Apostila brises

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  1. 1. Desempenho térmico de edificações 403 PROTEÇÕES SOLARESA incidência da radiação direta e as sombras geradas por obstruções serão estudadas nestecapítulo. As proteções solares são utilizadas quando a radiação direta não é desejada dentro doambiente. O traçado das proteções exige o conhecimento dos movimentos do Sol e da Terra, ede seus efeitos sob a visão do observador na terra. Este pode ser um ponto, uma reta, umplano como uma parede ou janela ou um volume, no caso de uma edificação.3.1 MOVIMENTOS DA TERRA3.1.1 Rotação A rotação ao redor de um eixo Norte-Sul, que passa por seus pólos, origina o dia e anoite (Figura 52). Figura 52. Rotação da Terra.3.1.2 Translação ao redor do Sol A Terra realiza um movimento elíptico ao redor do Sol conforme mostra a Figura 53. 21 MAR 21 DEZ 21 JUN 21 SET Figura 53. Translação da Terra ao redor do Sol. O movimento de translação da Terra ao redor do Sol determina as quatro diferentesestações do ano. A Tabela 5 apresenta a data de início destas estações no hemisfério sul, bemcomo a sua denominação. Tabela 5. Datas de início das estações do ano para o hemisfério sul.
  2. 2. Desempenho térmico de edificações 41 Data Denominação 21 de março Equinócio de outono 21 de setembro Equinócio de primavera 21 de junho Solstício de inverno 21 de dezembro Solstício de verãoConsidere um observador sobre a terra, onde há um plano imaginário onde o sol se projeta. Alocalização do sol na abóbada celeste pode ser identificada através de dois ângulos: a alturasolar e o azimute. O azimute é o ângulo que a projeção do sol faz com a direção norteenquanto a altura solar é o ângulo que o sol faz com o plano horizontal. Neste estudo, seráconsiderada altura solar o seu ângulo complementar, ou seja, o ângulo que o sol faz com ozênite. S zênite Abóbada celeste h Linha do horizonte L O a Nadir N Figura 54 - Projeção estereográfica do sol sobre o plano do observador localizado em um ponto qualquer da Terra.Para traçar os diagramas solares, considera-se a Terra fixa e o Sol percorrendo a trajetóriadiária da abóbada celeste, variando de caminho em função da época do ano, conforme mostraFigura 55. Nela, vê-se os limites da trajetória anual que consistem nos solstícios de inverno deverão, enquanto a linha do meio indica o equinócio.
  3. 3. Desempenho térmico de edificações 42 Figura 55. Movimento aparente do Sol no hemisfério sul.3.2 DIAGRAMAS SOLARES Através das informações mostradas até o momento e do conhecimento do traçado deprojeção estereográfica (existem outros métodos) pode-se traçar os diagramas solares. AFigura 6 apresenta um exemplo de projeção estereográfica para a latitude 27o Sul e a Figura57, o diagrama solar para esta latitude. Figura 56. Projeção estereográfica para a Figura 57. Diagrama solar para a latitude latitude 27o Sul. 27o Sul. A Figura 58 apresenta o diagrama solar para a latitude 28o Sul, muito próxima àlatitude de Florianópolis (27o 35’ Sul).
  4. 4. Desempenho térmico de edificações 43 Azimute = 10o Altura solar = 40oFigura 58. Diagrama solar para Florianópolis (latitude 27o Sul), projeção estereográfica.3.3 GEOMETRIA SOLAR A altura solar e o azimute são as informações necessárias para projetar uma sombra emuma determinada hora. Desta forma, é possível controlar a implantação de uma piscina, oumesmo de uma edificação, em um terreno, para que não seja sombreada pelo entorno. A Figura 59 mostra um exemplo da sombra de um poste (AO) no piso, ou seja, de umareta em um plano horizontal. O azimute (a) é identificado a partir do Norte. Sobre o plano dalinha do azimute, é encontrada a altura solar (h). Uma reta paralela a OH é traçada sobre oponto A. O encontro desta paralela com uma paralela à linha do azimute, ou o encontro destaparalela com a própria linha do azimute (AzO) gera o ponto A’, que é a projeção do ponto Ana altura solar h e no azimute a. A sombra do poste é a reta A’O.
  5. 5. Desempenho térmico de edificações 44 O N H A a h A’ O Az S L Figura 59: Sombra de um poste no piso. A Figura 60 mostra a construção da sombra de um muro sobre um plano vertical.Considere o muro ABCD. Centralizando o ponto C sobre na origem, o azimute (a) éidentificado a partir do Norte. No plano que a linha do azimute (AzC) faz com a vertical, étraçada a altura solar (h). A reta encontrada (CH) é a direção da radiação solar, cuja paraleladeve passar sobre os vértices A e B. Sobre os vértices D e C é traçada uma reta paralela aAzC, já que estes pontos se encontram no plano do observador. Os pontos encontrados são A’e B’, no plano vertical, e C’ e D’ na linha de terra da vista em épura (linha comum ao planovertical e horizontal). A sombra no plano horizontal é formada pelo plano D’C’CD, enquantoa sombra no plano vertical é formada pelo plano A’B’C’D’. Os pontos C” e D” seriam asprojeções dos vértices A e B no piso caso não existisse o plano vertical. O N H a B B’ h C’’ C’ A’ A C Az D’’ D’ D S L Figura 60: Sombra de um muro em no piso e na parede. O princípio para sombras de um volume é o mesmo. A sombra de uma edificação éconstruída ao traçar as projeções de seus vértices, que depois são ligados formando as arestasda sombra projetada no plano horizontal. A Figura 61 mostra o processo, com o ponto C na
  6. 6. Desempenho térmico de edificações 45origem. A partir da origem, são encontrados o azimute (a) e a altura solar (h). As paralelas àdireção do sol (CH) passando pelos vértices do volume são as retas AA’, BB’, B1B1’ eA1A1’. O encontro destas com as retas paralelas à direção do azimute (AzC, direção do sol noplano horizontal) são as sombras das arestas verticais dos volumes. A sombra do volume é aunião das arestas, sendo então formada pelo polígono C B’A’A1’D1. A projeção da arestaB1C1, formada pela reta B1’C1, está na área de sombra e, portanto, não limita a sombra dovolume. O N H B h a B’ A C B1 Az A’ B1 D A1 C1 D1 A1’ S L Figura 61: Sombra de uma caixa (representando uma edificação simplificada) no piso.3.4 TRANSFERIDOR DE ÂNGULOS Para facilitar o traçado de máscaras deve-se utilizar o transferidor de ângulosapresentado na Figura 62. o 90o 80 80o 70o 70o 60o 60o 80o 50o 50o 70o 40o 40o 60o 30o 50o 30o 20o 40o 20o 30o 10o 20o 10o 10o Figura 62. Transferidor de ângulos.
  7. 7. Desempenho térmico de edificações 463.5 ANÁLISE DE PROTEÇÕES SOLARES Entendido o movimento aparente do sol percebido por um observador na Terra, pode-se utilizar este conhecimento para o traçado de proteções solares (brises) que impeçam aentrada de raios solares no interior do ambiente durante as horas do dia e os meses do ano emque se deseja esta proteção. O tipo de brise e suas dimensões são função da eficiência desejada. Portanto, um briseserá considerado eficiente quando impedir a entrada de raios solares no período desejado.3.5.1 Traçado de máscaras Para projetar proteções solares, a segunda informação que deve ser conhecida é o tipode mascaramento que cada tipo de brise proporciona. Portanto, o traçado de máscaras é aferramenta utilizada no projeto de proteções solares.3.5.2 Brise horizontal infinito Os brises horizontais impedem a entrada dos raios solares através da abertura a partir do ângulo de altitude solar. O traçado do mascaramento proporcionado por este brise é determinado em função do ângulo α e é apresentado na Figura 63. Figura 63. Mascaramento proporcionado pelo brise horizontal infinito. Pode-se perceber que há incidência do sol no interior do ambiente apenas quando oseu ângulo de altitude estiver entre a linha do horizonte e o ângulo α.
  8. 8. Desempenho térmico de edificações 473.5.3 Brise vertical infinito Os brises verticais impedem a entrada dos raios solares através da abertura a partir do ângulo de azimute solar. O traçado do mascaramento proporcionado por este brise é determinado em função do ângulo β e é apresentado na Figura64. Figura 64. Mascaramento proporcionado pelo brise vertical infinito. Neste caso, a incidência de raios solares no ambiente ocorre quando o ângulo deazimute solar está entre os dois ângulos β determinados. Como em situações reais é difícil a existência de brises que podem ser consideradosinfinitos, surge a necessidade de definição de um terceiro ângulo, o γ. Este ângulo limita osombreamento produzido pelos ângulos α e β.
  9. 9. Desempenho térmico de edificações 483.5.4 Brise horizontal finito Este tipo de brise tem a sua eficiência limitada pois a sua projeção lateral é limitada pelos ângulos γ, como mostra a Figura65. Figura 65. Mascaramento proporcionado pelo brise horizontal finito.3.5.5 Brise vertical finito Para o brise vertical o sombreamento produzido pelos ângulos β será limitado pelos ângulos γ, como mostra a Figura 66.
  10. 10. Desempenho térmico de edificações 49 Figura 66. Mascaramento proporcionado pelo brise vertical finito.3.5.6 Brises mistos Através do mascaramento produzido pelos quatro tipos básicos de brises apresentadosanteriormente pode-se determinar o mascaramento para qualquer tipo de brise com diferentescombinações de brises horizontais e verticais, conforme mostra a Figura67. Figura 67. Brises mistos.3.6 O PROGRAMA SOL-ARO programa Sol-Ar, desenvolvido pelo LabEEE, é uma ferramenta para projeto de proteçõessolares. Ele traça a máscara de sombra sobre a carta solar dados os ângulos α, β e γ (Figura68). Indica também as temperaturas do arquivo TRY para cada localidade cadastrada (Figura69) e fornece a Rosa dos Ventos do TRY (Figura 70).Através do Sol-Ar, é possível traçar a máscara desejada para, posteriormente, partir para oprojeto das proteções solares.
  11. 11. Desempenho térmico de edificações 50 Figura 68: Carta solar para a latitude de Florianópolis e transferidor auxiliar com máscara de proteção solar orientada a 20o do programa Sol-Ar.Figura 69: Temperaturas horárias do primeiro semestre do TRY de Florianópolis (1963) do programa Sol-Ar.
  12. 12. Desempenho térmico de edificações 51 Figura 70: Freqüência de ocorrência do vento do TRY de Florianópolis (1963) do programa Sol-Ar.

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