequentemente, afetam a sustentabilidade do edifício. Com a intensificação das mudanças climáticas, todos esses fatores são essenciais ao realizar qualquer tipo de projeto. Para melhor avaliação indicadores de conforto foram criados, visando prever os efeitos das inúmeras variáveis pessoais e ambientais de conforto ao ser humano. Atualmente, há basicamente duas correntes: a analítica e a adaptativa. Para ALVES (2014), a corrente analítica estabelece uma correlação entre a sensação térmica com a física e a fisiologia de transferência de calor de modo que o índice obtido expressa o estado térmico do corpo humano em um ambiente termicamente controlado em câmara climatizada, sendo insuficiente para a avaliação de conforto, porque são difíceis de aplicar em situações reais. Segundo NICOL (2002), quando este é utilizado para prever o conforto térmico em pesquisas de campo se mostra ineficiente ao apresentar, por exemplo, que os usuários continuam em conforto mesmo em temperaturas fora do intervalo de temperatura de conforto previsto pelo índice. Por sua vez, a corrente adaptativa é baseada em pesquisas e medições em campo em suas atividades cotidianas e condições reais. Segundo HUMPHREYS (1998), os resultados obtidos foram organizados através de uma equação de regressão linear, desenvolvendo um modelo que é capaz e estimar a sensação do conforto térmico, dada a ocorrência de determinada característica ambiental e climática, onde os agentes não são passivos frente as condições térmicas expostas e promovem mudanças para reestabelecer seu conforto. Esta é a corrente usada para desenvolver este trabalho.

24

7.1. Conforto Adaptativo Os resultados das pesquisas coletadas em campo entre as décadas de 1930 e 1970 em diversos países e continentes foram tratados estatisticamente a fim de estimar a temperatura em que o participante médio da pesquisa estaria em condição de conforto aceitável, denominada temperatura de conforto ou temperatura neutra, ou que a maior parte estaria em condições de conforto.

Figura 17: Relação entre a temperatura média externa e a temperatura neutra de conforto. Fonte: Humphreys (1978).

Segundo HUMPHREYS (1978) foi demonstrado que há uma relação linear entre a temperatura operativa no interior dos edifícios e a temperatura neutra. Assim que a relação entre a temperatura operativa interna e a temperatura neutra de conforto foi determinada, notou-se que havia uma forte relação entre a temperatura interna de conforto e a temperatura externa. Foi possível perceber que as temperaturas neutras obtidas em edifícios ventilados naturalmente (free running building) apresentavam uma relação linear com as temperaturas externas. A forte relação entre a temperatura de conforto e a temperatura externa formou a base do modelo adaptativo de conforto.

25


Pelo modelo adaptativo de conforto térmico, as pessoas possuem a tendência natural de se adaptar a desconfortos causados por mudanças das condições de seu meio, de forma a restaurar seu conforto (NICOL, 2002). A adaptação depende de vários fatores - a experiência de ter passado por condições climáticas desconfortáveis, de fatores sociais, econômicos, culturais e da capacidade de controlar o meio. A temperatura de conforto não depende somente da temperatura externa, mas também de muitos outros fatores climáticos como a umidade e a velocidade do vento, fatores pessoais, como o uso de roupas mais leves ou pesadas, o metabolismo, e ainda fatores de controle do ambiente, como o uso equipamentos (ventilador e ar condicionado) e a abertura das janelas. Estudos mostram que os usuários de edifícios condicionados artificialmente e os ventilados naturalmente apresentam diferentes expectativas e, consequentemente, diferentes adaptações ao clima. Segundo Nicol (2002), os usuários dos edifícios naturalmente ventilados possuem maior aceitabilidade às mudanças climáticas, pois dispõem de maior flexibilidade para se adaptar a diferentes temperaturas ao controlar a abertura de janelas, ao usar dispositivos de bloqueio solar (brises, persianas e outros elementos de sombreamento), a liberdade de trocar seu vestuário (como tirar o casaco). É o que Nicol (2012) chama de oportunidade adaptativa. Quanto mais oportunidades os usuários tiverem de adaptar o meio às suas necessidades ou preferências, menos provável será o desconforto. Ou seja, a variedade de condições aceitáveis será maior. Os mecanismos da oportunidade adaptativa criam uma relação direta entre a temperatura externa e a temperatura de conforto do usuário, diferente do edifício artificialmente condicionado, pois seu clima interno é dissociado ao externo. Então foi constatado que para o usuário obter conforto, a temperatura interna das edificações não deve ser sempre constante, mas deve ser função da temperatura externa. Os estudos de Humphreys foram base para muitos outros posteriores, que resultaram nos diferentes métodos baseados no modelo adaptativo de conforto, inclusive a ASHRAE 55 - 2013.

7.2. Ashrae 55/2013

Figura 18: Variação da temperatura neutra em relação a temperatura operativa interna. Fonte: HUMPHREYS (1978).

Figura 19: Variação da temperatura neutra em relação a temperatura operativa interna. Fonte: HUMPHREYS (1978).

26

Esta é uma norma, que além de abordar a corrente analítica com a utilização de índices PMV (Predicted Mean Vote) e PPD (Predicted Percentage of Dissatisfied), em 2004, consolidou-se como a primeira normativa internacional a incluir uma metodologia adaptativa (NICOL, 2012), aplicada como um sistema de avaliação opcional, restringindo sua aplicação a edifícios naturalmente ventilados (free-running buildings). No final da década de 1990 De Dear e Brager trabalharam no projeto de pesquisa norte americano, o Adaptative Model Project, onde uma nova base de dados foi montada com 21.000 observações de 160 edifícios em nove países e quatro continentes. Estes novos dados foram tratados beneficiando-se avanços tecnológicos em instrumentação, trazendo novo resultado quanto a equação de temperatura neutra em função da temperatura externa: Tn=17,8+0,31To Onde Tn é a temperatura neutra de conforto (°C) e To a temperatura do ar média mensal externa (°C). Este resultado foi base para a norma ASHRAE 55 (2004,2010 e 2013). Para que esta norma seja aplicável a um edifício naturalmente ventilado, esta deve seguir os seguintes pré-requisitos: • A edificação não deve possuir sistema mecânico de climatização instalado e o aquecimento não deve estar em operação durante a avaliação. • Os ocupantes do ambiente em sua atividade usual desenvolvem atividades metabólicas que variam de 1,0 met a 1,3 met, segundo o apêndice A que estima a taxa metabólica (1 met=60W/m2 - unidade de medida para taxa metabólica); • Os ocupantes devem ter a possibilidade de alterar sua vestimenta de acordo com as variações térmicas internas e/ou externas, numa taxa no mínimo maior do que 0,5 clo a 1,0 clo na troca, segundo o apêndice B que estima o isolamento térmico da roupa (clo = unidade de medida para o isolamento térmico da roupa); • A temperatura predominante externa To é maior do que 10ºC e menor do que 33,5ºC. Para obtenção da condição de conforto de 80% de satisfeitos, temos: (Tn-3,5) ≤ Top ≤ (Tn+3,5) E para a condição de conforto de 90% de satisfeitos, temos: (Tn-2,5) ≤ Top ≤ (Tn+2,5)

27


8.

Onde Tn é a temperatura neutra de conforto (°C) e Top a temperatura operativa interna (°C). Estas condições estão expressadas no gráfico abaixo:

Figura 20: Relação entre temperatura operativa interna e temperatura média mensal externa – Ashrae 55/2013 adaptada. Fonte: Silveira, 2014.

Figuras 21 e 22: Fotos tiradas no local. Entorno do ediício.

O objeto de estudo - caracterização da Residência Cerqueira César Figura 23: Imagem de satélite do Google Maps - adapatado.

A temperatura operativa é “a temperatura uniforme de um ambiente negro imaginário no qual o ocupante poderia trocar a mesma quantidade de calor por radiação e convecção que no ambiente real não uniforme” (NBR 15220-1, 2005) e é calculada de acordo com a Equação 1 da ISO 7730 em que:

Top=Ata+(1-A)tr Onde: Top: temperatura operativa, em °C A: fator que depende da velocidade, de acordo com a Tabela 1 ta: temperatura do ar, em °C tr: temperatura radiante média, em °C Por ser dentro de um ambiente interno, foi considerado v<0,2m/s.

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Tabela 3: Relação entre o fator A e a velocidade do ar. Fonte: ISO 7730, 1994.

A residência localiza-se na área central e densa da cidade de São Paulo, na Rua da Consolação, a principal via da região, com 4 vias em cada direção e ilha central além de calçadas em ambos os lados. O entorno é composto por edificações de gabaritos variados sendo que vários edifícios possuem alturas semelhantes à do edifício estudado (causando sombreamento em alguns períodos do dia) e outros possuem 1 ou 2 pavimentos. Há pouca vegetação nos arredores, sendo esta composta principalmente por poucas árvores localizadas na ilha central da rua da Consolação e vegetação existente no Cemitério da Consolação que se localiza a aproximadamente 100m do edifício. A unidade residencial faz parte de um edifício de 10 andares, sendo que o pavimento tipo possui quatro apartamentos por andar, todas com mesma planta, pé direito de 2,7m e área total de 62m². Localiza-se no 2º andar, tem a frente voltada para a Rua da Consolação e no seu pavimento térreo funcionam dois pequenos comércios.

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Praça da República

Futura estação Higienópolis- Mackenzie Linha Amarela

Parque Augusta Edifício em estudo

Futura estação Higienópolis- Mackenzie Linha Laranja Cemitério da Consolação

Estação Paulista

Figuras 24: Imagem aérea. Fonte: Google Earth - adaptado.

REPÚBLICA

CONSOLAÇÃO

30

R. d

Av. P aulis

ta

BELA VISTA

a Co

nso

laçã

o

Figuras 25 e 26: Fotos tiradas no local. Entorno do ediício e edifícios que o cercam

Figuras 27: Volumetria do entorno.

31


789.8

789.8 D

s

GUARITA 791.0 s

s

D

s

787.8

COMÉRCIO 789.8

0 1

32

5m

PLANTA SUBSOLO

0 1

5m

PLANTA TÉRREO

33


0,28 0,28

3,24 3,24

0,28 0,28

3,04 3,04

J2 J2

ESQUADRIAS

140

0,7

APTO. 22 OBJETO EM ESTUDO

Janela de correr Folhas de vidro Persiana externa Caixilho alumínio Altura peitoril: 1m

J1

J1 J1

120

0,28 0,28

ESQUADRIAS

7,12 7,12 0,14 0,14 0,79 0,79

APTO.21

DORM. 2 DORM. 2

Janela de correr Folhas de vidro Persiana externa Caixilho alumínio Altura peitoril: 1m

J2

DORM. 1 DORM. 1

120

3,97 3,97

0,7

145

0,14 0,14

COZINHA COZINHA

3,69 3,69

J4 J4

120

ESTAR ESTAR

WC WC

100

0,14 0,14

Janela basculante Caixilho metálico Altura peitoril: 1,4m

J4

J3 J3

80

SERVIÇO SERVIÇO

J7 J7

J5 J6 J6

0 1

34

5m

PLANTA PAVIMENTO TIPO

0 0

1 1

5m 5m

J6 e J7

21

PLANTA APARTAMENTO 2º ANDAR AMBIENTES MEDIDOS

Janela de correr com basculante superior Folhas vidro Caixilho alumínio. Altura peitoril: 1,12m

360

125

130

PLANTA - APARTAMENTO 22 2° ANDAR PLANTA APARTAMENTO 2º ANDAR

130

J5 J5

21

0,28 0,28

130

0,14 0,14 1,11,1

Figura 28: Volumetria do edifício com o apartamento estudado em destaque.

0,14 1,45 0,14 1,45

1,7 1,7

Janela basculante Caixilho metálico Altura peitoril: 1,4m

21

APTO.23

J3

128

APTO.24

3,74 3,74

9,09 9,09

s

Janela de correr com basculante superior Folhas vidro Caixilho alumínio. Altura peitoril: 1,10m

100

35


As paredes são de alvenaria de bloco cerâmico. As paredes externas possuem espessura de 28cm, revestidas com argamassa de cor clara. As faces que recebem sombreamento dos edifícios adjacentes são as laterais, que são cegas. As paredes internas possuem espessura de 14cm e também são revestidas com argamassa e pintura de cor clara.

A residência está orientada no sentido nordeste-sudoeste. As medições de temperatura, umidade do ar, velocidade do ar e temperatura de globo realizadas foram feitas nos ambientes estar e dormitório 1. A sala de estar está localizada na região central do edifício, voltado para o pátio interno formado pelo afastamento da unidade simétrica voltada para o fundo do lote e o eixo de circulação vertical do edifício, o que confere à planta do edifício um formato em “H”. O ambiente estar possui uma janela voltada para sudoeste, que não recebe radiação solar direta, pois está localizada em região sombreada pela própria forma do prédio e ainda é protegida por uma cortina interna. Há uma segunda janela no ambiente, esta direcionada para a área de serviço. Ambas possuem, somadas, área envidraçada de 2,93 m², possuem requadro de alumínio e peitoril de 1,10 m. Como são do tipo de correr e a parte superior bascula, a área de ventilação total é 1,94 m², que representa 66% da área total da janela. O dormitório se localiza logo ao lado da sala de estar, possui uma janela voltada para nordeste, direção da rua da Consolação, que recebe boa

Figura 34 e 35: Fotos das janelas da sala de estar e do dormitório.

Figura 29 a 33: Fotos do subsolo, entrada do comércio, sala de estar, dormitório 1 e prédio todo.

iluminação natural e insolação direta quase todos os dias do ano. A janela possui duas folhas: uma interna, envidraçada (1,68m² de área envidraçada) com requadro de alumínio e uma segunda, externa, veneziana metálica, ambas de correr com peitoril de 1m de altura. Como a veneziana corre para a parte externa da parede, o aproveitamento do vão para a iluminação natural é de 100%, sendo o vão ventilante de 0,84m², que representa 50% da área total da janela. A residência é ocupada por 3 pessoas. O estar é bastante ocupado durante o dia, sendo que as 3 pessoas o utilizam simultaneamente ou não. O televisor fica ligado em grande parte do dia e da noite. O dormitório estudado é ocupado apenas por uma pessoa durante o sono e, esporadicamente, durante o dia.

Figura 36: Foto panorâmica da vista da janela do dormitório, voltada à Rua da Consolação.

Figura 37: Foto da vista da janela da sala de estar, que está voltada ao “H”.

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37


9. Simulação computacional de desempenho térmico As ferramentas de simulação computacional têm se aperfeiçoado desde os anos 2000. Apresentam o papel de testar, validar, aprimorar e até mesmo ilustrar estratégias de projeto, visando um melhor desempenho ambiental, maior integração entre arquitetura e engenharia, obtendo boas soluções e contextualizadas. É importante ressaltar que a escolha do critério adequado é essencial para o resultado final do projeto. A simulação computacional tem sido ferramentas chaves para o desenvolvimento de projetos de retrofit por diversas razões (GONÇALVES, 2015), tais como: • Confirmar o conhecimento do desempenho da edificação pela equipe responsável pelo retrofit, fornecendo uma avaliação detalhada de seu desempenho energético. • Permitir a identificação de uma oportunidade para a redução de consumo de energia e/ou custo de operação. • Fornecer subsídios para eventuais recontratações de demanda de energia junto à concessionária elétrica. Embora seja às vezes uma fonte de confusão e descontentamento, também é sinal do valor do conhecimento e julgamento do usuário da ferramenta computacional, pois a interpretação dos resultados requer conhecimento crítico sobre o desempenho ambiental dos edifícios, pois estes são somente indicadores que apoiam o projeto e não exatamente a realidade (GONÇALVES, 2015). O software utilizado nessa pesquisa é o EDSL TAS, que simula o desempenho térmico dinâmico dos edifícios e seus sistemas com condicionamento artificial ou com corrente de ar natural e forçada integrada, resultando em um detalhado relatório hora a hora do comportamento térmico do edifício para o período de um ano. Inúmeros fatores influenciam no desempenho do edifício e são parametrizados nesse software. A simulação computacional consiste basicamente em três etapas: a modelagem geométrica, a parametrização e a simulação. Feito isto, passamos para a fase de análise de resultados. O sistema do software é dividido exatamente para cumprir estas funções: • TAS 3D Modeller: Ferramenta de elaboração do modelo para posterior simulação. • TAS BuildingSimulator: Ferramenta de cálculo para a simulação do desempenho térmico de um edifício. A simulação desenha o estado térmico do edifício. • TAS ResultsViewer: Ferramenta para exibição dos resultados da simulação.

38

9.1. Modelagem geométrica das residências Figura 38: Modelo geométrico pronto no TAS.

Para facilitar a modelagem das residências, o software possibilita a importação de um modelo em formato dwg para utilizá-lo como base e o modelo ter maior precisão. Nos primeiros passos são inseridos os dados da localização e de características importantes do edifício, que influenciam em seu balanço energético: • Orientação solar, latitude e longitude: o Sol é a chave dos fenômenos atmosféricos, determinando os mais variados climas, dependendo da localização e a época do ano. São estas variáveis que definirão a trajetória do Sol em torno do edifício e o ângulo de incidência dos raios solares em relação ao plano do horizonte, portanto definirão a quantidade de energia que incidirá no edifício ao longo do ano. • Pé-direito dos pavimentos do edifício: uma das medidas que definem o volume do ambiente a ser analisado. Quanto maior o volume, maior a quantidade de energia necessária para aquecer o ambiente. Assim como maior é a quantidade de energia necessária para resfriar o ambiente artificialmente. Após estes passos, inicia-se a inserção de dados de componentes construtivos do edifício, como suas características termofísicas, espessura de parede, piso e laje, importantes para o software realizar os cálculos de transferência de calor. Além disso, cores representativas são atribuídas com a função estética de identificação visual. Para cada componente que possuir espessuras diferentes, novos componentes são criados. Por exemplo, para paredes de espessuras diferentes em uma mesma residência são criados componentes para cada espessura. Posteriormente, características de cada esquadria são definidas. São criadas janelas ou portas para cada tipo de esquadria, informando-se a altura, largura, altura do peitoril e tipo de vidro. Cores representativas também são atribuídas para identificação visual. É modelado também qualquer elemento externo que gere sombreamento no edifício, como edifícios vizinhos, árvores (caso afete o apartamento analisado), ou até mesmo proteções solares externas ou internas. Finalmente podem ser definidas as diferentes zonas térmicas. Cada ambiente da residência torna-se uma zona. Ambientes integrados são uma zona só. São estes que serão analisados posteriormente na parametrização. Inseridos os dados e criados todos os elementos da residência, com a opção no menu superior set wall element é escolhido o tipo de parede, caso o mesmo edifício tenha paredes de espessuras diferentes ou mesmo funções diferentes, como a parede interna e externa. O mesmo pode ser feito com esquadrias, pisos, lajes, forros e coberturas com as opções set window element, set floor element e set ceiling element. Assim, temos o modelo pronto que é exportado para a parametrização através da opção no menu superior Analysis>Export.

39


9.2. Parametrização Após exportados, os dados inseridos no modelo são trabalhados no TAS Building Simulator. No menu à esquerda é onde serão inseridos os dados de entrada para a simulação.

Figura 39: TAS Building Simulator – Em verde, o menu dos dados de entrada.

clima atual, medidos pela estação meteorológica do aeroporto de Congonhas; o clima futuro próximo (2015 a 2044), futuro intermediário (2045 a 2074) e futuro distante (2076 a 2096), todos elaborados por pesquisadores do IAG. • Building Elements: são todos os elementos que compõem o edifício, que foram criados na etapa de modelagem, incluindo todos os tipos de paredes, forros, coberturas, lajes, pisos e esquadrias. A cada elemento é relacionado seu respectivo Construction. • Constructions: são onde ocorre a montagem da composição dos Buildings Elements por camadas ordenadas de materiais, com suas respectivas espessuras, utilizando o Construction Database, onde há uma lista de materias construtivos para a criação destas composições. A cada uma das camadas são atribuídas suas propriedades termofísicas que permitem ao software calcular a capacidade e a resistência térmica de cada elemento construtivo. • Zonas: representam cada ambiente da residência analisada, que foram importadas da modelagem já feita anteriormente. Aqui são definidas quais são as condições internas de ganho de calor do ambiente para a realização da simulação e são descritos suas características dimensionais, como área e volume. É possível também ver a listagem das superfícies que a compõem na aba surfaces. • Internal Conditions: é uma previsão da carga térmica a ser gerada no interior do edifício expressa em watts por metro quadrado (W/m²), incluindo as fontes de calor: a presença humana, a iluminação artificial e os equipamentos. Devem ser incluídas também as taxas de infiltração, assim como os schedules para representar os padrões de uso e operação dos sistemas analisados. • Após o estabelecimento das condições internas do ambiente, elas devem ser adicionadas à sua zona correspondente. • Schedules: têm função de descrever os padrões de uso e operação da edificação e seus sistemas, tais como do sistema de iluminação artificial, equipamentos elétricos, abertura de janelas, funcionamento do condicionamento artificial, ocupação de pessoas, entre outros. • Aperture types: descrevem, em geral, o padrão de abertura de janelas ou portas. Aqui é especificado o fator de abertura, que é um número entre 0 e 1, representando a porcentagem da área de abertura em relação a superfície total da esquadria associada. Por exemplo, em janelas de correr é liberado somente 50% do vão, portanto o fator de abertura será 0,5. Os fluxos de ar nas aberturas são calculados pelo TAS usando um modelo que leva em conta as características de fluxo de pressão das aberturas, as pressões de vento e gravitacional (stack effect) e quaisquer fluxos de ar prescritos.

Aqui é onde são inseridos os seguintes dados: • Arquivo climático: registro de dados climáticos horários do período de um ano completo, ou seja, 8760 horas. As variáveis que compõem o banco climático são: radiação global, radiação difusa, nebulosidade, temperatura de bulbo seco, umidade relativa do ar, velocidade do vento e sua direção. Um processo de grande importância, pois o desempenho térmico da edificação está diretamente relacionado às condições externas do clima. Portanto, é elemento essencial que determina as condições de conforto dos residentes das edificações. Neste trabalho serão simulados o

40

41


Os resultados mostraram que os modelos simplificados trouxeram melhores aproximações aos dados medidos, além de serem arquivos mais leves, com simulações mais ágeis e haveria um volume de trabalho menor para realização da parametrização. Pode-se observar que as curvas seguem a mesma tendência e as tabelas mostram a diferença entre os dados medidos e os dados obtidos na simulação computacional.

Figura 42: Comparação entre os resultados da variável temperatura do ar das simulações com o modelo detalhado e simplificado. Elaborado por Carolina Abrahão Alves, 2013.

9.3. Calibração do modelo Após a conclusão da inserção dos dados de entrada, as simulações podem ser feitas. Porém, uma série de testes prévios foram feitos para o estudo do modelo. No primeiro, foi testado um modelo bem completo, atribuindo-se às diversas zonas todas as esquadrias e diferentes acabamentos, e outro mais simples onde somente aos ambientes de análise foram atribuídas esquadrias e cargas internas. Para a calibração do modelo foi utilizado um arquivo climático de dados medidos, representativo do ano de 2013, que coincide com ano dos dados medidos no interior do objeto de estudo. Deste modo, seria possível fazer uma comparação entre o resultado da simulação com este arquivo climático e com o medido in loco. Sabe-se que é impossível obter os mesmos valores, mas deveriam ao menos serem semelhantes e seguirem a mesma tendência comportamental termicamente. O padrão de uso e ocupação das residências não é tão previsível como em edifícios comerciais ou industriais, por exemplo. Portanto, os schedules diários para a ocupação dos ambientes, ativação da iluminação artificial e dos equipamentos elétricos também não são rígidos como é solicitado pelo modelo.

Finalizada esta etapa de calibração, é possível realizar a simulação com o clima futuro, baseados nas mudanças climáticas previstas, conforme cenários do IPCC.

Figura 40: Modelo de simulação detalhado do edifício Cerqueira César. Elaborado por Carolina Abrahão Alves, 2013.

Figura 41: Modelagem de simulação simplificado do edifício Cerqueira César. Elaborado por Carolina Abrahão Alves, 2013.

42

43


9.4. Simulações e resultados Com os modelos calibrados, todas as simulações com os climas futuros foram feitas e aplicou-se o índice de conforto térmico adaptativo da Ashrae. Simulações nas quais já haviam sido realizadas por Alves (2014), cujos resultados foram utilizados para o embasamento deste trabalho. Porém, pelo novo propósito que este projeto tem, as simulações e avaliações de conforto foram refeitas, incluindo a faixa de 80% de usuários satisfeitos, para maior confiabilidade e domínio do tema para o desenvolvimento da fase projetual do trabalho. São apresentadas a seguir tabelas referentes à simulação de desempenho térmico computacional, aplicando-se o índice de conforto adaptativo da ASHRAE 55 (2013), para os arquivos climáticos presente (1972-2005) e para os arquivos climáticos obtidos junto ao IAG para os cenários futuros, baseados no cenário RCP8.5 do IPCC/AR5: futuro próximo (2015-2044), futuro intermediário (2045-2074) e futuro distante (2075-2096).

DORMITÓRIO 90% Graus-hora

Horas de desconforto

Horas de desconforto

Figura 43 e 44: Gráficos que mostram a tendência de aumento da insatisfação por calor e redução para a insatisfação por frio para a faixa de 90% de usuários satisfeitos.

90% Graus-hora

Horas de desconforto

Graus-hora

Frio

Calor

Frio

Calor

Frio

Calor

Frio

Calor

Frio

Calor

Frio

Calor

Frio

Calor

Frio

Calor

Presente

75

375

10,2

305,5

697

842

317,8

892,3

30

231

4,2

159,5

854

672

333,8

587,9

Futuro próximo

72

542

11,6

533,5

591

1172

3000,7

1361,0

41

395

8,1

289,2

763

966

319,8

949,4

Futuro intermediário

46

1046

5,3

1291,3

462

1953

206,0

2743,3

40

873

6,8

928,6

626

1606

270,6

2121,7

Futuro Distante

16

1635

2,1

2163,7

268

2718

111,7

4310,0

23

1341

5,9

1670,2

388

2281

152,7

3477,3

44

75%

323%

608%

90%

53%

207%

383%

80%

13%

-48%

-79%

90%

-5%

-35%

-65%

Calor 80%

81%

482%

90%

61%

261%

80%

94%

61%

41%

90%

-4%

-19%

-54%

Frio

Frio

Presente pra Futuro próximo

Presente pra Futuro Presente pra intermediário Futuro distante

Calor 80%

45%

179%

336%

90%

67%

130%

223%

80%

-4%

-39%

-79%

90%

-15%

-34%

-62%

947%

Calor 80%

71%

278%

481%

491%

90%

44%

139%

239%

80%

37%

33%

-23%

90%

-11%

-27%

-55%

DORMITÓRIO

Calor 80%

HORAS DE DESCONFORTO

Frio

Frio

Sala de estar: Desconforto em graus-hora

Dormitório: Desconforto em graus-hora

80% Graus-hora

Presente pra Futuro Presente pra intermediário Futuro distante

Os ambientes avaliados são o dormitório e a sala de estar, locais de permanência da residência. A tabela leva em consideração a faixa estabelecida pela norma ASHRAE 55 (2013) para a insatisfação por frio e a insatisfação por calor nas condições de conforto de 80% de usuários satisfeitos e 90% de satisfeitos. As horas de desconforto da tabela 3 e 4 representam a quantidade de horas em que os usuários estão insatisfeitos por calor ou frio ao longo do ano, com o total de 8760 horas do ano. E a unidade graus-hora mostra melhor a intensidade do desconforto sofrido pelos usuários.

SALA DE ESTAR

80% Horas de desconforto

Tabela 4: Resultado da simulação computacional com a aplicação do índice adaptativo da ASHRAE 55:2013.

Presente pra Futuro próximo

SALA DE ESTAR

SALA DE ESTAR

Tabela 5 e 6: Resultado em porcentagem de aumento ou redução de conforto em graus-hora e horas de desconforto, referente ao clima presente.

DORMITÓRIO

GRAUS-HORA

5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0

5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 Presente

Futuro próximo Calor

Futuro intermediário Frio

Futuro distante

Presente

Futuro próximo Calor

Futuro intermediário

Futuro distante

Frio

Pode-se observar nos resultados e visualizar melhor pelos gráficos que há a tendência do aumento da insatisfação por calor e a redução da insatisfação pelo frio, pois o cenário de aquecimento é progressivo para o futuro. Somente no ambiente da sala de estar, para a faixa de 80% de satisfeitos que há um aumento de insatisfação por frio com a progressão dos cenários, reduzindo somente no futuro distante, fugindo do padrão acima. Se avaliarmos os resultados em relação à intensidade de desconforto sofrido pelos usuários, temos que num futuro distante o desconforto aumentará 3 a 9 vezes mais (observado na tabela 4) para ambas as faixas de conforto. Este resultado se justifica, porque para o clima de hoje o apartamento em estudo ainda demonstra um bom desempenho térmico, pois possui elevada inércia térmica e um sistema de ventilação natural suficiente. No entanto, com o aquecimento progressivo, a zona de conforto que já estava no limite, é extrapolada gerando um intenso desconforto ao usuário.

45


SALA DE ESTAR

80% Horas de desconforto

90% Graus-hora

Horas de desconforto

80% Horas de desconforto

Graus-hora

90% Graus-hora

Horas de desconforto

Graus-hora

Calor

Total

% ano

Frio

Calor

Total

% ano

Frio

Calor

Total

% ano

Frio

Calor

Total

% ano

Presente

75

375

450

12%

697

842

1539

41%

30

231

261

7%

854

672

1526

41%

Futuro próximo

72

542

614

16%

591

1172

1763

47%

41

395

436

12%

763

966

1729

46%

Futuro intermediário

46

1046

1092

29%

462

1953

2397

64%

40

873

913

24%

626

1606

2232

59%

Futuro Distante

16

1635

1635

44%

268

2718

2986

79%

23

1341

1364

36%

388

2281

2669

71%

24

.7

RUA DA CONSOLAÇÃO

.6

13

.8

28

22

Frio

Figura 46: Implantação do edifício com carta solar.

RUA SERGIPE

DORMITÓRIO

24.9

11

N

W

.8

.9

6.10

20.10

22.11 22.12

17

18

16 15 14 13

Se avaliarmos em relação as horas de desconforto, temos que num futuro distante o desconforto pode atingir até 79% das horas do ano (tabela 7), mostrando a urgência da necessidade de uma requalificação do edifício visando principalmente o conforto térmico neste cenário de mudanças climáticas. O objeto em estudo é o apartamento 22, que recebe diretamente a radiação solar de toda tarde, e em maior parte do ano, algumas horas da manhã também, como pode ser visto na figura 46. Apesar de o objeto de estudo ser o apartamento 22, na orientação solar mais crítica, a proposta é melhorar o desempenho do edifício como um todo.

4.11

Tabela 7: Horas de desconforto totais e sua relação com o ano todo.

Resultado Atual

T (ºC) 35

25 20 15 10 5 0 OUTONO Temperatura operativa Dormitório

46

INVERNO Temperatura operativa Estar

PRIMAVERA Limite da zona de conforto ao calor

Limite da zona de conforto ao frio

VERÃO

Figura 45: Gráfico do resultado anual com 8760h de simulação computacional do dormitório para o clima atual.

RUA DONA ANTÔNIA DE QUEIRÓS

30

47


1.

Resultado Futuro Próximo

T (ºC) 35

Resultado Futuro Distante

35

30

30

25

25

20

20

15

15

10

10

Introdução e justificativa

5 0

inicio

1.

T (ºC)

OUTONO Temperatura operativa Dormitório

T (ºC)

INVERNO Temperatura operativa Estar

PRIMAVERA Limite da zona de conforto ao calor

Introdução e justificativa

5

legenda

VERÃO

Limite da zona de conforto ao frio

0

legenda OUTONO

inicio

Temperatura operativa Dormitório

Resultado Futuro Intermediário

35

Figura 49: Gráfico do resultado anual com 8760h de simulação computacional do dormitório para o cenário Futuro Distante.

30 25 20 15 10

INVERNO Temperatura operativa Estar

PRIMAVERA Limite da zona de conforto ao Calor

VERÃO

Limite da zona de conforto ao frio

Como se pode observar nos gráficos das figuras 46 a 49, as temperaturas operativas de ambos os ambientes (dormitório e sala de estar) vão gradualmente aumentando com a progressão dos cenários climáticos futuros, que ultrapassa o limite da zona de conforto ao calor (linha amarela) cada vez mais e que ultrapassa o limite da zona de conforto ao frio (linha verde) cada vez menos, resultado que já foi observado nas tabelas anteriormente. Os gráficos possuem um desenho muito parecido em todos os cenários, variando somente a temperatura (altura no eixo y). Esta semelhança acontece principalmente pela variação de temperatura com a passagem das estações do ano, que é explicado pela a inclinação do eixo do globo terrestre (23,5°) combinado aos movimentos de translação e rotação da Terra, que geram variações na incidência do Sol sobre os Hemisférios Norte e Sul, possuindo três posições particulares: o solstício de junho, equinócio de março e setembro e solstício de dezembro. Estas posições são o que determinam as estações do ano. Este percurso do Sol varia entre os Trópicos de Câncer e Capricórnio.

5 0 OUTONO Temperatura operativa Dormitório

INVERNO Temperatura operativa Estar

PRIMAVERA Limite da zona de conforto ao calor

VERÃO

Limite da zona de conforto ao frio

Figura 47 e 48: Gráfico do resultado anual com 8760h de simulação computacional do dormitório para o cenário Futuro Próximo e Futuro intermediário.

48

Figura 50: A Terra e o Sol nas posições dos solstícios e equinócios. Fonte: Frota, 2004.

Figura 51: Movimentação da Terra em torno do Sol, com estações apontadas para o Hemisfério Sul. Fonte: cienciaviva.com.

49


10.

A radiação que chega Terra não varia no clima futuro, a não ser que a excentricidade da órbita da Terra mude, onde já vimos no tópico de mudanças climáticas que praticamente não há alterações na quantidade e distribuição da energia recebida pelo Sol. Esta simplificação foi adotada na elaboração dos cenários futuros feitos pelo IAG por desconhecer como será a cobertura de nuvens nas diferentes regiões do mundo. O que muda é a composição do ar, aumentando a capacidade de absorver a radiação infravermelha, reduzindo a quantidade de energia emitida para o espaço, responsáveis pelo aumento da temperatura na superfície, consequentemente há maior troca de calor por condução e convecção entre o meio e as edificações. O dormitório (linha azul nas figuras 46 a 49) está localizado na fachada alinhada à Rua da Consolação, que é larga, possui um canteiro central de árvores baixas e pouca obstrução pelos edifícios do entorno, portanto com maior exposição à incidência de radiação solar, explicando as maiores temperaturas em relação à sala de estar (linha laranja nas figuras 46 a 49). A máscara de obstrução da figura 52 representa exatamente esta descrição. A sala de estar está voltada para dentro do “H”, portanto está praticamente o ano todo sombreada. A fachada oposta, a sudeste, está cercada por alguns prédios altos, que resultam no mascaramento da figura 53. N

Propostas de Requalificação

N

O objeto de estudo não é equipado com sistema de ar condicionado e o objetivo deste projeto é a manutenção do conforto térmico dos usuários utilizando somente técnicas passivas de operação. Para tal proposição, utilizando-se os conceitos bioclimáticos na arquitetura, onde é incentivado o aproveitamento dos recursos e condições ambientais locais, através de estratégias projetuais específicas de acordo com o lugar em que a edificação está inserida, levando-se em consideração as características climáticas, como a temperatura do ar, a temperatura superficial, a umidade, a radiação solar, a direção e velocidade dos ventos. Busca-se a eficiência através das tecnologias construtivas, aliando critérios estéticos, funcionais, de conforto e de eficiência. A cidade de São Paulo localiza-se na latitude 23,33°S e na longitude 46,6°W, resultando na trajetória aparente do sol conforme a figura 57. Seu clima caracteriza-se por subtropical com temperaturas amenas, tendo verões mais quentes e úmidos e invernos amenos e mais secos. Porém, nos últimos anos temos registrado alguns extremos de temperatura com valores inferiores a 10°C no inverno e superiores a 30°C no verão, segundo o boletim IAG Água Funda, 2014.

Figura 52 e 53: Máscara de obstrução do dormitório na fachada noroeste do apartemento 22, à esquerda; e do dormitório na fachada sudeste do aprtamento 24, à direita. 22.6

22.6

22.6 21.5

1.5 16.4

28.8

13

12

16

2

21

.1

15

.10

14

13

12

16

10

8.3

9

.2

7

9.

2

6

18

E

23

8

17

11

4.

11

21

.1

2

2

.1

.1

22

21.3

0

6.1

20 9.

6

18

W

.2

7

1 .1

2

23

E

22

22

8.3

9

22

.1

10

8

17

11

4.

11

1

.10

20

14

.1

15

24.9

22

0

6.1

3.4

11.9 21.3

22

W

1.5 16.4

28.8

3.4

11.9

24.9

21.5

13.8

2

13.8

22.6

24.7

.1

24.7

Figura 54: Zonas bioclimáticas brasileiras, com a cidade de São Paulona zona 3. Fonte ABNT, 2005.

S

S

O vidro ganha comparativamente muito mais calor em relação a área opaca da fachada. Para o clima atual, talvez o sombreamento da área translúcida seria o suficiente para manter o conforto térmico dos ambientes. Porém, com o cenário de aquecimento progressivo e por não possuir área tão grande em relação à parte opaca, indica a necessidade do sombreamento da parte opaca também, tomando-se o cuidado de não prejudicar a iluminação natural e o conforto acústico.

50

51


Figura 55: Diretrizes construtivas para a zona bioclimática 3 - continuação, onde se localiza a cidade de São Paulo. Fonte: ABNT, 2005.

Figura 56: Diretrizes construtivas para a zona bioclimática 3, onde se localiza a cidade de São Paulo - continuação. Fonte: ABNT, 2005.

Para estas caraterísticas climáticas, as melhores estratégias de projeto serão guiadas pela carta psicométrica, que são base da das zonas bioclimáticas da NBR15220:2005. Segundo a norma, a região da Metropolitana de São Paulo se enquadra na zona bioclimática 3, onde inverno e verão possuem características distintas e requerem soluções distintas. Para esta zona, as principais estratégias são ventilação cruzada para o verão, aquecimento solar e massa térmica para o inverno. Assim, como detalhado na norma, a escolha da forma, da orientação e da implantação da edificação, além da correta orientação de superfícies envidraçadas, são estratégias essenciais para o conforto térmico. Porém, como a forma, orientação e implantação do objeto de estudo já estão determinados, não é possível fazer alguma mudança nessas características. No verão é necessário que haja a possibilidade de remoção da carga térmica através da ventilação, combinada com o sombreamento das aberturas para evitar ganhos excessivos de calor. As sensações térmicas são melhoradas através da desumidificação dos ambientes. Esta estratégia pode ser obtida através da renovação do ar interno por ar externo através da ventilação dos ambientes. Além disso, a estratégia da massa térmica pode gerar um atraso térmico nos ambientes internos (ALVES, 2014). No inverno, por outro lado, é necessária a retenção de calor. Tendo a massa térmica como aliada é possível que o aquecimento diurno dos elementos construtivos atrase o resfriamento do ambiente interno, mantendo temperaturas mais altas que o exterior ao entardecer e no período noturno.

Figura 57: Carta solar de São Paulo. Fonte: FROTA, 2004.

52

53


Figura 60: Ventilação natural em edifícios.

10.1. Estudo de alternativas arquitetônicas

Para GONÇALVES (2015), em edifícios residenciais os ganhos de calor diurnos são praticamente inexistentes por causa da quase ausente ocupação, do fechamento das venezianas das janelas e da ausência de ventilação no período diurno, aproximando a temperatura interna do edifício à externa. Deste modo, a ênfase de estratégia muda do período diurno para o noturno. Na predominância de desconforto por calor, alta taxa de ventilação é desejável, porém pode ser comprometida se considerado o controle de ruídos, privacidade e segurança. Seguindo as recomendações da NBR15220:2005 para a zona bioclimática 3, temos como principais estratégias a ventilação, aquecimento solar (através da insolação pela escolha da forma e orientação) e massa térmica.

Figura 58: Zona passiva de ventilação natural, em função de abertura lateral. Fonte: GONÇALVES, 2015.

10.1.2. Sombreamento Apesar da ventilação ser um recurso central para retirada do calor do meio ambiente interno, em locais de clima quente, o sombreamento é sua principal estratégia complementar, reduzindo os ganhos de calor. Porém, existem alguns conflitos entre sombreamento e ventilação natural, e sombreamento e iluminação natural, onde o sombreamento pode bloquear as aberturas, comprometendo os outros dois recursos. Sua principal função é a proteção solar, evitando a incidência direta de radiação solar no interior do edifício.

10.1.1. Ventilação Como em muitas outras grandes cidades como São Paulo, o grande problema da qualidade do ambiente urbano é consequência do uso intensivo de veículos, como o ruído e a poluição. Estes fatores são grandes entraves ao uso da ventilação natural. Mas o cenário atual de crise energética, mudanças climáticas, adicionado à síndrome do edifício doente, tem mudado a perspectiva do mercado, favorecendo a volta do incentivo à ventilação natural. Todos os tipos de clima oferecem a possibilidade de ventilação natural, especialmente São Paulo, pois apresenta temperaturas amenas em aproximadamente 70% do ano. Existe uma relação básica entre o pé direito e a profundidade da planta que afeta o desempenho da ventilação natural. Recomenda-se o mínimo de 3 m de pé-direito, pois quanto maior a altura mais favorável é para a estratificação do ar, criando maior circulação do ar e possibilita aberturas em diferentes alturas na fachada, incrementando o fluxo da renovação do ar com o efeito chaminé. Outra regra básica indica que, quando unilateral, a eficiência da ventilação natural chega a 2,5 vezes o pé-direito livre da planta e quando cruzada, 5 vezes o pé-direito livre da planta (GONÇALVES, 2015).

54

Figura 59: Fachada dupla ventilada. Fonte: Fonte: GONÇALVES, 2015.

Figura 61: Edifico do MEC, no Rio de Janeiro, à esquerda. Fonte: Marcos Leite Almeida.

Figura 62: Prateleiras de luz da Escola de Ensino Fundamental Gray Middle, em Washington, à direita. Fonte: Lincoln Barbour.

55


10.1.3. Massa térmica: O uso desta estratégia está atrelado ao atraso térmico e ao amortecimento, ou seja, à diminuição de picos de calor e frio extremos, com o emprego de componentes construtivos de alta inércia térmica. Por sua vez, a inércia térmica é a capacidade da edificação de armazenar e liberar calor, que depende da capacidade térmica dos materiais e componentes que compões sua envoltória. Uma edificação com baixa inércia térmica tem a variação da temperatura interna mais próxima à externa, o que para as oscilações de temperatura que temos num ciclo de 24h dia pode ser desfavorável. No verão, o calor é armazenado na massa térmica, reduzindo os picos de calor; no inverno, o calor é liberado para o interior do edifício no período noturno, mediante também o controle de ventilação.

11. O Projeto O clima futuro descreve um cenário de aquecimento progressivo, que traz a necessidade de sombreamento da fachada para diminuição de ganhos de calor e um melhor sistema de ventilação para que seja possível a retirada de calor de dentro do ambiente e mantê-lo propício ao resfriamento da massa térmica no período noturno, na tentativa de se manter os métodos passivos de operação do edifício, ou, se não for possível, operar com o máximo de economia de energia em modo misto de climatização. Todos as questões em relação ao conforto térmico já foram problematizados com a apresentação dos resultados do diagnóstico do edifíco existente no item 9.4 deste trabalho. Figura 63: Brise horizontal do fabricante Hunter Douglas.

No Plano Diretor Estratégico (PDE, 2014) atual não foi possivel encontrar alguma norma clara que permite ou proíbe o avanço de um balanço sobre o paseio público. Por não haver recuo frontal (alinhamento junto à calçada), talvez este fator seja um entrave se considerarmos que o projeto necessita de aprovação de várias instâncias públicas para ser construída, sendo um complicador para a instalação de qualquer tipo de sombreamento mais eficiente. Dentre outras questões, atualmente a rampa de entrada/saída de veículos e o seu trajeto até a sua vaga ocupa o mesmo espaço que o usuário que espera o elevador, ou seja, não há um hall ou espaço seguro para quem espera o elevador. Deste modo, uma nova proposição de fluxo de carros e pessoas deve ser pensada (figura 64).

Figura 64: Planta do subsolo.

56

57


O edifício em estudo não possui varanda, que é muito apreciado em edifícios de uso residencial. A primeira opção à esquerda seria utilizada para sombreamento da fachada, ainda que menos eficiente, sem avanço sobre a calçada. A terceira opção uma proposta bem mais eficiente para este caso, onde há uma varanda mais generosa e que proporciona maior sombreamento da fachada. E a segunda opção é o meio termo entre as duas anteriores, que caso tenha um bom resultado, também poderia ser adotada e teria menor intervenção comparado ao caso anterior. Caso fosse adotada a terceira opção, uma estrutura independente da estrutura do edifício teria que ser projetada, sendo necessário a descida de pilares sobre a calçada. Pelo grau de intervenção que haveria no espaço de circulação do pedestre, esta acabou sendo descartada. Outro importante fator que guiou esta decisão também foi a dimensão da sacada comparada a dimensão da unidade residencial, parecendo exagerada para as limitações de uso que teria. Foi escolhida então a solução com 1 metro de varanda, porém com sombreamento que tivesse um efeito próximo ao da terceira opção. Foi uma combinação de sombreamentos fixos e móveis, resultando nos desenhos que serão vistos mais à frente.

11.1. Propostas para a melhoria do conforto térmico

Os sombreamento escolhidos para o projeto são comercializados no mercado pela empresa Hunter Douglas. O sombreamento móvel3 é utilizado para sombrear a porta de vidro; o fixo4 é um sombreamento horizontal fixado na laje da varanda do andar acima, inspirados nas figuras 68 e 69.

O PDE (2014) faz menções sobre a redução de gases efeito estufa, porém há a falta de medidas de adaptação que assegurem o conforto de seus habitantes. Sabemos da importância do conforto à saúde e ao bem-estar do usuário e do impacto que seria ao meio ambiente se todos os edifícios na mesma situação tivessem que ser demolidos e reconstruídos para atender um conforto mínimo e/ou terem menores gastos de energia, visto que esta está cada vez mais escassa nos panoramas atuais e futuros. Portanto, neste contexto, um plano de adaptação às mudanças climáticas para o estoque de edifícios existentes que guiem os projetos de requalificação para se tornarem mais resilientes às mudanças é necessário e essencial no cenário atual. Por ser para edifícios existentes, algumas imposições do PDE talvez sejam transgredidas (como recuos mínimos, por exemplo). Em contrapartida, poderia haver a concessão de um espaço privado para uso público no térreo, assim como já acontece em São Francisco (EUA) numa iniciativa denominada POPOS (Privetely Owned Public Open Spaces). Para o caso do projeto de retrofit deste edifício é proposto uma compensação à legislação atual, dentro de um plano deste adaptação dos edifícios existentes às mudanças climáticas, possibilitando a instalação de elementos de sombreamento de fachada adequados ao uso residencial e que serão eficientes, fazendo valer o investimento do projeto a longo prazo. E em troca disso, seria proposta uma contrapartida ao uso público no térreo do edifício. As ideias iniciais partiram das seguintes referências:

As especificações podem ser vistas a seguir:

Figura 70: Detalhamento da instalação do sliding screen - parte 1. Fonte: Catálogo Hunter Douglas.

Figuras 65 a 67: À esquerda, a opção 1: Sliding shutter screen, da Hunter Douglas. Fonte: Archtonic. No meio, opção 2: Edifício em Melbourne, por SJB Architects. Fonte: architectureau.com

Figuras 68 e 69: Edifícios com dispositivos de sombreamento. Fonte: Hunter Douglas.

à direita, opção 3: Wilanowska Housing Complex, por JEMS Architekci. Fonte: Architonic.

3 Linha Controle Solar, o sliding screen com, com inlayer de wood brise 66. 4 Linha Woodbrise, 66. 58

59


Figura 71: Foto do wood brise aplicado em ambiente externo, à esquerda. Fonte: Catálogo Hunter Douglas.

Figura 74: Detalhamento da instalação do woodbrise - parte 2. Fonte: Catálogo Hunter Douglas.

Figura 72: Detalhamento da instalação do sliding screen - parte 2. Fonte: Catálogo Hunter Douglas.

Figura 73: Detalhamento da instalação do woodbrise - parte 1. Fonte: Catálogo Hunter Douglas.

Figura 75: Perfil do woodbrise escolhido, à esquerda. Fonte: Catálogo Hunter Douglas.

Figura 76: Foto do perfil do wood brise, à direita. Fonte: Catálogo Hunter Douglas.

60

61


Outra proposição importante ao conforto, é promover a ventilação cruzada no edifício. É essencial que haja aberturas em mais de uma fachada, como é neste caso, quando aberta a janela e a porta do dormitório e a janela da sala de estar. Quanto maior a área efetiva de ventilação da esquadria, maior a entrada/saída de ar, portanto melhor funciona a ventilação cruzada. Deste modo, com a proposição da varanda adicionado a este fator, foi necessário a troca da esquadria do dormitório por uma porta, que também é favorável a ventilação, pois possui maior vão. Além disto, foi proposto a troca da esquadria da sala de estar por uma onde há maior aproveitamento do vão comparada ao que está instalada hoje proporcionando melhor cruzamento da ventilação nos ambientes. A combinação destas duas estratégias tem sido a chave para o conforto térmico dos ambientes. Para tanto, é necessário manter as vedações abertas o máximo possível, principalmente quando a temperatura externa é menor que a interna, fazendo com que a temperatura interna tenha variação de acordo com a temperatura externa ao longo do dia, mas aproveitando a defasagem proporcionada pela massa térmica e permitindo que a ventilação cruzada ajude a retirar o calor acumulado e resfriá-la. É por causa da massa térmica também que deixamos as esquadrias fechadas nas horas mais quentes do dia. Com a intervenção do usuário, a operação do sombreamento proposto deve variar com a incidência direta da radiação na fachada. A laje da varanda que funciona como brise horizontal permite que o sombreamento da porta de vidro fique aberto por um tempo mais prolongado, principalmente durante o verão. O sombreamento da fachada evita que a massa se aqueça rapidamente e absorva calor que por sua vez seria transmitido ao ambiente. Para fachada sudeste, que recebe somente a radiação da manhã ao longo do ano e é sombreada pelos edifícios altos que a rodeiam, julgou-se desnecessário adotar todos os dispositivos de sombreamento propostos para a sua fachada oposta. Manteve-se, a varanda sem o woodbrise fixo, mas com o sliding screen, para maior controle da entrada de radiação e principalmente por privacidade dos dormitórios.

AD

A

NO

RO

ES

TE

FAC

STE

UDE

AS HAD

FA CH

N

Figura 79: Modelo do projeto com a aplicação das propostas para melhoria do conforto térmico em camadas.

N

Figuras 77 e 78: Máscaras de obstrução, incluindo as varandas com os brises propostos da fachada noroeste do apartamento 22, à esquerda; e da fachada sudeste do apartamento 24, à direita. 22.6

21.5

16

1 .1

22

W

21.3 0

6.1

.2

2

21

.1

15

.10

20

9.

6

18

E

14

13

12

16

10

8.3

9

.2

7

9.

2

6

18

E

23

8

17

11

4.

11

21

.1

2 .1 22

22

23

2 .1 22

.1 2

8.3

9

7

S

62

10

8

17

11

4.

11

1

12

.1

13

22

.10

20

14

.1 2

15

24.9

22

0

3.4

11.9 21.3

6.1

1.5 16.4

28.8

3.4

11.9 24.9

21.5

13.8

16.4

28.8

22.6

24.7

1.5

13.8

W

22.6

22.6

24.7

Varanda de 1m

Slidescreen com inlayer de woodbrise

Esquadria maxim-ar maior vão efetivo de ventilação

Porta de vidro com 3,15m2 de vão efetivo de ventilação

Slidescreen com inlayer de woodbrise

Varanda de 1m

Woodbrise fixo

S

63


As estratégias descritas resultaram nos cronogramas de operação do sombreamento da porta do dormitório e opções de cronogramas de operação de ventilação abaixo:

DORMITÓRIO 80% Horas de desconforto Figura 80: Cronograma de operação de sombreamento e da ventilação.

Com a limitação do modelo de simulação computacional termodinâmica de permitir a inserção de um só schedule para cada possibilidade de operação, o sombreamento da porta de vidro que dá acesso à varanda foi baseado na máscara da figura 77, tentando englobar a maior parte das horas nas quais o sol incide na fachada do dormitório. E no caso da ventilação foram simulados 3 diferentes modos com o intuito de se quantificar qual tipo de ventilação é o mais eficiente para este caso específico: • 24h: Esquadrias sempre abertas com ventilação todas as horas do ano. • Function: Modo automatizado do software para a ventilação natural, controlado pela temperatura de bulbo seco do ambiente, pouco viável para a operação da esquadria pelo usuário. Quando atingido 19°C, a esquadria é aberta parcialmente, sendo totalmente aberta quando atingir 25°C. O mesmo tipo de ventilação foi utilizado para o diagnóstico do edifício existente, que mesmo sabendo que não é o modo de operação da ventilação mais eficiente, foi inserido para ter parâmetro de comparação. • Ventilação noturna combinada com o fechamento das esquadrias para as horas quando a temperatura externa é maior que a interna, o que traria mais calor para dentro do ambiente. Não existe nenhum modo de automação para esta operação, portanto foi desligado o schedule no período da tarde de intenso calor. Adotando-se a mesma estratégia de sombreamento e diferentes modos de operação da ventilação, refazendo a modelagem, parametrização e simulação, obtivemos os seguintes resultados para o cenário de futuro distante:

64

SALA DE ESTAR

Tabela 8: Resultado das simulações para as três opções analisadas, em graus-hora e horas de desconforto para 80% e 90% de pessoas em desconforto.

90% Graus-hora

Horas de desconforto

80%

90%

Horas de desconforto

Graus-hora

Horas de desconforto

Graus-hora

Graus-hora

Frio

Calor

Frio

Calor

Frio

Calor

Frio

Calor

Frio

Calor

Frio

Calor

Frio

Calor

Frio

Calor

16

1635

2,1

2163,7

268

2718

111,7

4310,0

23

1341

5,9

1670,2

388

2281

152,7

3477,3

24h de Ventilação

1632

854

2848,1

1404,4

2492

2492

4908,9

2508,8

1658

1341

2765,9

1074,5

2536

1339

4861,1

2107,5

Function

769

860

373,4

1346,2

1908

1908

1688,2

2459,5

594

762

284,2

915,0

1731

1295

1405,5

1896,3

Noturna + fechamento nas horas de maior ganho

1563

755

2687,8

1016,2

2426

2426

4669,8

2031,1

1557

707

1583,9

835,5

2435

1342

4505,5

1851,1

2,5m de varanda

1828

692

3075,6

877,2

2667

1237

5320,5

1819,4

2008

725

3364,6

617,5

2849

2849

4590,9

1451,0

Futuro Distante

A opção da varanda de 2,5m com o sombreamento camarão também foi simulada para comparação de estratégias (opção 3 das primeiras ideias, apresentada na figura 67). Com máscaras de obstrução semelhantes, as duas alternativas diferem pouco no mascaramento do brise horizontal (cerca de 1 hora a mais de sombreamento), mas a diferença nos graus-hora de desconforto acontece pelo sombreamento de toda área opaca quando está todo fechado, o que não acontece na solução final. Porém, pelo nível de intervenção, qualidade de projeto, custo e dificuldade da execução de obra, a melhor opção encontrada foi a do projeto proposto.

Tabela 9: Redução das horas de desconforto e graus-hora de desconforto de cada intervenção proposta, para 80% e 90% de usuários em desconforto por calor, em relação ao edifício da forma como está, sem nenhuma intervenção, no cenário futuro distante.

Redução em relação ao cenário futuro distante sem intervenções (%) CALOR

DORMITÓRIO 80%

SALA DE ESTAR 90%

80%

90%

Horas de desconforto

Graus-hora

Horas de desconforto

Graus-hora

Horas de desconforto

Graus-hora

Horas de desconforto

Graus-hora

24h de Ventilação

-48%

-35%

-49%

-42%

-43%

-36%

-41%

-39%

Function

-47%

-38%

-48%

-43%

-47%

-45%

-43%

-45%

Noturna + fechamento nas horas de maior ganho

-54%

-53%

-52%

-53%

-46%

-50%

-41%

-47%

65


A proposta de varanda de 1m combinada aos dispositivos de sombreamento trouxeram bons resultados, reduzindo 43% e 45% das graus-hora de desconforto para o dormitório e sala de estar, respectivamente, utilizando o mesmo modo automatizado de ventilação natural do software (denominado como function na tabela 7 a 9 e descrito anteriormente) usado no diagnóstico para o cenário de futuro distante. No caso do dormitório, o ambiente é afetado diretamente pela incidência da radiação que explica o efeito do sombreamento da fachada, e a melhoria da ventilação pela troca de esquadria e aumento da área efetiva de ventilação. Na sala de estar ocorre a redução por receber menos calor do ambiente adjacente, o próprio dormitório, e pela melhoria na ventilação cruzada. Aumento em relação ao cenário futuro distante sem intervenções (%) FRIO

DORMITÓRIO 80% Horas de desconforto

24h de Ventilação

SALA DE ESTAR 90%

Graus-hora

Horas de desconforto

10200%

132923%

Function

4806%

Noturna + fechamento nas horas de maior ganho

9769%

80%

Graus-hora

Horas de desconforto

930%

4396%

17426%

712%

125439%

905%

90%

Graus-hora

Horas de desconforto

Graus-hora

7209%

46957%

654%

3183%

1512%

2583%

4825%

446%

920%

4182%

6770%

43867%

628%

3006%

Quanto ao desconforto ao frio, vemos aumento muito significativo de até 174 vezes mais do que comparado ao futuro distante em termos de graus-hora para 80% do total de pessoas em conforto no dormitório e até 438 vezes mais para a sala de estar para o mesmo parâmetro. O aumento do desconforto ao frio é compreensível, porém a grandeza causa certo espanto. Um dos motivos para este número ser tão grande, é a quantidade de graus hora de desconforto ser muito pequeno no cenário de futuro distante sem intervenção (2,1) sem nenhum sombreamento proposto. Outro motivo poderia ser o modo que foi modelado os sombreamentos propostos na simulação. O software apresentou algumas limitações para esta modelagem, pois apesar de ser possível operá-lo adicionando um fator multiplicativo no sombreamento projetado conforme “ligado” e “desligado” pelo schedule inserido, este é o mesmo para todos os dias ano. Ou seja, não houve a possibilidade de diferir os dias de verão e inverno. É possível somente fazer a diferenciação de dias de semana, finais de semana e feriados, que não é aplicável em um edifício residencial. É um software pensado para simular edifícios de escritório condicionado artificialmente, apesar de permitir a simulação da ventilação natural. Portanto, nos dias de inverno quando em certos horários seria necessário manter o sombreamento totalmente aberto para esquentar o ambiente, ele estaria fechado para sombrear nos dias de verão. E o mesmo para a ventilação, em certos horários que seria necessário manter o vão ventilado fechado para manter o calor, ele está aberto para ventilar os dias de verão.

Tabela 10: Aumento das horas de desconforto e graus-hora de desconforto de cada intervenção proposta, para 80% e 90% de usuários em desconforto por frio, em relação ao edifício da forma como está, sem nenhuma intervenção, no cenário futuro distante.

11.2. Propostas de melhoria ao prédio e o meio urbano Para resolver a questão dos fluxos do edifício, é proposto um novo acesso de veículos ao edifício, organizando os fluxos de carro, pedestres e ciclistas. Primeiro, um novo acesso de veículos foi pensado de modo a criar um espaço de espera pelo elevador, separando-o do fluxo de veículos, mantendo o usuário seguro. Com esta ação, foram perdidas 3 vagas de garagem, num edifício onde há menos de uma vaga por apartamento; essa alteração é compatível com um maior incentivo ao uso de transporte público, já que é uma região rica de opções, ainda mais com a futura estação Mackenzie-Higienópolis da linha Laranja em construção próxima ao edifício. Houve também o acréscimo de 20 vagas de bicicleta, meio de transporte que será cada vez mais utilizado com os incentivos que tem ganhado nos últimos anos e as ciclofaixas instaladas na rua da Consolação, apontando este desenvolvimento. Apesar de hoje ainda não ser uma necessidade, talvez se torne no futuro.

Figura 81 e 82: Rack de bicicletas proposto. Fonte: Ground Control System.

E por último, um novo acesso de pedestres moradores e visitantes é proposto, com maior antecâmara, para maior conforto e segurança dos usuários.Estas propostas poderão ser vistas na planta do subsolo.

66

67


Saindo do contexto do edifício, são propostas também algumas medidas mitigadoras para o meio urbano. Dentro do último Plano Diretor Estratégico (2014), a edificação está inserida na ZEU (Zona Eixo de Estruturação Urbana), onde há a promoção de usos residenciais e não residenciais com densidades demográfica e construtiva altas e promoção da qualificação paisagística e dos espaços públicos de modo articulado com o sistema de transporte público coletivo:

Pela figura 84, nos artigos 67 e 69, são pertinentes ao caso: Art. 67. Em ZEU, ZEUa, ZEUP, ZEUPa, ZEM, ZEMP, ZC, ZCa, ZM e ZEIS, os passeios públicos deverão ter a largura mínima de 5m (cinco metros), observado que: I - nas ZEU, ZEUa, ZEUP, ZEUPa, ZEM e ZEMP, o alargamento do passeio público será obrigatório; [...] § 1º Nos casos em que o passeio público já apresente largura de 5m (cinco metros) ou quando ocorrer a doação da faixa necessária para seu alargamento, o recuo de frente ficará dispensado. [...] § 3º A obrigatoriedade estabelecida nos incisos I e II do “caput” deste artigo aplica-se somente às edificações novas e reformas que envolverem a ampliação de mais de 50% (cinquenta por cento) da área construída total. § 5º Reforma de edificação existente em lotes com área menor que 500m² (quinhentos metros quadrados) fica dispensada da doação prevista no “caput” em ZEU, ZEUa, ZEUP, ZEUPa, ZEM e ZEMP. Art. 69. Não será exigido recuo mínimo de frente quando, no mínimo, 50% (cinquenta por cento) da face de quadra em que se situa o imóvel esteja ocupada por edificações no alinhamento do logradouro, conforme base georreferenciada cadastral oficial do Município, não se aplicando a exigência de doação para alargamento do passeio público prevista no inciso II do “caput” do art. 67 desta lei (LEI Nº 16.402, DE 22 DE MARÇO DE 2016)

Figura 83: Classificação da quadra do edifício pelo zoneamento do PDE (2014). Fonte: Geosampa, Prefeitura de São Paulo <geosampa.prefeitura.sp.gov.br>.

Conforme observado no plano acima, não foi possível encontrar algo específico referente ao avanço de área não computável (varanda) sobre o passeio público, em caso de reformas de edificações existentes. Dentro do plano de adaptação às mudanças climáticas para o estoque de edifícios existentes, é proposto uma compensação à projeção sobre a calçada com o uso público no térreo do edifício. A varanda proposta, além de melhorar o desempenho térmico do edifício em estudo, cria um pequeno abrigo aos pedestres, protegendo-os do sol e chuva (muito intensos durante o verão), tornando o caminhar do pedestre mais agradável, semelhante ao que hoje já ocorre na região da República.

Figuras 85 e 86: Fotos tiradas na Av. São Luís, República. Figura 84: Tabela de parâmetros de ocupação. Fonte: PDE-Prefeitura de São Paulo, 2014.

68

69


Como modo compensatório, foi proposta a cessão de parte do pavimento térreo para o uso público de modo a beneficiar os moradores do edifício e o resto da cidade, retirando o comércio que está alocado. Observando o entorno, vemos que o imóvel vizinho à esquerda hoje encontra-se sem uso e à venda. Um lote bem estreito, aparentemente insalubre, pois é geminado aos edifícios adjacentes e a fachada frontal não possui esquadrias que permitam a ventilação. E à esquerda deste, temos o edifício de esquina, que hoje é predominantemente residencial de 3 pavimentos mais o térreo, onde neste há um pequeno restaurante.

garantindo seu dinamismo; compartilhamento dos espaços privados, inserindo o princípio da fruição. O acesso público a esses locais, garantindo a democratização dos espaços da cidade, criando lugares ativos e respiros; desestímulo a vagas de garagem com a grande oferta de transportes públicos e ciclofaixas.

Figuras 87 e 88: Fotos dos lotes vizinhos.

A proposta é incorporar estes dois lotes, criando uma área razoável onde é proposta uma praça para atender novas e antigas demandas da região. Anteriormente, seria usado como canteiro de montagem da estrutura das varandas. As novas demandas estão relacionadas à instalação das novas ciclofaixas nos dois sentidos da Rua da Consolação, que vão em direção ao Centro e à Avenida Paulista; e as antigas demandas estão relacionadas à falta de espaços livres e para descanso nesse percurso todo da Rua da Consolação. Portanto, nesta área é proposta uma praça onde haverá um bike café combinado a um espaço de descanso sombreado, destinado principalmente aos ciclistas e usuários que passam pela região. A pequena praça que estaria localizada aproximadamente na metade da rua da Consolação é um ponto estratégico para um espaço com este programa. Foi projetado um caminho onde é possível cruzá-la para quem está somente de passagem, descansos sombreados e arborizados para ciclistas ou qualquer outra pessoa que anda pela consolação, abrigo para bicicleta e o equipamento novo, o bike café. O bike café é um espaço multifuncional que tem o intuito de trazer facilidades ao ciclista como vestiário, bicicletário, oficina, loja e café em um único local. Além de oferecer apoio o ciclista, promove a mobilidade urbana incentivando o uso da bicicleta como meio de transporte. É ideal para pessoas que desejam ir ao trabalho pedalando, trazendo mais conforto, segurança e comodidade aos que buscam melhora na qualidade de vida, economia, produtividade e bem-estar. Analisando-se a proposta completa, vemos a aplicação de muito pontos que são ideias centrais do último Plano Diretor, que tem o intuito de criar uma cidade mais humanizada e equilibrada: o incentivo à fachada ativa, a fim de evitar a formação de planos fechados na interface entre as construções e os logradouros, aumentando a interação dos passeios públicos com as atividades instaladas no térreo, fortalecendo a vida urbana e

70

Figuras 89 a 91: Bike Café Aro 27, localizado em Pinheiros. Fonte: Não sou de SP <http:// www.naosoudesp.com.br/aro-27-bike-cafe>

Figuras 92 e 93: Active Commuting bike park by Andrew Rechten. Fonte: <http:// www.cyclingweekly.co.uk/>

Com todas estas propostas, temos como produto os desenhos a seguir:

71


ELEV. 01

CORTE A

D

ELEV. 01

789.8

CORTE A

789.6

D

789.6

BIKE RACKS

s

GUARITA

94 96

s

791.0

s

s

789.5

APOIO/ ALMOXARIFADO

789.5

D

s

789.8

95

787.8

97 Inspirações para o projeto praça + bike café:

VESTIÁRIO E SANITÁRIOS

94 - Parque Red Ribbon / Turenscape. Fonte: Archdaily.

789.8

95 - Praça Deichmann / Chyutin Architects. Fonte: Archdaily.

OFICINA

96 - Pergolado de bambu. Fonte: Revista Casa & Construção.

0 1

72

5m

PLANTA SUBSOLO

789.9

789.9

97 e 98 - Solar powered bike parking pod, hot water shower/ Penny Farthings Pushbikes. Fonte: <http://www.abc.net.au/>

CORTE A

CAFÉ

CORTE A

98

0 1

5m

PLANTA TÉRREO

73


0,1

7,49

D

ELEV. 01

789.8

789.6

1,00

CORTE CORTE AA

P1

P1

D

789.6 s

DORM. 1 APTO.22

APTO.21

DORM. 2

NOVAS ESQUADRIAS

791.0

s

1,5

789.5

9,65

789.5

1,5

P1

2,1

D

APTO.24

APTO.23

ESTAR

COZINHA WC

VISTA INTERNA

789.8

J8

1,3

SERVIÇO 789.8

789.9 CORTE A

0 1

74

5m

PLANTA TIPO

1,25

J8

789.9

CORTE A

VISTA EXTERNA

PLANTA - APARTAMENTO 22 2° ANDAR PLANTA APARTAMENTO 2º ANDAR 0

1

5m

75


Tirante de aço Guarda corpo metálico e de vidro Woodbrise fixo

Slidescreen com inlayer de woodbrise

Laje de estrutura metálica e madeira

Figura 99: Inspiração para a estrutura da varanda.Fonte: <http:// www.steelconstruction.info/>

CORTE A

76

0 1

5

10

20 m

0 1

5

10

20 m

77


PERSPECTIVAS DO PROJETO:

78

79


80

81


82

83


12.

Considerações finais Os resultados obtidos neste trabalho mostram a importância que deveria ser dada aos métodos passivos de climatização dos edifícios, tendo em vista o cenário de mudanças climáticas e escassez de recursos naturais que estamos enfrentando e ainda iremos enfrentar. A vida útil das edificações é longa o bastante para estarem submetidas a estas mudanças. É essencial que haja a possibilidade de adaptação e o aumento da resiliência dos edifícios, fator que poderia ser considerado como princípio em qualquer concepção de projeto. Após 13 meses de estágio em uma empresa de selos de certificação no setor de eficiência energética, ficou a ideia de sustentabilidade importada de países de clima temperado e aplicadas no Brasil, um país de clima tropical e subtropical, principalmente. As certificações mais conhecidas, o LEED (Leadership in Energy and Environmental Design) e AQUA (Alta Qualidade Ambiental), e mesmo o criado no Brasil, o Procel Edifica, são focados na eficiência dos sistemas prediais do que a aplicação de conceitos da arquitetura bioclimática no projeto, resultando na proliferação de edifícios “sustentáveis” de planta quadrada com fachada envidraçada, selada, sem nenhum tipo de sombreamento ou estratégias que viabilizem a ventilação natural dos ambientes. Vivemos num cenário onde o construir rápido e pelo menor custo estão acima de um bom projeto. Isto é também produto de normas técnicas e um código de obras que são insuficientes visto o cenário que vivemos e o cenário futuro que tende a se agravar, pois vemos poucas mudanças no sentido de menores emissões de gases estufa para minimizar as mudanças climáticas, e menos ainda de medidas de adaptação, que ficam totalmente à margem dos planos governamentais. Internacionalmente, os códigos de obra estão cada vez mais exigentes e restritivos5, caminhado em direção à adaptação dos edifícios , que é o contrário de São Paulo, onde em sua última proposta vetada há um discurso de “empoderar os arquitetos”, mas na prática tem exigido cada vez menos área de ventilação natural, iluminação natural, dentre outros aspectos. E no final quem sofre as consequências são os leigos que adquirem o imóvel ou mesmo quem entende a gravidade da situação, mas não tem poder aquisitivo suficiente para adquirir os poucos imóveis diferenciados, com um bom projeto.

13.

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5 Por exemplo, o Building Regulations 2010 Part L1A, adotado pela Inglaterra; BS EN 15251:2007 - Indoor environmental input parameters for design and assessment of energy performance of buildings addressing indoor air quality, thermal environment, lighting and acoustics, norma européia. 84

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