O documento discute a importância da análise das variáveis climáticas e do estudo bioclimático para o projeto arquitetônico eficiente energeticamente. Aborda conceitos como radiação solar, temperatura, vento, umidade e apresenta zonas bioclimáticas que indicam estratégias passivas de aquecimento, resfriamento, ventilação e conforto térmico de acordo com diferentes climas.

1. Resumo
EFICIÊNCIA ENERGÉTICA NA ARQUITETURA

2. Por
Natália
Bigeli

3. A coleta de dados e análise do local de um projeto é um dos pontos mais
importantes para se fazer arquitetura. É preciso compreender as variantes e os
elementos da natureza, já que em um bom projeto adaptamos a construção ao
local, e não o contrário. Durante as decisões de um projeto, sobretudo acerca do
conforto ambiental, fatores como: latitude, altitude, proximidade de água,
barreiras físicas (como as montanhas) e o clima predominante influenciam
diretamente no espaço construído. Logo é de enorme importância um bom
estudo climático e um bom programa de necessidades, para que assim, a forma
siga a função.
Arquitetura e Clima

4. Variáveis Climaticas
Variáveis climáticas são as características de uma região sobre elementos da natureza,
como: sol, nuvens, temperatura, ventos, umidade e chuva. Conhecer essas variáveis é
essencial para se projetar, sobretudo com conforto e eficiência energética. No Brasil, é o
Instituto Nacional de Meteorologia e o Departamento Nacional de Meteorologia que
fornecem esses dados, através de medições mensais, que obedecem à OMM, formando as
Normais Climatológicas. Devido à variabilidade do tempo no dia a dia, a análise das
Normais não é suficiente para avaliar o desempenho energético de um edifício com
precisão. O Ano Climático De Referência (TRY) é a base de dados mais precisa para uma
análise completa do clima local, já que até mesmo possibilita uma simulação horária do
consumo de energia durante um ano, ajudando na avaliação do melhor custo-benefício.

5. A radiação solar é a principal fonte de energia existente, tanto de calor quanto como de luz.
Logo, o Sol é um dos elementos principais no estudo da eficiência energética na arquitetura.
Devido ao movimento de translação, os dois hemisférios terrestres recebem quantidades distintas
de radiação solar ao longo do ano ( 4 estações). A posição do Sol na abóbada celeste é definida
através da ALTURA SOLAR (H) e do AZIMUTE SOLAR (A), que são ângulos que variam de acordo com a
hora do dia e período do ano. De todos os elementos climáticos, a radiação solar é o de
comportamento mais conhecido. A partir da Carta Solar do local, dá para saber onde está o Sol em
determinado período do ano. É importante saber a latitude do local para obter a carta solar
correspondente, já que em latitudes mais baixas, o sol tem comportamento mais parecido nos dois
solstícios. Já em latitudes mais elevadas os dias são bem mais longos nos meses de verão que nos
meses de inverno, tornando estas estações mais distintas.
Radiação solar

6. A radiação solar é dividida em direta e difusa. Após
sua penetração na atmosfera, a radiação sofre
interferências no trajeto em direção à superfície. A
parte que atinge a Terra é a radiação direta e sua
intensidade depende da altura solar (H) e do ângulo de
incidência (q). Além de ser a principal influência nos
ganhos térmicos em uma edificação, a radiação solar direta é a fonte de luz mais
intensa. Parte da radiação global que entra na atmosfera se espalha e tem sua
direção alterada, sendo chamada de radiação solar difusa. A radiação difusa é
maior quando o céu está nublado. Neste caso, a parcela direta da radiação solar se
reduz e todas as fachadas do edifício recebem a mesma quantidade de radiação
difusa.

7. LUZ NATURAL
Parte da luz direta que entra em uma edificação é absorvida e convertida em
calor. A luz indireta pode ser usada em muitos casos na arquitetura, dependendo
do nível de luminância, já que a luz solar direta tem um valor muito intenso
para ser usado diretamente sobre o interior de um projeto. Porém, apesar de
contraditório, muitas vezes é de melhor custo benefício utilizar a luz solar direta
para iluminação, já que a iluminação artificial também está relacionada a
quantidade de calor gerada no interior do edifício. A refração da radiação solar
está ligada com a cor que vemos no céu.

8. Temperatura
A temperatura é variável de mais fácil medição, e sua variação basicamente é
resultado dos fluxos de massas de ar e da recepção da radiação do sol, que muda de local
para local. Quando a velocidade do ar é pequena, a maior influência é dos ganhos
térmicos solares. A temperatura do solo é mais amena que a do ar, e é importante saber
tirar proveito desse fator. Após ser aquecida pelo sol, a terra retém o calor por muito mais
tempo, característica conhecida como Inércia Térmica. Graças a isso, durante a noite o
solo vai perdendo o calor que recebeu durante o dia, logo se tem temperaturas mais baixas,
enquanto isso, durante o dia (próximo às 14h) é onde temos o pico de temperatura de um
local. Essa variação é chamada Amplitude de temperatura.

9. As variações de direção e de velocidade do ar acontecem através das diferenças de
temperatura entre as massas de ar, que provocam o deslocamento desses fluidos graças ao
fenômeno da convecção. É necessário ter conhecimento das condições dos ventos para
projetar (através das rosas dos ventos). Normalmente a velocidade do vento aumenta com
a altitude, e o movimento do ar também pode sofrer influência da rugosidade da
superfície. A presença de barreiras físicas (vegetações, edifícios, montanhas, etc) pode
alterar as condições dos ventos locais. É importante aprender a evitar o vento indesejável
e aproveitar o desejável.
VENTO

10. umidade
A umidade do ar é resultado da evaporação da água dos mares, rios, lagos e do solo.
Quanto maior a temperatura do ar, mais quantidade de água pode conter. Dizemos que o ar
está saturado quando há uma quantidade maior de água no ar para aquela temperatura
(fenômeno que cria a névoa, o orvalho e a chuva). A umidade relativa do ar é a relação
entre a quantidade de água existente no ar (umidade absoluta) e a quantidade máxima que
poderia haver na mesma temperatura. Fatores como presença de água (lagos, fontes,
espelhos d 'água, etc) e vegetação (evapotranspiração) o ar se umidifica.

11. CLIMAS DO MUNDO
No último século, a temperatura média do planeta teve um acréscimo de
aproximadamente 0,7 ̊C. É possível identificar efeitos das mudanças climáticas, provocadas
por fatores da natureza, como consequência das ações humanas. A emissão de dióxido de
carbono, o efeito estufa, o desflorestamento, o esgotamento de certos recursos e o
aumento da população e da pobreza nos grandes centros urbanos são alguns dos fatos que
contribuem para o aquecimento global. A arquitetura tem um papel importante para a
redução de danos na natureza. Técnicas conhecidas como bioclimáticas devem ser adotadas
para melhor aproveitamento das forças da natureza.

12. localizado entre a Linha do Equador e o Trópico de Capricórnio, o Brasil é um país
continental de extenso território. Em virtude disso, é possível identificar diversos
tipos de climas, sendo os principais:
OS CLIMAS DO BRASIL
Clima Equatorial chuva abundante e bem distribuída (toda a amazônia)
região mais seca do país, temperaturas muito
altas e chuvas escassas
Clima Semi-árido
Clima Tropical verão quente e chuvoso, inverno quente e seco

13. Clima Subtropical
Clima Tropical Atlântico
Clima Tropical de Altitude
úmido com temperaturas amenas
quente e úmido, porém mais ameno
que o clima equatorial
verão quente e úmido, inverno ameno
e seco

14. MICROCLIMA
Em uma escala mais próxima do nível da edificação, as variáveis climáticas que
vão ter influência são do conjunto Microclima. Elementos como vegetação local,
topografia, tipo de solo, presença de água e outros transformam as condições
climáticas da localidade, portanto, devem ser identificados pelo arquiteto, e até
mesmo alterados para soluções arquitetônicas mais adequadas ao conforto

15. ABIOCLIMATOLOGIAAPLICADAÀARQUITETURA
Ao entender o clima, já é possível utilizar estratégias de projeto que visam
integração entre o usuário e o clima, mas também é necessário entender os efeitos
destes fatores na arquitetura. É possível tirar partido ou evitar os efeitos climáticos do
local para obter condições de conforto para o usuário. Isso pode ser feito de duas
maneiras: através de sistemas artificiais ou de forma natural. É importante o arquiteto
integrar o uso de sistemas naturais e artificiais, avaliando o custo/benefício de cada
solução. Se as estratégias naturais forem as mais adequadas, é através da
Bioclimatologia, que aplica os estudos do clima às relações com os seres vivos, que
podemos pôr em prática. Conhecendo os conceitos básicos que envolvem o clima e o
conforto se pode compreender a importância da Bioclimatologia aplicada à arquitetura.

16. ZONA DE CONFORTO
Nas condições desta zona há uma grande probabilidade de que as pessoas sintam
conforto térmico no ambiente interior. O organismo humano pode estar em
conforto mesmo em diversos limites de umidade relativa (entre 20 e 80%) e de
temperatura (entre 18 e 29˚C). Quando o ambiente interior estiver com temperatura
próxima a 18˚C deve-se evitar o impacto do vento, que pode produzir desconforto.
Em temperaturas acima de 20˚C, o conforto térmico só é possível quando há
sombreamento e controle da radiação solar sobre as pessoas, evitando assim o excesso
de calor. Analisando esses dados se conclui que o conforto térmico só é possível
próximo aos 29˚C se as pessoas estiverem na sombra, vestindo roupas leves e
submetidas a pouca ventilação.

17. ZONA DE VENTILAÇÃO NATURAL
Quando a temperatura ultrapassar os 29 ̊C ou a umidade relativa for superior a 80%, a
ventilação pode ajudar. A ventilação cruzada é a estratégia mais simples a ser adotada no
clima quente e úmido. Em todos os casos, os espaços exteriores devem ser amplos, evitando
barreiras edificadas para favorecer a boa distribuição do movimento do ar. Em regiões onde a
temperatura diurna é maior que 29˚C e a umidade relativa é inferior a 60%, o resfriamento
convectivo noturno é mais adequado, a estratégia funciona bem em regiões áridas. O princípio
da bioclimática se resume a controlar a ventilação durante o dia para reduzir o ingresso de ar
quente e incrementar a ventilação noturna, aproveitando o ar mais fresco para resfriar o
interior. Em regiões áridas, onde a temperatura diurna é superior a 36˚C, a ventilação
noturna não é suficiente e outros sistemas de resfriamento (ar condicionado, resfriamento
evaporativo ou inércia térmica) são necessários.

18. ZONA DE INÉRCIA TÉRMICA PARA RESFRIAMENTO
O uso da inércia térmica de uma edificação diminui a amplitude térmica
interior em relação à exterior. Esta solução pode ser usada em locais onde as
condições de temperatura e umidade relativa se situam entre os limites da zona de
inércia térmica. O comportamento de temperatura em um ambiente com o calor
armazenado na estrutura térmica da edificação durante o dia é devolvido ao
ambiente somente à noite, quando as temperaturas externas diminuem.

19. ZONADERESFRIAMENTOEVAPORATIVOeUMIDIFICAÇÃO
A evaporação da água pode reduzir a temperatura e simultaneamente aumentar a
umidade relativa de um ambiente. Quando a umidade relativa do ar for muito baixa
e a temperatura for inferior a 27˚C, haverá desconforto térmico devido à secura do
ar. Nestes casos, a umidificação do ar melhora a sensação de conforto ainda que
possa produzir um efeito de resfriamento evaporativo indesejável.

20. ZONA DE AQUECIMENTO SOLAR
Nessa região da carta, o aquecimento solar é a estratégia mais recomendada para
conforto térmico. Entre 10,5˚C e 14˚C, o uso de aquecimento solar passivo com
isolamento térmico é o mais indicado e pode ser feito utilizando diversas técnicas
no projeto arquitetônico. Em temperaturas entre 14˚C e 20˚C, pode-se utilizar a
inércia térmica junto ao aquecimento solar passivo. A inércia térmica com ganho
solar pode compensar as baixas temperaturas pelo armazenamento do calor solar.

21. ZONAS DE CONDICIONAMENTO ARTIFICIAL
COM ISOLAMENTO TÉRMICO
Em algumas regiões com clima que ultrapassam os limites de temperatura e umidade
relativa é possível a aplicação de algum sistema passivo para resfriamento. É importante saber
que o ar condicionado não se limita à aplicação para estas situações, podendo ser coadjuvante
em outras zonas analisadas.Da mesma forma, o uso dos sistemas naturais de resfriamento
pode não ser suficiente nestas condições extremas, mas pode ser empregado conjuntamente
ao ar condicionado.Em locais muito frios, o aquecimento solar passivo pode não ser
suficiente para conforto. Nestes casos, o uso de aquecimento artificial é adequado. Convém
lembrar que o uso em conjunto dos dois sistemas (artificial e solar passivo) é aconselhável,
pois reduz a dependência do consumo de energia para condicionamento.

22. ZONA DE SOMBREAMENTO
O sombreamento é uma das estratégias mais importantes no Brasil, pois o país
tem clima quente na maior parte do seu território na maior parte do ano. Esta
estratégia deve ser utilizada sempre que a temperatura do ar for superior a 20˚C,
mesmo quando a carta bioclimática indicar conforto térmico. As principais técnicas
de sombreamento são o uso de proteções solares ou brises, beirais de telhado
generosos, marquises, sacadas, persianas, venezianas ou outro protetor interno, a
orientação adequada do projeto e o uso de vegetação.

23. INTERSEÇÕES ENTRE ESTRATÉGIAS
Entre as zonas de ventilação, de resfriamento e de inércia térmica acontecem
algumas interseções. Para esta situação, as três estratégias podem ser aplicadas
separadamente ou em conjunto.

24. MÉTODOS DE AVALIAÇÃO BIOCLIMÁTICA
Por mais que se tenha conhecimento sobre o clima brasileiro, não é suficiente
para a aplicar estratégias bioclimáticas em projetos para uma determinada
localidade. É necessário fazer a análise bioclimática do local a partir dos dados
climáticos disponíveis. O ideal é utilizar o Ano Climático de Referência (TRY) e Caso
não se disponha do TRY, se pode também usar as Normais Climatológicas, que possuem
valores médios para várias localidades do Brasil.

25. Programas de Análises Bioclimáticas
O Analysis-BIO traça os dados climáticos horários existentes diretamente sobre
a carta bioclimática, para uma análise visual rápida das condições térmicas ao longo
de um ano e a partir daí, criam-se estratégias de projeto para resolver os problemas
relacionados ao frio, calor, umidade e secura do ar.As nove principais zonas
bioclimáticas são visualizadas na carta e o programa pode gerar relatórios que
fornecem dados para adequabilidade de cada estratégia em um projeto genérico a ser
desenvolvido no local sob análise. O programa Analysis-BIO também traça as linhas
correspondentes de cada mês do ano para locais que não possuam dados climáticos
horários, mas possuam dados de temperatura e umidade médios mensais, como os que
podem ser obtidos nas Normais Climatológicas.