1
Desempenho térmico de cobertura verde para ambientes
construídos em blocos cerâmicos e de concreto: estudo de caso em
Be...
2
Pesquisas relacionadas ao estudo da variação de temperatura interna dos ambientes têm sido conduzidas
por pesquisadores,...
3
Figura 1 – Modelo virtual em alvenaria de blocos cerâmicos e telhado verde.
4
Figura 2 – Planta baixa dos modelos virtuais.
Período da amostra e análise comparativa entre os dados coletados e simula...
5
Modelagem computacional dos protótipos virtuais
Inicialmente, foram realizadas simulações utilizando-se protótipos model...
6
A Tabela 1 apresenta os dados de temperatura, umidade relativa e precipitação média para a região
Metropolitana de Belo ...
7
Verificou-se, pela análise dos dados da Figura 4, que a alteração da cor da superfície exposta ao ganho
solar, de preta ...
8
Figura 6 – Trocas Térmicas pela cobertura em laje de concreto cor branca, espessuras de 8 cm e de 12
cm, 10 a 15/04/12
A...
9
Figura 7 – Trocas Térmicas da cobertura em laje de concreto espessura de 8 cm, cor preta, espessura de
12 cm, cor branca...
10
espessura da laje original foi fator determinante para a melhoria do comportamento térmico dos materiais
da envoltória....
Próximos SlideShares
Carregando em…5
×

Desempenho térmico de cobertura verde para ambientes construídos em blocos cerâmicos e de concreto: estudo de caso em Belo Horizonte, Brasil

150 visualizações

Publicada em

Avaliação comparativa de sistemas de cobertura em laje de concreto impermeabilizada e de laje de concreto com telhado verde, utilizando simulação computacional do desempenho térmico em dois protótipos em alvenaria - blocos cerâmicos e blocos de concreto.

Publicada em: Meio ambiente
0 comentários
0 gostaram
Estatísticas
Notas
  • Seja o primeiro a comentar

  • Seja a primeira pessoa a gostar disto

Sem downloads
Visualizações
Visualizações totais
150
No SlideShare
0
A partir de incorporações
0
Número de incorporações
4
Ações
Compartilhamentos
0
Downloads
2
Comentários
0
Gostaram
0
Incorporações 0
Nenhuma incorporação

Nenhuma nota no slide

Desempenho térmico de cobertura verde para ambientes construídos em blocos cerâmicos e de concreto: estudo de caso em Belo Horizonte, Brasil

  1. 1. 1 Desempenho térmico de cobertura verde para ambientes construídos em blocos cerâmicos e de concreto: estudo de caso em Belo Horizonte, Brasil GONÇALVES, Fabíola Lodi A.1,a ; CARVALHO, Maria Cristina R.2,b e GUTIERREZ, Grace Cristina R.3,c 1 Mestre, Departamento de Engenharia Civil, Grupo de Pesquisa ARCOS, Cefet MG, Belo Horizonte, Minas Gerais, Brasil 2 Prof. Dra., Departamento de EngenhariaCivil, Grupo de Pesquisa ARCOS, Cefet MG, Belo Horizonte, Minas Gerais, Brasil 3 Prof. MSc. Departamento de Tecnologia, Escola de Arquitetura UFMG, Belo Horizonte, Minas Gerais, Brasil a fabiolalodi@gmail.com, b cristina.carvalho@civil.cefetmg.br, c gracegutierrez.arq@gmail.com Palavras-chave: desempenho térmico, conforto ambiental, telhado verde. Resumo. O objetivo desta pesquisa é a avaliação comparativa de sistemas de cobertura em laje de concreto impermeabilizada e de laje de concreto com telhado verde, a partir da simulação do desempenho térmico de dois protótipos em alvenaria, sendo um em blocos cerâmicos e outro em blocos de concreto. As dimensões dos protótipos foram calculadas a partir das dimensões mínimas para ambientes de permanência prolongada, definidas pelo Código de Obras da Cidade de Belo Horizonte, atualizado pelo Decreto Nº13. 482 de 11/01/2010 [1]. O estudo examinou o comportamento térmico do ambiente interno considerando os ganhos de calor através dos tipos de cobertura analisados. Inicialmente, procedeu-se à análise comparativa de comportamento térmico da laje de concreto a partir da variação da espessura do componente e da cor da superfície exposta aos ganhos solares. Posteriormente, foi realizada a análise comparativa de comportamento térmico entre laje de concreto e o telhado verde. Os resultados indicaram significativa contribuição da cobertura em laje de concreto para os ganhos de calor no ambiente interno enquanto o telhado verde atuou como elemento amortecedor, sob as mesmas condições. Nesta investigação não foram considerados os efeitos da ventilação interna e ocupação dos ambientes. Introdução Questões relacionadas à eficiência energética e desempenho térmico são temas frequentemente abordados em diversos setores da sociedade do século XXI. A redução dos recursos energéticos somadas às questões relacionadas ao meio ambiente e ao uso racional de energia demandam soluções para diminuição e reversão dos problemas decorrentes do progresso tecnológico iniciado pela Revolução Industrial no século XIX. Esta consciência ambiental assume características globais na medida em que envolve diferentes setores de produção, utilização e descarte de bens e produtos. Atualmente a preocupação com desempenho e eficiência não se restringe a grandes setores como, por exemplo, transportes e produção de energia, fazendo com que estes parâmetros estejam presentes no dia-a-dia de todos, seja através da escolha de um sistema de condicionamento de ar mais eficiente e de menor consumo, seja na escolha de um veiculo menos poluente e de menor consumo de combustível. Neste contexto, a indústria da construção civil, responsável pela geração de grande volume de resíduos e consumo energético, também precisa buscar soluções, através da renovação ou desenvolvimento de novas técnicas construtivas, da utilização de materiais alternativos ou pela melhoria de desempenho dos materiais atualmente utilizados [2]. Pesquisas experimentais
  2. 2. 2 Pesquisas relacionadas ao estudo da variação de temperatura interna dos ambientes têm sido conduzidas por pesquisadores, brasileiros e estrangeiros, com o intuito de desenvolver parâmetros para a melhoria da qualidade do ambiente interno construído. Em trabalhos cujo objeto de estudo é um modelo real, seja uma edificação existente ou unidade experimental, os dados são coletados in loco a partir de sensores de temperatura instalados nos mesmos. Posteriormente estes dados são tratados através de gráficos relacionando a temperatura, interna ou externa, e outras grandezas, tais como horário da medição, época do ano, umidade relativa do ar, altura de instalação do sensor, dentre outros [3]. Em pesquisas realizadas pelo Grupo de Pesquisa Arcos do CEFET-MG, o comportamento térmico do ambiente construído foi analisado a partir de protótipos reais construídos com alvenaria em blocos cerâmicos e de concreto e com cobertura em laje de concreto impermeabilizada. Foram construídas duas unidades experimentais em município na região metropolitana de Belo Horizonte, MG, Brasil. Verificou-se, experimentalmente, que a cobertura, quando comparada às alvenarias de vedação, foi responsável por aproximadamente 75% dos ganhos de calor no ambiente interno [4,5]. O objetivo desta pesquisa foi verificar o desempenho térmico da cobertura verde através da análise comparativa de desempenho de protótipos simulados em alvenaria de vedação de blocos cerâmicos e de concreto com cobertura em laje de concreto e telhado verde extensivo. Para a análise de desempenho térmico foram modelados, utilizando-se o software Design Builder, dois protótipos em alvenaria de blocos cerâmicos e de concreto com as mesmas dimensões dos protótipos reais, sendo as dimensões internas de 2,4 x 3,45 m, pé direito de 2,6 m, de acordo com o Código de Obras da Cidade de Belo Horizonte [1]. Os sistemas de cobertura foram em laje de concreto impermeabilizada e em laje de concreto com telhado verde. As figuras 1 e 2, a seguir, apresentam o modelo virtual em alvenaria de blocos cerâmicos e cobertura em telhado verde (Fig.1) e a planta baixa, comum a todos os protótipos (Fig.2).
  3. 3. 3 Figura 1 – Modelo virtual em alvenaria de blocos cerâmicos e telhado verde.
  4. 4. 4 Figura 2 – Planta baixa dos modelos virtuais. Período da amostra e análise comparativa entre os dados coletados e simulados No período de coleta de dados, as condições de clima e de céu não se mantiveram as mesmas durante as semanas de coleta de dados. As duas primeiras semanas foram mais quentes e chuvosas, com grandes períodos de maior nebulosidade. Durante a 3ª e 4ª semanas não houve ocorrência de chuvas e o céu permaneceu mais limpo. A partir da 5ª semana, embora não houvesse chuvas, as temperaturas externas reduziram significativamente [4,5]. Após o tratamento dos dados brutos e a eliminação dos dados inconsistentes, o período total de análise foi reduzido de 56 dias de coleta de dados para 05 (cinco) dias de amostragem com dados brutos confiáveis. Foram definidos 03 períodos de análise de desempenho térmico dos protótipos simulados, assim subdivididos:  Período de Amostra: medições realizadas entre os dias 10 e 15 de abril de 2012  Verão: de 1º de dezembrode 2011a 28 de fevereirode 2012,  Inverno: de 1º de junho a 31 de agostode 2012, Também foi determinado o dia médio, cujas características refletem o comportamento médio das variáveis climáticas ao longo de cada um dos períodos analisados. Para as simulações de desempenho no inverno e verão foram utilizados os dados climáticos registrados pela estação meteorológica INMET A521 para o ano de 2012 [6]. Para o período da amostra foram utilizados os dados coletados in loco.
  5. 5. 5 Modelagem computacional dos protótipos virtuais Inicialmente, foram realizadas simulações utilizando-se protótipos modelados em alvenaria em blocos cerâmicos e de concreto com cobertura em laje de concreto, espessura de 8 cm, cor preta. A partir deste modelo, procedeu-se à simulação de desempenho térmico da cobertura com a variação da espessura do componente e da cor da superfície exposta ao ganho solar. A primeira hipótese de simulação foi realizada trocando-se a cor da laje de cobertura, de preta para branca, e mantendo-se a espessura de 8 cm. Para a segunda hipótese de simulação foi realizado um acréscimo de 50% na espessura original da laje, passando de 8 cm para 12 cm, sendo mantida a cor preta original. Posteriormente aterou-se a cor da superfície exposta ao ganho solar, de preta para branca, para a laje com espessura de 12 cm. A última etapa de análises comparativas compreendeu as simulações dos ambientes utilizando-se a cobertura verde sobre a laje impermeabilizada. O sistema de cobertura verde adotado nesta pesquisa é do tipo leve extensivo, composto por uma camada drenante em seixos, com espessura de 10 cm, substrato em terra vegetal adubada e não argilosa, com espessura de 10 cm e cobertura vegetal em placas de grama esmeralda (Zozia Japonica), com espessura de 05 cm. Para a análise dos resultados de desempenho térmico da cobertura procedeu-se à verificação do comportamento térmico da cobertura a partir da alteraçãos de suas características construtivas. O fluxograma a seguir (Fig.3) apresenta as modalidades de variação da cobertura analisadas. Figura 3 – Características construtivas dos sistemas de cobertura Características Climáticas da Região Metropolitana de Belo Horizonte, Minas Gerais, Brasil A região estudada está classificada dentro da Zona Bioclimática 3 [7], apresentando umidade relativa do ar média de 65% e média anual de chuvas de, aproximadamente, 1500 mm, sendo mais frequente entre os meses de outubro a março. Os invernos são normalmente amenos e secos, enquanto os verões são quentes e chuvosos.
  6. 6. 6 A Tabela 1 apresenta os dados de temperatura, umidade relativa e precipitação média para a região Metropolitana de Belo Horizonte. Tabela 1 - Dados climáticos para a cidade de Belo Horizonte – MG [6] Mês Td –[ºC] td –[ºC] Ts- [ºC] ts- [ºC] Ur-[%] Prec – [mm³] Março 27,7 18,4 30,2 16,0 76 165 Junho 24,3 13,2 27,2 8,8 72 10 Setembro 27,2 15,7 31,1 12,3 63 38 Dezembro 26,5 18,1 31,0 15,5 80 354 Legenda: Td — média das temp. máx.diárias td — média das temp. mín. diárias Ts — média das temp. máx. anuais ts — média das temp mín. anuais Ur – umidade relativa Prec – precipitação pluviométrica Resultados Cobertura em laje de concreto– variação da cor da superfície exposta aos ganhos solares A Figura 4 apresenta os ganhos térmicos para a laje de concreto com espessura de 8 cm e superfícies expostas ao ganho solar nas cores preta e branca, para o período de 10 a 15/04/2012. Figura 4 – Trocas térmicas pela cobertura em laje de concreto, espessura de 8 cm, preta e branca, 10 a 15/04/12
  7. 7. 7 Verificou-se, pela análise dos dados da Figura 4, que a alteração da cor da superfície exposta ao ganho solar, de preta para branca, reduziu significativamente as trocas térmicas pela cobertura durante o período da noite e madrugada. Este fato se deve à redução da absortância à radiação solar, cujos valores são 0,9 para a cor preta e 0,2 para a cor branca [8]. A pouca espessura do componente, 8 cm, não se mostrou suficiente para amortecer os ganhos de calor durante o dia. Este fato explica os valores muito próximos para os ganhos térmicos entre as lajes analisadas, para o período entre 12:00 e 15:00 h. Para esta tipologia construtiva, a alteração da cor da superfície exposta em pouco alterou o desempenho térmico do componente, indicando forte influência da espessura da laje nos ganhos de calor provenientes da cobertura. A Figura 5 apresenta os ganhos térmicos para a laje de concreto com espessura de 12 cm e superfícies expostas ao ganho solar nas cores preto e branco, para o período de 10 a 15/04/2012. Figura 5 – Trocas Térmicas pela cobertura em laje de concreto, espessura de 12 cm, cores preta e branca, 10 a 15/04/12. Pode-se verificar, pela análise dos dados da Figura 5, que, para a laje de concreto com espessura de 12 cm, a alteração na cor da superfície exposta, de preta para branca, e a consequente redução da absortância à radiação solar através do componente da cobertura, reduziram significativamente as perdas térmicas pela componente durante o período da madrugada, e, consequentemente, a influência da cobertura nas perdas térmicas do ambiente interno. Cobertura em laje de concreto– variação da espessura do componente A Figura 6 apresenta os ganhos térmicos para a laje de concreto com superfície exposta ao ganho solar na cor branca e espessuras de 8 e 12 cm, para o período de 10 a 15/04/2012.
  8. 8. 8 Figura 6 – Trocas Térmicas pela cobertura em laje de concreto cor branca, espessuras de 8 cm e de 12 cm, 10 a 15/04/12 Analisando-se os dados da Figura 6, verificou-se que o comportamento térmico da laje com espessura de 8 cm apresentou maiores variações entre perdas e ganhos de calor ao longo do dia. O acréscimo em 50% na espessura da laje de cobertura, de 8 para 12 cm, reduziu entre 50% e 75% os ganhos de calor através deste componente nos horários entre 14:00 e 16:00 h e as perdas entre 02:00 e 07:00 h. Verifica-se, ainda, que o ambiente com espessura de laje de 12 cm ganhou menos calor nos horários mais quentes e perdeu menos calor nos horários de temperatura externa mais fria, mantndo a temperatura interna mais estável. A alteração da cor da laje de preta para branca reduziu os ganhos e perdas térmicas através do componente ao longo do dia, reduzindo a influência da cobertura nos ganhos de calor no ambiente interno. Análise comparativa de desempenho térmico entre o telhado verde e as coberturas em laje de concreto espessura de 12 cm, cor branca e espessura de 8 cm, cor preta Neste subitem são apresentados os resultados comparativos de desempenho térmico das coberturas em laje de concreto com espessura de 8 cm cor preta, sistema usado nos protótipos reais, laje de concreto com espessura de 12 cm cor branca, cobertura de referência determinada a partir dos dados simulados, e o telhado verde para o dia médio da amostra (10 a 15 de abril de 2012). A Figua 7 apresenta os ganhos térmicos para os sistemas de coberturas analisados.
  9. 9. 9 Figura 7 – Trocas Térmicas da cobertura em laje de concreto espessura de 8 cm, cor preta, espessura de 12 cm, cor branca e telhado verde, 10 a 15/04/12 Analisando-se os dados da Figura 7 verificou-se que, durante o dia, a laje de concreto, independentemente da sua espessura ou cor, contribui para o ganho de calor enquanto o telhado verde atua como elemento que contribui para a perda de calor no ambiente interno. No período da noite e da madrugada, verificou-se uma semelhança no comportamento da laje de concreto com espessura de 12 cm, cor branca e do telhado verde. Em ambas as situações, ocorreram trocas térmicas menores em função do amortecimento e do atraso térmico. Em relação à laje de concreto com espessura de 8 cm, cor preta, verificou-se que este componente foi o responsável pelas maiores trocas térmicas ao longo do dia, contribuindo de maneira significativa para as variações de temperatura interna do ambiente. Conclusões Os resultados confirmaram a hipótese de que o maior ganho de calor no ambiente interno foi proveniente da cobertura, sendo este percentual, aproximadamente, 75% maior em relação à contribuição das demais envoltórias dos protótipos simulados. Em relação à cobertura, verificou-se que a laje de concreto impermeabilizada, com espessura de 8 cm, sem outro sistema de cobertura, embora atenda aos requisitos estruturais previstos pela NBR 6118 [9], não conseguiu atender satisfatoriamente aos critérios de desempenho térmico, previstos pelas normas NBR 15.220 [7] e NBR 15.575 [10]. A cor preta da superfície exposta ao ganho solar, por sua elevada absortância à radiação, apresentou grande influência no aumento dos ganhos térmicos do ambiente interno. O incremento na espessura da laje original permitiu uma pequena melhoria de desempenho térmico da cobertura a partir do aumento da resistência e do aumento da inércia térmica, reduzindo o ganho de calor pelo componente durante o período de maior incidência da radiação solar. Nesta configuração, embora tenha havido uma pequena redução no ganho de calor devido à maior espessura da laje, a cor preta não favoreceu a melhora de desempenho dentro dos parâmetros esperados. A alteração da cor da superfície exposta ao ganho de calor por radiação, de preta para branca, somada ao incremento de 50% na
  10. 10. 10 espessura da laje original foi fator determinante para a melhoria do comportamento térmico dos materiais da envoltória. A cobertura verde analisada atuou como elemento amortecedor dos ganhos térmicos, mantendo as temperaturas internas mais homogêneas durante todo o ano. Os resultados das simulações com o telhado verde mostram que a amplitude térmica interna dos ambientes ao longo do ano permaneceu em torno de 9,5 ºC para ambientes em alvenaria de blocos cerâmicos e 9,4 ºC para os ambientes em alvenaria de blocos de concreto. Desta maneira, pode-se concluir que, para edificações térreas situadas na faixa intertropical, a escolha do sistema de cobertura apresenta maior influência no desempenho térmico do ambiente interno quando comparado ao material utilizado para a alvenaria de vedação. Referências [1]BELO HORIZONTE. Decreto nº 13.842 de 11 de janeiro de 2010. Regulamenta a Lei n° 9.725/09 - Código de Edificações do Município de Belo Horizonte. Belo Horizonte. 2010. [2]CUNHA, E. G. Elementos de Arquitetura de Climatização Natural. Porto Alegre: Masquatro Editora, 2006. [3]ROSSETI, K. A. C. Estudo do Desempenho de Coberturas Verdes como Estratégia Passiva de Condicionamento. Cuiabá: Dissertação - Universidade do Federal Mato Grosso, 2009. [4]GUIMARÃES, R. P. ; CARVALHO, M. C. R. ; SANTOS, F. A. ; RODRIGUES, C. S. . The influence of ceiling height in thermal comfort of buildings: a case study in Belo Horizonte, Brazil. International Journal for Housing Science and Its Applications, , v. 37. ISSN: 01466518 [5]GUIMARÃES, R. P. O efeito da variação do pé-direito e da variação de materiais de vedação no comportamento térmico do ambiente construído. Belo Horizonte: Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais., 2012. [6]MINISTÉRIO DA AGRICULTURA, P. E. A. Estações e dados. Instituto Nacional de Meteorologia - INMET, 2012. Informação obtida em: http://www.inmet.gov.br, em 05/2012. [7]ABNT. NBR 15.220 - Desempenho térmico de edificações. Associação Brasileira de Normas Técnicas. Rio de Janeiro. 2005. [8]FROTA, A. B.; SCHIFFER, S. R. Manual de conforto térmico. São Paulo: Studio Nobel, 2003. [9]ABNT. NBR 6.118 - Projeto de estruturas de concreto - Procedimentos. Associação Brasileira de Normas Técnicas. Rio de Janeiro. 2007. [10]ABNT. NBR 15.575 - Edifícios habitacionais de até cinco pavimentos - Desempenho -Parte IV - métodos de medição do desempenho térmico dos componentes pelo princípio da placa quente protegida. Associação Brasileira de Normas Técnicas. Rio de Janeiro. 2008.

×