Elementos de proteção solar em edifícios no clima de Goiânia

Elementos de proteção solar em edifícios no clima de Goiânia
Marcos Alessandro Viana – [email protected]
Instituto de Pós-Graduação - IPOG
Resumo
Este documento apresenta um estudo com o objetivo de estabelecer uma análise sobre o
conforto térmico do ser humano, especificamente permitido aos usuários da arquitetura por
intermédio dos elementos de proteção solar (brises de controle da iluminação natural)
empregados nos edifícios contemporâneos com dimensão vertical na região de Goiás. Visa,
portanto, a obtenção de conhecimento sobre as formas de proteção solar em regiões de clima
quente proporcionada por meios técnicos, bem como o aprofundamento do conteúdo
abordado no módulo de Iluminação Natural e Eficiência Energética e por consequência a
conclusão do curso de especialização lato sensu em Iluminação e Design de Interiores.
O estudo toma para análise o edifício “RIZZO PLAZA” localizado em Goiânia e pretende
estabelecer alguns ensaios com o emprego virtual de proteções solares no edifício para
analisar a eficiência sob aspectos do sombreamento e a qualidade estética
Palavras-chave: Orientação; Artigos; Proteção solar, brises.
1. Introdução
Com uma abordagem voltada especificamente para o clima da região de Goiânia, o estudo
busca uma análise das variações climáticas específicas da região, e pretende apresentar
exemplos de formas eficientes de proteção solar nos edifícios implantados nessa área.
Para a apresentação desses estudos, serão expressas, análises de insolação e intervenção por
meio da carta solar, baseando no estudo de um edifício localizado na cidade. Ao final dessas
análises, será checada a eficiência das proteções e o resultado estético no conjunto
arquitetônico do edifício escolhido.
Desde a revolução industrial, com o domínio pleno do aço empregado na arquitetura, que
permitiu o aumento dos pavimentos, algo antes inatingível devido os materiais empregados na
estrutura não suportarem o peso de várias sobreposições, hoje os edifícios com múltiplos
andares vem sendo utilizados como soluções de agenciamento do espaço. Visto que a
arquitetura dispõe de diversas tecnologias em materiais que permitem o alcance de alturas
nunca antes imaginado pelo homem, técnicas com o emprego do aço, o concreto de alto
desempenho, e mais recentemente a fibra de carbono, este ultimo com um desempenho que
supera inclusive o aço.
A arquitetura dos arranha-céus traz efeitos diversos que, numa análise inicial, parece
prioritariamente plástico e escultural. São poucos os exemplos de nítido aproveitamento do
parâmetro da altura com vistas ao ambiente, ao conforto térmico e à economia. Em geral,
atualmente parece difícil dissociar a decisão por um edifício monumental do predomínio da
forma pela forma e o emprego das novas tecnologias em materiais por razões inexplicáveis.
O uso de novas tecnologias com funções meramente estéticas e sem preocupações sob os
aspectos de eficiência energética vem sendo condenado pelos defensores de uma arquitetura
sustentável. É claro que a estética deve fazer parte da concepção arquitetônica, porém,
arquitetura não pode funcionar como uma ‘grande escultura’, ela precisa ser confortável para
os seus usuários e integrada ao meio onde for inserida. Diante da condição em que se encontra
o planeta, devido ao processo de impactos ambientais causados pela destruição dos recursos
naturais, a arquitetura desenvolvida dentro dos parâmetros da sustentabilidade ganha força
entre os arquitetos. Um tipo de arquitetura antes chamada de bioclimática, que se baseia na
eficiência energética dos edifícios, ressaltando o máximo desempenho dos materiais
empregados e a implantação do edifício em harmonia com o entorno integrando-se às
paisagens naturais.
Os princípios da arquitetura bioclimatica buscam conciliar a matéria, a forma e a energia,
tirando partido de elementos estáticos, como localização geográfica e sítio, e elementos
dinâmicos, como temperatura, ventos, umidade e radiação, utilizando ao máximo a energia de
forma passiva, para assegurar o cumprimento dos requisitos de conforto ambiental
preestabelecidos. (MASCARÓ, 1991).
A elaboração de projetos energeticamente eficientes, através de uma arquitetura adaptada ao
clima, considerando a iluminação natural integrada à artificial, na especificação de
acabamentos e materiais adequados ao clima, no uso de ventilação natural, proteção solar,
entre outros aspectos, são hoje (sempre foram), condicionantes imprescindíveis para a
elaboração de uma arquitetura condizente com o nosso tempo.
Dentro dos paradigmas estabelecidos pela arquitetura sustentável, um diz respeito aos
diferentes meios de obtenção do conforto térmico nos edifícios, visto que a climatização de
ambientes através de formas artificiais, como por exemplo, o uso de ar condicionado em
grande escala nos edifícios em países de clima quente resulta em um grande gasto de energia
elétrica. A insolação nos países de clima tropical como o nosso traz desconforto térmico aos
que fazem uso da arquitetura. Resolver essa questão de forma inteligente implica em adaptar a
arquitetura ao clima, através das boas orientações e de proteções solares.
O estudo sobre as maneiras de se combater a insolação nos edifícios através das proteções
solares aplicadas na arquitetura em climas com as características como as da região de
Goiânia será o principal enfoque apresentado nesse trabalho. O estabelecimento da cidade de
Goiânia para a análise nesse estudo visa essencialmente à compreensão do clima da cidade e
suas variações durante o ano. É de extrema necessidade que os profissionais de arquitetura
que estabelecem suas atividades na região em que a cidade está inserida, conheçam as
particularidades climáticas da mesma, visto que a qualidade dos espaços arquitetônicos
depende (além de diversos outros aspectos da arquitetura), do conforto térmico de seus
usuários. A obtenção do conforto térmico nos ambientes nessa região é, de forma resumida, a
garantia de uma temperatura amena, ou seja, dentro da zona de conforto durante o dia e o
mesmo a noite.
Um estudo de insolação será feito a partir da análise especifica de um edifício, o RIZZO
PLAZA localizado em Goiânia. Um edifício comercial situado na região central da cidade que
possui características arquitetônicas singulares.
2. Conforto térmico do corpo humano
Para sentir-se confortável em um espaço arquitetônico, devem existir nos usuários da
arquitetura, sensações físicas e psicológicas de bem estar. Os espaços arquitetônicos devem
dotar de qualidade ambiental, garantindo uma temperatura confortável, um espaço agradável
em termos de dimensões e estética, bem como qualidade sonora entre outros requisitos.
“Segundo a ASHRAE, Conforto Térmico é um
estado de espírito que reflete a satisfação
com
o ambiente térmico que envolve a pessoa. Se o balanço de todas as trocas de calor for
nulo e a temperatura da pele e suor estiverem dentro de
certos limites, pode-se dizer que
o homem sente Conforto Térmico.” (LAMBERTS, 2004:6)
Quando ocorrem grandes variações de temperatura em qualquer ambiente, o organismo do ser
humano tende a responder através de mecanismos para manter a temperatura interna do corpo
estável. Estes que são chamados de Termo - reguladores buscam sempre a manutenção da
temperatura média por volta de 37º C em condições saudáveis. Os mecanismos mais
utilizados pelo corpo para a redução do calor interno são as perdas de calor por radiação e
convecção, e a perspiração (suor), esse último sendo considerado o mais importante.
Figura 1 – Suor
(Fonte: Multimídia – LAMBERTS, Eficiência energética na arquitetura).
Essas variações térmicas, além de provocarem o desconforto dos usuários do espaço, podem
causar danos à saúde e até mesmo a morte.
No caso do calor, esses mecanismos termos-reguladores são ativados com o objetivo
de incrementar as perdas térmicas do corpo e também
reduzir a produção
interna do calor. (FERNANDES, 2007)
Ao se conceber um espaço arquitetônico, é importante que o mesmo seja detentor das mais
favoráveis formas de conforto. Pois, segundo (FERNANDES, 2007:34), Normalmente, da
energia obtida pelo metabolismo, apenas cerca de 20% é utilizada, o restante é
‘obrigatoriamente’ liberada sob a forma de calor.
A quantidade necessária de dispersão de calor varia de acordo com a atividade desenvolvida,
quanto mais forte for o ritmo da atividade, maiores terão de serem as perdas de calor.
A insolação direta sobre as aberturas transmitem calor, gerando o aquecimento do ambiente,
nas cidades com clima semelhante ao de Goiânia, onde há a prevalência das temperaturas
elevadas em quase todo o ano, a proteção solar é imprescindível, portanto, nessas regiões, os
edifícios devem garantir o conforto dos seus usuários pelo menos através do sombreamento,
buscando uma ‘interação perfeita’ entre eficiência das proteções solares e estética.
Figura 2 – Exemplo de figura
Fonte: OLGYAY, 1957, p. 19 – retirado de FERNANDES 2007.
3. O clima de Goiânia
Goiânia está localizada no Planalto Central, 209 quilômetros a sudoeste da capital federal,
Brasília. Mais precisamente na latitude 16º 41’ sul, e na longitude 49º 17’oeste. A cidade
possui, segundo o IBGE, (Censo 2010), cerca de 1.302.001 de habitantes sendo o 13º
município mais populoso do Brasil, A Região Metropolitana de Goiânia, de acordo com o
censo de 2010, conta com 2.063.744 de habitantes, e é a 10ª região metropolitana em número
de população.
Sobre o clima, em síntese, é certo dizer que a região possui apenas duas estações climáticas
bem divididas durante o ano, uma estação chuvosa e um período seco, um aspecto
característico da própria região localizada entre a linha imaginária da exotérmica dos 20ºC e o
equador térmico.
Figura 3 – Parque urbano em Goiânia
Fonte: Google imagens acessado em 2012
4. O estudo de caso
Para cumprir com o objetivo do trabalho e ilustrar de forma mais didática as análises de
insolação nos edifícios, foi estabelecido um estudo de caso com análise da eficiência prática
das proteções solares empregadas no mesmo. Um edifício na região central de Goiânia que
constitui um marco de referencia na capital foi o objeto de estudo escolhido. Conhecido como
Edifício Rizzo Plaza.
O edifício Rizzo Plaza, projetado por Plinio de Sousa Junior é um prédio comercial com 17
pavimentos construído para a sede da incorporadora Leonardo Rizzo em Goiânia, um edifício
onde ver-se a ousadia estrutural em concreto armado bem evidente, esta característica que,
juntamente com seus panos de vidros escuros e arcos dão ao edifício uma beleza moderna e
sempre atual.
A escolha se deu pelo fato de que a localização das fachadas envidraçadas do edifício instiga
à análise da insolação incidente no prédio. Mesmo não contestando a qualidade estética da
arquitetura, que a meu ver é bastante interessante, o estudo tem a pretensão de realizar
somente uma análise técnica da insolação nas fachadas do prédio e posteriormente simular a
implantação de proteções solares , buscando interferir o mínimo possível na conjuntura atual
do edifício.
Figura 4 – Edifício Rizzo Plaza
Fotografia: Autor
5. Localização do Rizzo Plaza
O edifício localiza-se na região central de Goiânia, e se impõe como o maior edifício de seu
entorno. Mais precisamente localizado no setor sul, onde não há grandes edifícios
concorrentes na dimensão vertical, está sempre visível nos bairros adjacentes.
A posição em que foi implantado facilita a análise de insolação, pois, o prédio possui a planta
basicamente em forma retangular e suas fachadas estão orientadas quase que perpendicular
aos eixos de localização norte, sul, leste e oeste.
Figura 5 – Localização
Fonte: Google Earth, acessado
No edifício estudado, as fachadas que serão protegidas são: norte, sul e leste, pois sãos as que
apresentam as maiores aberturas envidraçadas.
A orientação das fachadas é importante para se definir a linha que será sobreposta na carta
solar e a partir de então pode-se definir o azimute dela. O azimute por sua vez, corresponde ao
ângulo perpendicular ao da fachada em relação à carta solar. No caso da fachada norte do
Rizzo Plaza, por exemplo, o azimute corresponde à zero. Como mostra a figura:
Figura 6 – Localização
Autor
6. As fachadas
Como dito anteriormente, as fachadas do Rizzo Plaza exceto a oeste, são basicamente
formadas por grandes painéis de vidros com películas negras. Estas fachadas é que dão
identidade ao edifício. Apesar de transmitirem uma modernidade e beleza ao prédio, estes
painéis de vidro deixam a radiação solar entrar nos ambientes, e geram o chamado “efeito
estufa” provocando desconforto e gastos com climatização artificial.
A fachada oeste não entrará no estudo de insolação, pois possui apenas aberturas mínimas que
iluminam naturalmente o ramal de banheiros e circulações do edifício. As outras três
mostradas nas figuras 9, 10 e 11, serão analisadas através da carta solar, juntamente com o
transferidor de ângulos de sombreamento.
(Figura 7 – Fachadas Norte, Sul, Leste e Oeste.
Fonte: Autor – Desenho elaborado em Revit Architecture)
7. A carta solar
Figura 8 – Carta Solar 16º Sul
Adaptado de CAVALEIRO e SILVA, 1969, p. 85 e 91
Fonte: FERNANDES, 2007
Para a análise eficiente da insolação incidente nas fachadas do edifício será utilizado a carta
solar, pois com essa ferramenta pode-se mostrar as variações anuais e diárias do caminho
aparente do sol em um desenho conciso e chegar ao projeto de controle de insolação.
O sistema de projeção única – a carta solar – proporciona uma informação
simultânea dos movimentos anuais e diários que nenhum outro procedimento
oferece e é absolutamente necessária para uma visão panorâmica da relação espaçotempo do caminho aparente do sol. (FERNANDES, 2007)
Embora existam programas que podem ser utilizados pelos mais criteriosos que buscam uma
perfeição “milimétrica” nos dados obtidos, a carta solar, juntamente com o Transferidor de
ângulos de sombra ainda é bastante utilizada e aconselhada pelos mestres e corresponde
perfeitamente às análises de insolação no que se refere à arquitetura. Através da carta solar,
com um pouco de prática tem-se uma visão rápida da insolação nas fachadas do edifício, se
tornando um instrumento prático nas decisões arquitetônicas.
A figura 14 mostra a carta solar adaptada para Goiânia simplificada com o significado dos
principais elementos.
8. Transferência de ângulos de sombra
Para o projeto das proteções solares, precisamos alem da carta solar, do Transferidor de
ângulos de sombra, segundo FERNANDES 2007, ele funciona sobrepondo-se à carta solar, e
gradeia o céu visto da janela, dividindo-o em ângulos horizontais.
O transferidor de ângulos de sombra é importante na prática porque é nele que vemos o
ângulo de proteção na fachada e através disso determinamos a dimensão e o tipo de proteção a
ser utilizado no edifício.
Figura 9 – Transferidor de ângulos de sombra
de CAVALEIRO e SILVA, 1969, p. 85 e 91
Fonte: FERNANDES, 2007
A seguir serão apresentados em seqüência as análises da insolação no edifício Rizzo Plaza e já
servem de exemplo prático da utilização da carta solar juntamente com o transferidor de
ângulos de sombra.
9. Análise da insolação das fachadas
Figura 10 – Estudo da fachada norte
Adaptação do autor sobre a carta solar de CAVALEIRO e SILVA
Fonte: FERNANDES, 2007
Ao analisarmos a trajetória do sol durante o dia no solstício de inverno, percebe-se que a
fachada norte do Rizzo Plaza é atingida diretamente pelos raios solares durante todo o dia.
Com a sobreposição do transferidor de ângulos de sombra à carta solar, podemos perceber que
a proteção mais eficiente é por meio de elementos horizontais.
O critério utilizado para o estabelecimento das dimensões das proteções foi o horário, pois se
torna mais eficaz evitar a insolação a partir de determinada hora.
A hora definida para a proteção foi a partir das 9:00h, rebatendo isso na carta solar, o limite
obtido para a proteção foi as 15:00h.
Como a fachada oeste não apresenta aberturas que justifiquem a implantação de proteções, a
fachada norte se torna a com aberturas mais atingida, a partir da proteção desta fachada, podese obter uma proteção padrão de 42 º para as fachadas leste e sul, como se observa nas figuras
que seguem:
Figura 11 – Estudo da fachada Sul
Adaptação do autor sobre a carta solar de CAVALEIRO e SILVA
Fonte: FERNANDES, 2007
Figura 12 – Estudo da fachada Leste
Adaptação do autor sobre a carta solar de CAVALEIRO e SILVA
Fonte: FERNANDES, 2007
10. Inserção das proteções
Diante dos estudos expressos até então, chego à proposta de proteções solares através do
estabelecimento de brises horizontais.
O modelo estabelecido para as três fachadas desprotegidas (Norte, Sul e Leste) é idêntico,
embora tendo a consciência de que a melhor proteção para a fachada sul é o estabelecimento
de planos verticais.
Figura 13 – Detalhes da proteção horizontal e aplicação
Criação: Autor
11. Conclusão
A justificativa para a implantação de brises horizontais também na fachada sul é de caráter
estético, pois a proteção seria mínima nessa fachada, por outro lado, a proposta da intervenção
nas fachadas do RIZZO PLAZA também é reduzir a insolação das fachadas críticas (Norte e
Leste) más interferir o mínimo possível na conjuntura formal atual do edifício, que a meu ver,
é interessante. A repetição da solução nas três fachadas conserva a simetria existente entre
elas atualmente.
As imagens elaboradas a partir de programa de computador mostram de forma clara a
intervenção nas fachadas, bem como a intenção estética da proposta em preservar a forma do
edifício, deixando as esquinas sem preenchimento e outros fatores como: a cor neutra para
não ressaltar aos olhos dos observadores e o distanciamento entre os brises para deixar o vidro
do edifício a mostra.
Diante do resultado obtido no exercício, tornou-se claro que a busca da resolução técnica e
cartesiana da insolação deve ser levada em consideração, porém, com bom senso e
sensibilidade plástica. Concluindo, o Rizzo Plaza se caracterizou no exercício como um
exemplo da solução técnica aliada a uma decisão arquitetônica.
Referências
EDWARDS, Brian e HYETT, Paul – Guia Básico de la Sostenibilidad. Barcelona: Gustavo Gili, 2004
FERNANDES, Antônio Manuel C, P. – Clima, Homem e Arquitetura. Goiânia: Trilhas Urbanas, 2006
FERNANDES, Antônio Manuel C, P. – Arquitetura e sombreamento: parâmetros para a região climática
de Goiânia – Dissertação de Mestrado pela Faculdade de Arquitetura, Universidade Federal do Rio Grande do
Sul, 2007
MONTANER, Josep Maria. Modernidade Superada arquitetura, arte e pensamento do século XX.
Barcelona: Gustavo Gili, 2001
YEANG, Ken. El Rascacielo Ecológico. Barcelona: Gustavo Gili, 2001
LAMBERTS, - Multimídia: Eficiência energética na arquitetura, 2001
MASCARÓ, Lúcia R. Energia da Edificação – Estratégias para minimizar seu consumo. São
Paulo: Projeto, 1991.
LAMBERTS, R., L. DUTRA e F. O. R. PEREIRA. Eficiência energética na arquitetura.
São Paulo/SP: ProLivros, 2 ed. 2004.
IBGE, censo 2010 – Acessado em janeiro de 2011. http://www.ibge.gov.br/cidadesat/topwindow.htm?1
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