construção em climas tropicais

CONSTRUÇÃO EM CLIMAS TROPICAIS
Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
FRANCISCO MANUEL GOMES FERRAZ ESTEVES
Dissertação submetida para satisfação parcial dos requisitos do grau de
MESTRE EM ENGENHARIA CIVIL — ESPECIALIZAÇÃO EM CONSTRUÇÕES CIVIS
Orientador: Professor Doutor Vasco Manuel Araújo Peixoto de Freitas
FEVEREIRO DE 2009
MESTRADO INTEGRADO EM ENGENHARIA CIVIL 2008/2009
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL
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mencionado o Autor e feita referência a Mestrado Integrado em Engenharia Civil 2007/2008 - Departamento de Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia da
Universidade do Porto, Porto, Portugal, 2008.
As opiniões e informações incluídas neste documento representam unicamente
o ponto de vista do respectivo Autor, não podendo o Editor aceitar qualquer
responsabilidade legal ou outra em relação a erros ou omissões que possam
existir.
Este documento foi produzido a partir de versão electrónica fornecida pelo
respectivo Autor.
Aos meus pais, ao Gustavo e à Joana.
Science is organized knowledge. Wisdom is organized life.
Immanuel Kant
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
AGRADECIMENTOS
Ao Professor Vasco Freitas pela paciência e disponibilidade.
i
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ii
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
RESUMO
O variado número de ambientes climáticos existentes na Terra, teve e tem como consequência o
desenvolvimento de uma série de estratégias para fazer frente às adversidades que cada um dos
climas apresenta. No entanto, verifica-se frequentemente, principalmente nas regiões de climas
quentes, a adopção de modelos construtivos inspirados em conceitos eficazes em outros países,
com clima absolutamente diferente, o que origina ambientes internos construídos
desconfortáveis, devido à deficiente resposta dada pelos edifícios face às características
climáticas. É, assim, de extrema importância o estudo das formas tradicionais dos edifícios nas
zonas tropicais, semi-tropicais e quentes em paralelo com a análise das características do clima
e de conforto.
A incorporação positiva no processo de projecto das condições climáticas locais, obriga ao
conhecimento de parâmetros como: a velocidade e direcção do vento, temperaturas e humidades
anuais, precipitação, distribuição e acumulação da temperatura exterior e a radiação.
O conceito de conforto térmico pode ser definido como sendo “o estado de espírito em que o
indivíduo expressa satisfação em relação ao ambiente térmico”. Os actuais “standards”
internacionais de conforto térmico mais utilizados são o ASHRAE 55-92 (1992) e o ISO 7730
(1994), modelos que consideram que as condições e critérios de conforto são iguais a um nível
global, quer se trate de um edifício num país frio ou num país quente. No entanto, existem
inúmeros estudos sobre algoritmos adaptativos que consideram o comportamento adaptativo dos
ocupantes às condições de clima local.
O presente trabalho visa o estudo das características construtivas adequadas para os climas
quentes, de modo a determinar as características construtivas que melhor se adequam ao clima
da cidade de Luanda.
PALAVRAS-CHAVE: Clima, Conforto, Estratégias Bioclimáticas, Projecto Térmico;
iii
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iv
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
ABSTRACT
The Earth has many varied climatic environments, which has resulted in the human need to
develop an outnumber of strategies to face the adversities inherent to every climate. However,
it’s often seen, mainly in warm regions, the adoption of constructive models inspired in
concepts that are successful in other countries enjoying a completely different climate. This
implies uncomfortable indoor environments due to the building’s insufficient response towards
the local climatic characteristics. Hence, it’s extremely important to study the traditional design
and construction of buildings in tropical, semitropical and warm areas while assessing its
climatic and comfort aspects.
Including the local climate in the design process implies the knowledge of parameters such as
wind speed and direction, annual temperatures and moistures, outer temperature distribution and
accumulation and solar radiation.
Thermal comfort can be defined as being “the mood in which one expresses agreement towards
the thermal environment”. The most used current international standards for thermal comfort are
ASHRAE 55-92 (1992) and o ISO 7730 (1994), which admit that the comfort conditions and
criteria are the same at a global level, whether the building is located at the warm or cold
country. There are, nevertheless, innumerous studies about adaptative algorithms that consider
the inhabitants behavior to adapt to the local climate setting.
In this work the most suitable building strategies to warm climates are studied in a way to
determine the most accurate building characteristics for the city of Luanda.
KEYWORDS: Climate, Comfort, Building Strategies, Thermal Project
v
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
vi
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
ÍNDICE GERAL
AGRADECIMENTOS
i
RESUMO
ii
ABSTRACT
iii
1. INTRODUÇÃO
1
2. RELAÇÃO DA CONSTRUÇÃO COM O CLIMA E
O CONFORTO
5
2.1. ENQUADRAMENTO CLIMÁTICO
5
2.2 CONFORTO
12
2.3 MÉTODO DE MAHONEY
16
2.3.1. MÉTODO DE MAHONEY TRADICIONAL
18
2.3.2. MÉTODO DE MAHONEY NEBULOSO
26
2.4. ESTRATÉGIAS CLIMÁTICAS
36
2.4.1. ARREFECIMENTO PASSIVO – VENTILAÇÃO
36
2.4.2. CONTROLO DOS GANHOS SOLARES
48
2.4.3. ISOLAMENTO TÉRMICO
53
2.4.4. CAPACIDADE TÉRMICA
54
2.5. CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS EM FUNÇÃO DO CLIMA
56
2.5.1. CLIMA EQUATORIAL TEMPERADO HÚMIDO
61
2.5.2. SUBCLIMA DESÉRTICO-MARÍTIMO
65
3. CARACTERIZAÇÃO CLIMÁTICA DE LUANDA
67
3.2 HUMIDADE RELATIVA
69
3.3 TEMPERATURA VS HUMIDADE RELATIVA
70
3.4 PRECIPITAÇÃO
71
3.5 VENTO
71
3.6 RADIAÇÃO
72
4. CONTROLO SOLAR
81
vii
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5. ESTRATÉGIA CONSTRUTIVA PARA LUANDA –
APLICAÇÃO DO MÉTODO DE MAHONEY
95
6. CONCLUSÕES
97
7. BIBLIOGRAFIA
99
viii
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1 - Habitação vernacular característica dos climas Frio, Temperado, Árido e Tropical
(fonte: Heindrichs e Daniels, 2007) ............................................................................................... 2
Figura 2 – Mapa mundi da classificação de Köppen-Geiger (fonte: University of Melbourne). .... 7
Figura 3 – Temperatura mundial em Janeiro (fonte: Heindrichs e Daniels, 2007)………………………….9
Figura 4 – Temperatura mundial em Julho (fonte: Heindrichs e Daniels, 2007) ........................ 10
Figura 5 – Radiação global anual (fonte: Heindrichs e Daniels, 2007) ....................................... 11
Figura 6 – Precipitação anual (fonte: Heindrichs e Daniels, 2007) ............................................. 11
Figura 7 - Carta Bioclimática de Givoni (fonte: Gonçalves e Graça, 2004) ................................ 13
Figura 8 – Monograma da temperatura efectiva (fonte: Gomes, 1967) ...................................... 14
Figura 9 – Monograma do índice de conforto equatorial (fonte: Gomes, 1967). ........................ 15
Figura 10 – Representação gráfica da lógica binária da classificação da amplitude térmica
(fonte: Harris, A., Cheng, L.Y., Labaki, L., 2000) ........................................................................ 17
Figura 11 – Representação gráfica da lógica nebulosa da classificação da amplitude térmica
(fonte: Harris, A., Cheng, L.Y., Labaki, L., 2000). ....................................................................... 18
Figura 12 – Representação das fases do Método de Mahoney Tradicional (fonte: Harris, A.,
1999) ........................................................................................................................................... 18
Figura 13 – Representação das fases do Método de Mahoney Nebuloso (MMN) (fonte: Harris,
A., 1999). ..................................................................................................................................... 27
Figura 14 – Representação gráfica das funções de pertinência para classificação da
Temperatura segundo o MMN (fonte: Harris, A., 1999). ............................................................. 27
Figura 15 – Representação gráfica das funções de pertinência para classificação da Amplitude
Térmica segundo o MMN (fonte: Harris, A., 1999). .................................................................... 28
Figura 16 – Representação gráfica das funções de pertinência relativas aos Grupos de
Humidade segundo o MMN (fonte: Harris, A., 1999). ................................................................. 28
Figura 17 – Representação gráfica das funções de pertinência para classificação da
Pluviosidade segundo o MMN (fonte: Harris, A., 1999). ............................................................. 28
Figura 18 – Representação gráfica dos conjuntos de Bem-estar Nebulosos (fonte: Harris, A.,
1999) ........................................................................................................................................... 31
Figura 19 – Determinação gráfica da contribuição de cada um dos conjuntos de bem-estar no
conjunto nebuloso "confortável" (fonte: Harris, A., 1999). .......................................................... 33
Figura 20 – Determinação dos conjuntos nebulosos "Confortável", "Quente" e "Frio" (fonte:
Harris, A., 1999) .......................................................................................................................... 33
Figura 21 – Ventilação no interior de uma habitação através do efeito de chaminé (à esquerda)
e através do vento e brisas locais (à direita) (fonte: Oakley, 1961). ........................................... 38
Figura 22 – Linhas de fluxo em torno de um edifício (fonte: Koenigsberger et al, 1977). .......... 38
Figura 23 – Variação da velocidade no interior do edifício através do aumento da zona de
depressão a sotavento (fonte: Koenigsberger et al, 1977). ........................................................ 39
ix
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Figura 24 – Fluxos de ar em função da disposição conjunta de habitações (fonte: Gomes,
1967). .......................................................................................................................................... 40
Figura 25 - Influência da distância entre edifícios e da sua altura na admissão de brisas locais
(fonte: Gomes, 1967). ................................................................................................................. 41
Figura 26 – Influência da envolvente exterior do edifício na ventilação interior do edifício (fonte:
Gomes, 1967) .............................................................................................................................. 41
Figura 27 - Ventilação natural deficiente do interior do edifício devido ao número e disposição
das aberturas (fonte: Koenigsberger et al, 1977)........................................................................ 42
Figura 28 – Influência da localização das aberturas a barlavento no percurso do fluxo de ar no
interior do edifício (fonte: Koenigsberger et al, 1977). ................................................................ 42
Figura 29 – Influência da localização das aberturas a sotavento no percurso do fluxo de ar no
interior do edifício (fonte: Gomes, 1967) ..................................................................................... 43
Figura 30 – Linhas de fluxo do ar interior do edifício para aberturas localizadas em fachadas
opostas e na mesma direcção .................................................................................................... 43
Figura 31 - Linhas de fluxo do ar interior do edifício para aberturas localizadas em fachadas
adjacentes. .................................................................................................................................. 44
Figura 32 – Em cima: disposição de elementos verticais adjacentes às aberturas para
melhoramento das condições de ventilação interior – solução excelente. Em baixo: disposição
de elementos verticais adjacentes às aberturas para melhoramento das condições de
ventilação interior – solução menos adequada. .......................................................................... 44
Figura 33 – Disposição de elementos verticais adjacentes às aberturas a evitar. ..................... 44
Figura 34 – Influência da disposição de divisórias interiores no movimento de ar. .................... 45
Figura 35 – Variação do fluxo de ar em função do tamanho da entrada e saída de ar (fonte:
Gomes, 1967). ............................................................................................................................. 46
Figura 36 – Influência do tamanho da divisória na velocidade do ar interior. ............................. 46
Figura 37 – Influência da configuração de janelas no movimento interior do ar (fonte: Gomes,
1967). .......................................................................................................................................... 47
Figura 38 – Influência da configuração de elementos adjacentes às aberturas no movimento
interior do ar (fonte: Gomes, 1967). ............................................................................................ 47
Figura 39 - Dispositivos de sombreamento e respectivas Superfícies de Eficiência Total (fonte:
Cunha, M.M.F. 2005) .................................................................................................................. 51
Figura 40 – Redução dos gastos de energia para arrefecimento em função do coeficiente de
absorção das superfícies exteriores (fonte: Heindrichs e Daniels, 2007). .................................. 52
Figura 41 – Variação da temperatura exterior (esquerda) e interior (direita) da superfície de
uma parede com vários coeficientes de absorção. ..................................................................... 52
Figura 42 – Variação do consumo de energia em regiões quentes e húmidas (esquerda) e
quentes e árias (direita) em função do isolamento de elementos da envolvente. Legenda: A –
elementos simples sem isolamento; B – paredes simples com 40mm de isolamento; C –
coberturas com 40mm de isolamento (fonte: Heindrichs e Daniels, 2007) ................................ 53
Figura 43 – Ganhos energéticos em regiões quentes e húmidas (esquerda) e em regiões
quentes e secas (direita) (fonte: Heindrichs e Daniels, 2007). ................................................... 54
x
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Figura 44 – Representação gráfica da determinação do tempo de atraso Φ em função da
temperatura exterior To e da Temperatura ar-sol (fonte: Koenigsberger et al, 1977). ................ 55
Figura 45 – Planta de uma habitação típica de climas quentes e secos (fonte: Koenigsberger et
al, 1977)....................................................................................................................................... 55
Figura 46 – Planta de uma habitação típica de climas de savana (fonte: Koenigsberger et al,
1977). .......................................................................................................................................... 56
Figura 47 – Variação de alguns parâmetros climáticos em função do clima local: sombreamento
e os ganhos solares, factores de pressão do vento sobre os edifícios, temperatura e humidade
relativa exterior e a precipitação (fonte: Hindrichs e Daniels, 2007)........................................... 57
Figura 48 – Influência do sol nos climas locais (fonte: Heindrichs e Daniels, 2007). ................. 58
Figura 49 – Disposição tradicional dos átrios, escadas e entrada, e outras áreas anexas para
cada clima (fonte: Hindrichs e Daniels, 2007)............................................................................. 59
Figura 50 – Apresenta a influência do clima na forma, orientação e distribuição da massa,
indicando a melhor orientação das fachadas principais e a localização da massa térmica do
edifício (fonte: Heindrichs e Daniels, 2007). ............................................................................... 60
Figura 51 – Exemplo de planta ideal de uma habitação de clima equatorial temperado húmido
(fonte: Koenigsberger et al, 1977).. ............................................................................................. 62
Figura 52 – Plantas e cortes de habitação adaptada ao clima equatorial temperado húmido
(fonte: Koenigsberger et al, 1977).. ............................................................................................. 63
Figura 53 - Dispositivo de orientação das brisas para promoção da ventilação natural do
espaço interior (Gomes, 1967). ................................................................................................... 66
Figura 54 - Classificação Climática de Köppen-Geiger para Angola……………………………...67
Figura 55 - Variação média Temperatura ao longo do ano em Luanda ..................................... 68
Figura 56 - Variação média da Temperatura mensal e horária ao longo do ano em Luanda .... 69
Figura 57 - Variação da Temperatura média horária em Luanda para 2 períodos do ano ........ 69
Figura 58 - Variação da Humidade Relativa média mensal e horária ao longo do ano para
Luanda ......................................................................................................................................... 70
Figura 59 - Variação da Humidade Relativa média horária em Luanda para dois períodos
estacionais ................................................................................................................................... 70
Figura 60 - Variação da Temperatura e Humidade Relativa média mensal ao longo do ano em
Luanda ......................................................................................................................................... 71
Figura 61 - Variação da Temperatura e da Humidade Relativa média horária ao longo do ano
para Luanda ................................................................................................................................ 71
Figura 62 - Variação da Precipitação e da Temperatura média mensal ao longo do ano para
Luanda ......................................................................................................................................... 71
Figura 63 - Rosa-dos-ventos para a cidade de Luanda. ............................................................. 72
Figura 64 - Determinação do ângulo de incidência da radiação solar sobre um ligar da
superfície da Terra. ..................................................................................................................... 73
Figura 65 - Variação quantidade radiação solar incidente em superfícies horizontais e verticais
ao longo do ano em Luanda........................................................................................................ 74
xi
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Figura 66 - Variação da intensidade da radiação solar média mensal incidente ao longo do ano
em Luanda................................................................................................................................... 75
Figura 67 - Variação da quantidade de Radiação Solar recebida durante o ano em Luanda .... 75
Figura 68 - Variação da Radiação Solar incidente durante o dia 21 de Janeiro em Luanda ..... 76
Figura 69 - Variação da Radiação Solar incidente durante o dia 23 de Fevereiro em Luanda .. 76
Figura 70 - Variação da Radiação Solar incidente durante o dia 21 de Março em Luanda ....... 76
Figura 71 - Variação da Radiação Solar incidente durante o dia 17 de Abril em Luanda .......... 77
Figura 72 - Variação da Radiação Solar incidente durante o dia 21 de Maio em Luanda ......... 77
Figura 73 - Variação da Radiação Solar incidente durante o dia 21 de Junho em Luanda ....... 77
Figura 74 - Variação da Radiação Solar incidente durante o dia 24 de Julho em Luanda ........ 77
Figura 75 - Variação da Radiação Solar incidente durante o dia 28 de Agosto em Luanda ...... 78
Figura 76 - Variação da Radiação Solar incidente durante o dia 21 de Setembro em Luanda . 78
Figura 77 - Variação da Radiação Solar incidente durante o dia 20 de Outubro em Luanda .... 78
Figura 78 - Variação da Radiação Solar incidente durante o dia 22 de Novembro em Luanda 78
Figura 79 - Variação da Radiação Solar incidente durante o dia 21 de Dezembro em Luanda 79
Figura 80 - Carta Solar para Luanda. ........................................................................................ 84
Figura 81 - Transferidor de ângulos de sombra. ......................................................................... 84
Figura 82 - Dispositivos de sombreamento na Residência de Estudantes em Luanda (fonte:
Quintã, M.M.G., 2007) ................................................................................................................. 85
Figura 83 - Dispositivos de sombreamento na Residência de Estudantes em Luanda (fonte:
Quintã, M.M.G., 2007) ................................................................................................................. 85
Figura 84 - Dispositivos de sombreamento na Residência de Estudantes em Luanda (fonte:
Quintã, M.M.G., 2007) ................................................................................................................. 85
Figura 85 - Ilustração da folha de cálculo para dimensionamento dos dispositivos solares. ..... 91
Figura 86 - Superfície de Eficiência Total do dispositivo do tipo C para a orientação Norte ...... 92
Figura 87 - Superfície de Eficiência Total do dispositivo do tipo G para a orientação Norte...... 93
Figura 88 - Frequência anual dos indicadores climáticos ........................................................... 95
Figura 89 - Graus de pertinência mensais para cada um dos indicadores climáticos................ 95
Figura 90 - Frequência anual rectificada dos indicadores climáticos ......................................... 96
xii
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
ÍNDICE DE TABELAS
Tabela 1 – Classificação climática de Köppen-Geiger. ................................................................ 7
Tabela 2 - Estratégias Bioclimáticas para diferentes tipos de clima (fonte: Gonçalves e Graça,
2004) ........................................................................................................................................... 13
Tabela 3 – Exemplo do Quadro I: introdução dos dados climáticos (fonte: Koenigsberger et al,
1977) ........................................................................................................................................... 19
Tabela 4 – Classificação da Humidade Relativa em Grupos de Humidade (fonte: Koenigsberger
et al, 1977)................................................................................................................................... 20
Tabela 5 – Carta de Limites de Conforto (fonte: Koenigsberger et al, 1977). ............................ 20
Tabela 6 – Quadro II: Classificação do Rigor Térmico do dia e da noite (fonte: Koenigsberger et
al, 1977)....................................................................................................................................... 21
Tabela 7 – Tabela de apoio à determinação dos indicadores climáticos de humidade e aridez
para cada mês (fonte: Koenigsberger et al, 1977). ..................................................................... 22
Tabela 8 - Quadro III: determinação das recomendações de projecto a partir do tipo e do
23número de indicadores climáticos verificados – Especificações Recomendadas (fonte:
Koenigsberger et al, 1977). ......................................................................................................... 23
Tabela 9 - Recomendações de projecto - Especificações recomendadas (fonte: Koenigsberger
3et al, 1977)................................................................................................................................. 24
Tabela 10 - Quadro III: determinação das recomendações de projecto a partir do tipo e do
número de indicadores climáticos verificados – Recomendações de Detalhe (fonte:
Koenigsberger et al, 1977). ......................................................................................................... 25
Tabela 11 - Recomendações de Projecto - Recomendações de Detalhe (fonte: Koenigsberger
et al, 1977)................................................................................................................................... 26
Tabela 12 – Quadro I: introdução e definição dos graus de pertinência dos dados climáticos
(adaptado de Harris, 1999). ........................................................................................................ 29
Tabela 13 – Conjuntos de Bem-Estar obtidos a partir do Grupo de Humidade e da classificação
da Temperatura média (fonte: Harris, A., 1999). ........................................................................ 30
Tabela 14 – Exemplo da determinação do grau de pertinência do Rigor Térmico..................... 34
Tabela 15 – Regras de inferência para determinação dos indicadores climáticos mensais (fonte:
Harris, A., 1999) .......................................................................................................................... 35
Tabela 16 – Exemplo da determinação do grau de pertinência dos indicadores climáticos. ..... 35
Tabela 17 - Configuração plantas e relação das áreas das fachadas ........................................ 82
Tabela 18 - Quantidade de Radiação Solar incidente durante um ano ...................................... 83
Tabela 19 - Trajectórias visíveis do Sol para cada orientação de fachada. ............................... 86
Tabela 20 - Períodos de Incomodidade da Radiação Solar. ...................................................... 87
Tabela 21 - Ângulos de Sombra.................................................................................................. 87
Tabela 22 - Elementos de Sombreamento. ................................................................................ 89
Tabela 23 - Variáveis do dimensionamento de dispositivos de sombreamento pré-definidas ... 91
xiii
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
1
INTRODUÇÃO
A procura de novos mercados por parte das empresas portuguesas do sector da construção civil
conduziu-as para países onde a necessidade de infra-estruturas básicas e de habitação é gritante,
nomeadamente África. Em virtude dos laços históricos criados, do términos da guerra civil e das
elevadas potencialidades da sua economia, Angola tornou-se no porto de abrigo, e até na tábua
de salvação, de muitas empresas portuguesas ligadas à engenharia civil.
Com um crescimento médio do Produto Interno Bruto anual nos últimos 3 anos de cerca de
15%, cada vez é maior o número de pessoas que se deslocam para este país em busca de
melhores oportunidades de negócio. Os 26 anos de guerra civil, com toda a destruição
provocada por esta, aliado à entrada massiva de estrangeiros, provocada pelo boom económico
que o país vive, levam a que a oferta de edificado face à procura, seja bastante reduzida. Esta
necessidade urgente de construção de edificado levou a que muitas empresas portuguesas se
deslocassem para Angola e de imediato iniciassem a sua implementação, sem ponderação sobre
se o tipo de construção executada em Portugal seria viável num país com um clima
completamente diferente do clima português.
A globalização dos critérios arquitectónicos e de construção originam por vezes a
descontextualização dos edifícios face ao local onde se inserem, uma vez que não são tidos em
conta aspectos climáticos e ambientais. O empirismo da construção tradicional autóctone e a
arquitectura vernacular permitiam criar construções eficientes face clima local, resultando tal
facto no surgimento de construções típicas dos vários tipos de climas, tal como evidencia a
Figura 1.
1
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Figura 1 - Habitação vernacular característica dos climas Frio, Temperado, Árido e Tropical (fonte:
Heindrichs e Daniels, 2007)
Para além da globalização dos modelos construtivos e do esquecimento das técnicas
construtivas tradicionais características de cada local, a velocidade da inovação não permite o
amadurecimento dos processos e produtos. O fascínio pelas novas tecnologias leva à rápida
substituição das técnicas antigas e à aposta em novos instrumentos sem se concluir quais os seus
reais efeitos, sendo disso exemplo a utilização massiva do ar condicionado.
A importação de modelos construtivos característicos de países com clima temperado ou frio,
para países de clima quente e tropical, tem como consequência uma defeituosa resposta por
parte dos edifícios às solicitações do clima local. O recurso constante à utilização do ar
condicionado, para reduzir o desconforto no interior dos edifícios, trata-se de uma solução antieconómica, para além de precária a nível ambiental e da saúde do próprio utilizador.
É assim fundamental estudar e adaptar os edifícios a uma realidade climática distinta da nossa,
para que, em função das características do clima local, se possa projectar um edifício cujas
condições do ambiente interior sejam as mais próximas possíveis das condições de conforto
ambiental ideais para esse mesmo local, evitando-se assim a adopção de conceitos construtivos
característicos de climas distintos, que resultariam no aquecimento dos edifícios, obrigando,
posteriormente, ao arrefecimento mecânico do interior, a fim de se criar um ambiente interior
confortável.
Segundo o último relatório das Nações Unidas, a população mundial aumentará em 2,5 biliões
até 2050, aumento esse que será absorvido na sua maioria pelos países em desenvolvimento,
onde se engloba Angola. De acordo com o último relatório do departamento de assuntos
económicos e sociais da ONU divulgado no final do ano passado, prevê-se um cenário médio
para Angola em que os cerca de 12 milhões de habitantes estimados no ano de 2000 aumentem
de forma constante até aos 24 milhões em 2025.
Uma vez que o parque edificado é tipicamente responsável por uma percentagem significativa
da energia consumida nos países e que uma população em crescimento requer a expansão do
parque edificado, perante este cenário, prevê-se que a factura energética a pagar será cada vez
maior, de acordo as exigências de uma população crescente. Este fenómeno tem,
reconhecidamente, consequências não só económicas como ambientais. É, por isso, fundamental
que, ao nível da construção, se inicie um processo de estudo relativamente à adaptação dos
edifícios às condições bioclimáticas características de cada região. Esta adaptação permitirá
2
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
reduzir a energia gasta na manutenção das condições de conforto no interior dos edifícios, sendo
por isso vantajoso a nível económico e ambiental.
Este estudo passa pela análise do clima do local, através da análise de um conjunto de factores
climáticos, tais como a exposição solar, a temperatura, a humidade ou o regime de ventos, pela
avaliação das características de conforto térmico exigidas para esses climas e pelo estudo, por
exemplo, do isolamento térmico e inércia térmica dos elementos construtivos, forma e
orientação do edifício ou ventilação.
O estudo da geometria de insolação de um lugar permite analisar a orientação mais favorável do
edifício, bem como determinar a duração da exposição solar e os ângulos de incidência dos raios
solares, a partir dos quais são definidas as características dos elementos de sombreamento dos
vãos envidraçados. A radiação solar directa, difusa ou reflectida, que penetra no interior dos
edifícios através dos vãos envidraçados promove o aquecimento do espaço em causa, uma vez
que o envidraçado se deixa atravessar pela radiação de comprimento de onda curto, sendo opaco
à radiação de maior comprimento de onda emitidos pelos objectos.
Para além da radiação solar, a avaliação das temperaturas locais e dos fluxos de calor que se
estabelecem entre o exterior e o interior do edifício é de extrema importância, visto ser um dos
principais factores que desencadeia o desconforto do ambiente interior e influenciar outros
factores de análise. A humidade é outro dos factores que condiciona grandemente o clima de
uma região, uma vez que, para uma temperatura constante, a sua variação pode dar origem a
ambientes com níveis de conforto diferente.
O estudo dos ventos dominantes é também importante, uma vez que permite definir a melhor
orientação do edifício para o estabelecimento de uma ventilação natural adequada. A ventilação
natural promove um aumento do conforto térmico, em virtude de o movimento do ar aumentar
as perdas de calor do corpo humano, para além de promover perdas de calor por convecção das
paredes, pavimentos e tectos.
Para além da orientação do edifício, também a forma deste influencia a sua exposição ao vento,
condicionando ainda a superfície de contacto edifício/exterior, tendo por isso influência nos
ganhos de calor através da envolvente. Outra questão a ter em conta consiste na avaliação da
necessidade de dotar os elementos construtivos de isolamento e inércia térmica.
Com tudo isto, pretende-se atingir níveis de conforto ambiente harmonizados com as
características do clima local. Actualmente, admite-se que os critérios de conforto não só variam
de pessoa para pessoa, como também de clima para clima e de povo para povo, tratando-se por
isso de um erro a consideração dos critérios de conforto relativos a países de clima temperado
ou frio para climas de clima quente e tropical.
Neste contexto, procura-se com este relatório de projecto identificar quais as melhores
estratégias construtivas para a cidade de Luanda, de modo a que os edifícios futuramente
construídos possam responder melhor ao clima da região, garantindo desta forma melhores
condições de conforto e saúde no interior das habitações, diminuindo, por conseguinte, a
necessidade da utilização do ar condicionado e as necessidades gerais de energia. Desta forma,
conhecidas as características principais dos climas existentes na região onde se insere o local de
estudo e o tipo de construção típico de cada um deles, serão analisados os dados climáticos de
Luanda, a fim de se definirem as características de projecto mais adequadas para o local. Será
também utilizado um método intuitivo, o Método de Mahoney, através do qual, a partir dos
dados do clima local, são produzidas recomendações base de projecto.
Este trabalho é então dividido em 6 capítulos, sendo o primeiro relativo ao enquadramento do
tema e o segundo relativo à apresentação dos climas mundiais, conceitos relacionados com o
3
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
conforto, estratégias bioclimáticas e à relação entre estes. O capítulo 3 consiste na descrição
detalhada do clima da cidade de Luanda, no capítulo 4 será apresentado o estudo relativo ao
controlo solar, cabendo no capítulo 5 a descrição e discussão das estratégias construtivas para
Luanda. No capítulo 6 serão apresentadas as conclusões do trabalho.
Concluído este trabalho, espera-se que a definição dos parâmetros de projecto para o clima de
Luanda fique facilitada e que possa corresponder a uma melhoria da resposta dada pelos
edifícios construídos nesta zona do globo.
4
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
2
RELAÇÃO DA CONSTRUÇÃO
COM O CLIMA E O CONFORTO
2.1. ENQUADRAMENTO CLIMÁTICO
O Clima é definido com sendo o Tempo Meteorológico Médio ou como sendo a integração no
tempo dos estados físicos do ambiente atmosférico característico de certa localidade geográfica
(Koenigsberger et al, 1977).
O clima tem um efeito óbvio e directo no ambiente térmico. Para a definição do tipo de
construção mais adequado às características climáticas do local, ou seja, determinar a
importância comparativa que deve ser dada às várias estratégias de projecto de edifícios, é
fundamental analisar não só os valores médios das várias variáveis climáticas, nomeadamente a
temperatura, humidade relativa velocidade e direcção do vento, precipitação e radiação solar,
como também os valores máximos e mínimos registados ao longo do dia e do ano.
A variação diária da temperatura do ar depende das condições da atmosfera. Nos dias limpos, a
entrada de uma grande quantidade de radiação e a existência de um caminho livre para a
libertação de radiação produz uma grande amplitude térmica diária, ao passo que num dia
nublado, a entrada e saída de radiação estão restringidas, o que origina uma menor variação da
temperatura. Mais significativo é a opacidade do vapor de água relativamente às radiações de
onda comprida libertadas durante a noite pela superfície da Terra, facto que retarda o
arrefecimento nocturno, sendo esta a razão pela qual o deserto aquece tanto durante o dia e
arrefece rapidamente à noite e nas regiões húmidas a variação diária da temperatura é tão
pequena.
O planeta Terra caracteriza-se pela existência de um leque variadíssimo de tipos de climas.
Desde os Pólos até ao Equador, a interacção da radiação solar com a atmosfera e as forças
gravitacionais, juntamente com a distribuição das massas de terra e mar, criam uma variedade
quase infinita de climas, sendo, no entanto, possível distinguir certas zonas onde o clima é
aproximadamente constante (Koenigsberger et al, 1977).
Em virtude dos inúmeros factores que interagem no planeta, podem caracterizar-se e classificarse climas em função desses mesmos factores. A quantidade de radiação solar recebida num
determinado local, a latitude, os sistemas de ventos e precipitação, a relação entre terra e mar,
altura acima no nível do mar, topografia, presença ou ausência de vegetação e a influência das
correntes oceânicas são alguns dos factores que caracterizam um clima. No entanto, na
concepção de um sistema de classificação climático, os elementos de caracterização podem ser
em maior ou menor número, ou mesmo diferentes, do que numa outra escala de classificação
climática (Koenigsberger et al, 1977; Oakley, 1961).
5
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
A concepção simplista do zonamento climático segundo uma delimitação geográfica, em que,
por exemplo, os climas tropicais se encontram confinados na faixa intertropical centrada no
equador e os climas subtropicais delimitados pelo Trópico de Câncer e pelo paralelo de latitude
30º Norte e pelo Trópico de Capricórnio e o paralelo de latitude 30º Sul, não é compatível com a
complexidade dos factores climáticos (Gomes, 1967). Desta forma, ao longo dos anos foram
sendo desenvolvidos alguns sistemas de classificação climática, destacando-se entre estes a
Classificação Climática de Köppen. Este é o sistema de classificação global dos tipos climáticos
mais utilizada em geografia, climatologia e ecologia. Tendo sido proposta em 1900 pelo
climatologista alemão Wladimir Köppen, foi sendo melhorada ao longo dos anos com a
colaboração de Rudolf Geiger, sendo na actualidade também conhecida como Classificação
Climática de Köppen-Geiger (Sena, 2004).
Este sistema de classificação baseia-se no pressuposto, de que a vegetação natural de cada
grande região da Terra é a tradução do clima que nela existe. Assim, as fronteiras entre regiões
climáticas estabelecidas correspondem, tanto quanto possível, às áreas de predominância de
cada tipo de vegetação, razão pela qual a distribuição global dos tipos climáticos e a distribuição
dos biomas apresenta elevada correlação. Na determinação dos tipos climáticos de KöppenGeiger são considerados a sazonalidade e os valores médios anuais e mensais da temperatura do
ar e da precipitação. Cada grande tipo climático é identificado por um código, constituído por
letras maiúsculas e minúsculas, cuja combinação resulta nos tipos e subtipos considerados.
A classificação climática de Köppen-Geiger estabelece 5 grandes grupos climáticos: Tropical,
Árido, Temperado, Continental e Glacial, que comportam diversos tipos e subtipos. Cada clima
é representado por duas ou três letras em que a primeira letra ("A", "B", "C", "D", "E"),
representando cada um dos 5 tipos principais de climas, permite caracterizar na generalidade o
clima de uma região, constituindo assim, o indicador do grupo climático. No caso de o clima ser
do tipo "A", "C" ou "D", a segunda letra, que estabelece o tipo de clima dentro do grupo, é
minúscula e evidencia as particularidades do regime pluviométrico. Nos grupos cuja primeira
letra seja "B" ou "E", a segunda letra é também uma maiúscula, denotando a quantidade de
precipitação total anual, no tipo de clima B, ou a temperatura média anual do ar, no tipo de
clima E. A terceira letra é minúscula e representa a temperatura média mensal do ar dos meses
mais quentes, nos tipos de clima C ou D, ou a temperatura média anual do ar, para o clima tipo
B (Tabela 1) (Sena, 2004).
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Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Tabela 1 – Classificação climática de Köppen-Geiger.
Temperatura
do ar
A
B
C
D
E
Tropical
Árido
Temperado
Continental
Glacial
T
Tundra ET
F
Polar EF
M
Alpino EM
S
Estepário
BS
W
Desértico
BW
f
Equatorial
Af.
Subtropical
Cfa,
Oceânico Cfb
m
Monçónico
Am
Pampeano
Cwa, Cwb
w
Savana Aw
s
Savana As
Precipitação
Continental
Dfa, Dfb,
Subártico
Dfc, Dfd
Manchuriano
Dwa, Dwb
Mediterrânico
Csa, Csb
Desta forma, a divisão de zonas térmicas de Köppen baseia-se nas médias de temperatura e nas
relações temperaturas–quantidade de precipitação, bem como nas amplitudes térmicas e duração
dos períodos quentes (Gomes, 1967). Através da Figura 2, verifica-se a diferença de climas
entre a Europa e o continente Africano, que em oposição aos climas europeus, maioritariamente
temperados, apresenta climas equatoriais e áridos.
Figura 2 – Mapa mundi da classificação de Köppen-Geiger (fonte: University of Melbourne).
7
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
No entanto, o Tropical Building Section do United Kingdom Building Research Sation,
estabeleceu uma classificação de climas «… baseada em características de climas para os quais
(…) se põem aos projectistas de edifícios problemas mais ou menos similares». Esta
classificação, proposta por G. A. Atkinson em 1953 e definida para fins práticos de projecto e
construção de edifícios, baseia-se na consideração dos principais factores atmosféricos
influentes no conforto humano: a temperatura e a humidade do ar, tendo-se adoptado como
critério principal a consideração dos valores extremos destes dois factores, uma vez que são
causa provável de incomodidade (Gomes, 1967; Koenigsberger et al, 1977).
Assim, as regiões tropicais podem ser divididas em três zonas climáticas principais e três
subgrupos (Koenigsberger et al, 1977):
clima equatorial temperado húmido - subgrupos: clima insular temperado húmido
ou clima dos alísios;
clima desértico ou semidesértico quente seco – subgrupo: clima desértico marítimo
quente seco;
clima composto ou de monção – subgrupo: clima tropical de altitude.
Observando a região onde se localiza o local a estudar, constata-se que os climas com maior
expressão na região são do tipo equatorial húmido e desértico marítimo quente e seco.
Os climas equatoriais temperados húmidos encontram-se numa faixa próxima do Equador,
entre os 15º Norte e Sul. Caracterizam-se por pequenas variações estacionais ao longo do ano,
em que a média dos valores máximos da temperatura do ar varia entre os 27ºC e 32ºC, enquanto
a média dos valores mínimos, registados durante a noite, encontram-se entre os 21ºC e os 27ºC.
A humidade relativa pode variar entre os 55% e os 100%, mantendo-se na maioria do tempo na
casa dos 75%. A pressão de vapor é bastante uniforme, variando entre os 2500N/m2 e os
3000N/m2. As precipitações são elevadas durante todo o ano, podendo atingir anualmente
valores entre os 2000mm e os 5000mm de chuva O aspecto do céu é bastante nublado durante
todo o ano, variando a cobertura nebulosa entre os 60% a 90% (Koenigsberger et al, 1977).
A radiação solar é em parte reflectida, sendo a restante dispersada pelas nuvens ou pelo vapor
atmosférico, sendo por isso o solo atingido maioritariamente por radiação difusa. As nuvens e o
vapor existentes na atmosfera condicionam a passagem da radiação emitida pela terra e mar
durante a noite, o que dificulta a dissipação de calor acumulada. O vento apresenta velocidades
normalmente baixas, bem como uma ou duas orientações predominantes (Koenigsberger et al,
1977).
O clima desértico marítimo quente seco é comum às latitudes do clima desértico quente seco,
mas apenas para regiões banhadas pelo mar, sendo considerado um dos climas mais
desfavoráveis da Terra. Também neste clima se identificam duas estações: uma quente e outra
fria (Koenigsberger et al, 1977).
A temperatura do ar atinge à sombra valores máximos médios na ordem dos 38ºC, enquanto que
na estação fria variam entre os 21ºC. e os 26ºC. As temperaturas mínimas médias na estação
quente encontram-se na casa dos 24ºC a 30ºC, ao passo que na estação fria atingem valores
entre os 10ºC e os 18ºC. A humidade relativa é normalmente elevada, compreendendo valores
entre os 50% e os 90%, com a pressão de vapor a atingir valores entre os 1500 e os 2500 N/m2.
Apesar da forte radiação solar produzir uma elevada evaporação da água do mar, a humidade
não precipita, permanecendo na atmosfera e criando condições de manifesta incomodidade para
as pessoas (Koenigsberger et al, 1977).
As condições do céu são idênticas às verificadas para os climas desérticos quentes secos,
apresentando ainda uma bruma ligeira e transparente. A radiação solar é forte, caracterizando-se
8
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
por uma maior componente de radiação difusa, em comparação com os climas desérticos,
devido às nuvens e à humidade do ar. Os ventos, principalmente locais e resultantes do desigual
aquecimento e arrefecimento das superfícies terrestre e marítima, sopram do mar para terra
durante o dia e invertem o sentido durante a noite (Koenigsberger et al, 1977).
Conhecidos os dois tipos de classificação climática, apresentam-se, nas Figuras 3 a 6, alguns
dados climáticos mundiais. Desta forma, as Figuras 3 e 4 ilustram a distribuição da temperatura
exterior global típica em Janeiro e Julho, respectivamente, representando a Figura 5 a
distribuição da intensidade de radiação solar anual numa superfície em kWh/m2a e a Figura 6 a
precipitação mundial.
Figura 3 – Temperatura mundial em Janeiro (fonte: Heindrichs e Daniels, 2007)
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Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Figura 4 – Temperatura mundial em Julho (fonte: Heindrichs e Daniels, 2007)
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Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Figura 5 – Radiação global anual (fonte: Heindrichs e Daniels, 2007)
Figura 6 – Precipitação anual (fonte: Heindrichs e Daniels, 2007)
Contudo, estas classificações e dados gerais não são suficientes para a análise rigorosa de um
local específico, sendo por isso necessário proceder sempre ao levantamento detalhado das
características específicas do local de implantação do edifício.
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Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
2.2 CONFORTO
Segundo a American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers
(ASHRAE), define-se conforto térmico como sendo “o estado de espírito em que o indivíduo
expressa satisfação em relação ao ambiente térmico”, o que implica uma condição de equilíbrio
com o ambiente circundante. Este equilíbrio resulta de um balanço térmico que depende de
factores como o sexo, a idade, o metabolismo, o vestuário, a temperatura da pele, a temperatura
do ar, temperatura do ambiente, temperatura superficial dos elementos da sala, temperatura de
radiação média, humidade relativa e velocidade do ar (www.ashrae.org; Silva, 2006).
Na classificação geral dos climas tropicais e das variantes de climas locais distingue-se a
importância de quatro factores que podem afectar directamente o conforto humano: a
temperatura do ar, a humidade, o movimento do ar e a radiação. Cada um destes influência de
algum modo os processos de intercâmbio de calor entre o corpo humano e o seu ambiente,
podendo cada um favorecer ou impedir a dissipação do excesso de calor do corpo
(Koenigsberger et al, 1977).
Em termos da influência da temperatura, o conforto térmico é determinado principalmente pelo
cálculo da média da temperatura do ar e da temperatura média de todas as superfícies
circundantes. Quanto menos os valores destas duas temperaturas divergirem e quanto mais
próximas estiverem do intervalo 20-24 ºC, mais uniforme será a distribuição da perda de calor
do corpo humano (Hindrichs e Daniels, 2007).
A humidade, em particular a humidade relativa, é um outro factor importante para o conforto,
uma vez que a intensidade da evaporação depende largamente da diferença entre a pressão de
vapor na superfície da pele e da pressão de vapor no ar (Hindrichs e Daniels, 2007).
O movimento de ar no interior de um compartimento influencia fortemente o conforto. Em
geral, o aumento do movimento do ar conduz a situações de conforto à medida que a
temperatura interior aumenta, verificando-se também o oposto (Hindrichs e Daniels, 2007).
A Carta Bioclimática de Givoni, representada na Figura 7, fornece a primeira indicação das
estratégias mais adequadas para um determinado clima, através da introdução dos valores da
temperatura e humidade relativa no diagrama psicrométrico e da verificação da(s) área(s) em
que este conjunto de valores se inserem. A Tabela 2 apresenta as estratégias de arrefecimento
para cada uma das zonas delimitadas na Carta Bioclimática de Givoni. Para climas do tipo
tropical e equatorial, representados pela Zona V, as principais estratégias de arrefecimento
passam pela promoção da ventilação natural e pela restrição dos ganhos solares. (Gonçalves e
Graça, 2004).
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Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Figura 7 - Carta Bioclimática de Givoni (fonte: Gonçalves e Graça, 2004)
Tabela 2 - Estratégias Bioclimáticas para diferentes tipos de clima (fonte: Gonçalves e Graça, 2004)
Zonas
Estratégias Bioclimáticas
V
Promover ventilação natural
V, EC, AC, M
Restringir ganhos solares
M, EC
Promover arrefecimento por evaporação
M
Promover arrefecimento por radiação
A temperatura efectiva, idealizada por Houghton e Yaglou, foi um dos primeiros índices
térmicos, ou escalas de conforto, a ser criado. Este índice é baseado em estudos estatísticos
sobre a sensação de conforto experimentado por um conjunto de pessoas, para várias
combinações possíveis de temperatura do ar, humidade e velocidade do ar, o que permite definir
ambientes equivalentes, obtidos a partir de reacções sensoriais equivalentes, através da
correspondência de temperaturas efectivas de igual valor (Figura 8) (Gomes, 1967).
A delimitação de zonas de conforto, função da temperatura do ar e do grau de humidade, com
base nos graus de conforto para cada valor de temperatura efectiva, permite avaliar as condições
naturais de conforto térmico de um determinado local. Apesar de discutível e criticada, a noção
de temperatura efectiva é tida como padrão de conforto térmico útil (Gomes, 1967).
13
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Figura 8 – Monograma da temperatura efectiva (fonte: Gomes, 1967)
Um outro índice térmico é o índice de conforto equatorial, ilustrado na Figura 9, desenvolvido
por C. G. Webb da Topical Building Section, a partir do registo de respostas subjectivas de
pessoas aclimatizadas em conjunto com a medição da temperatura do ar, humidade e
movimento do ar. As relações experimentais determinadas representam-se num gráfico
semelhante ao nomograma da temperatura efectiva. Estes índices térmicos permitem avaliar as
condições do ambiente climático, para posterior análise do conforto térmico dos espaços
(Koenigsberger et al, 1977; Gomes, 1967).
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Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Figura 9 – Monograma do índice de conforto equatorial (fonte: Gomes, 1967).
Actualmente existem “standards” internacionais globais relativos ao conforto térmico. Os mais
utilizados são o ASHRAE 55-92 (1992) e o ISO 7730 (1994). No entanto, estes modelos
consideram que o controlo térmico é resultante somente de variáveis físicas e fisiológicas e
prevêem as condições de conforto a um nível global, o que leva a que os critérios de conforto
sejam os mesmos, quer se trate de um edifício num país frio ou num país quente. (Gomes,
1967).
Ora, hoje em dia, sabe-se que os critérios de conforto não só variam clima para clima e de povo
para povo, mas também de pessoa para pessoa. Existem, então, já inúmeros estudos sobre
algoritmos adaptativos que consideram também o comportamento adaptativo dos ocupantes dos
edifícios, quer em termos de acções físicas, quer em termos de adaptação psicológica,
relacionando ambos os factores com o contexto climático. Desta forma, os habitantes das zonas
mais quentes, seriam mais intolerantes ao frio e suportariam temperaturas mais altas do que os
habitantes das zonas mais frias (Roriz, 2003).
De acordo com os estudos de campo de Humphreys (1978), as temperaturas preferidas no
interior dos edifícios dependem significativamente das temperaturas médias mensais exteriores.
Já antes, Mahoney, Koenigsberger e Evans (ONU 1970) no Método dos Quadros de Mahoney,
adoptaram um conceito adaptativo de zona de conforto, no qual as temperaturas desejáveis
diferem do dia para a noite, dependendo da humidade relativa média mensal e da temperatura
média anual do ar exterior. Com base na Carta de Limites de Conforto estabelecida por
Mahoney, define-se uma recta de regressão (equação 1) cujos valores dados são as temperaturas
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Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
médias dos intervalos confortáveis de Mahoney, representando TC a Temperatura média de
conforto e TME a Temperatura mensal exterior. (Roriz, 2003; Humphreys, 1978; ONU, 1970).
TC = 14,5 + 0,42TME
(1)
Também Humphreys (1978) identificou uma equação que a partir da TME obtém TC (Roriz,
2003; Humphreys, 1978).
TC = 11,9 + 0,534TME
(2)
Muitas outras equações foram definidas com o intuito de responder à problemática do conceito
adaptativo. No entanto, verificam-se diferenças entre os vários modelos, o que revela a
necessidade de serem desenvolvidos estudos de campo em cada região climática, principalmente
em zonas tropicais. Contudo, segundo Nicol (2000), na ausência destes estudos, pode-se
recorrer à equação de Humphreys, uma vez que esta é baseada em dados obtidos em diversas
partes do mundo (Roriz, 2003; Nicol, 2000).
A determinação de uma temperatura de conforto tem implícita a definição de uma faixa de
tolerância em torno dessa temperatura média. Com base em estudos relativos à determinação do
comportamento humano face à variação da temperatura exterior ao longo das horas, é aceitável
considerar que as preferências térmicas dos seres humanos variem ao longo do dia (Roriz,
2003).
Desta forma, segundo Nicol e Humphreys (2001) a largura da faixa de tolerância é directamente
proporcional à possibilidade de os indivíduos realizarem acções adaptativas, podendo, neste
caso, a zona de conforto ser mais larga do que ±2ºC em torno da temperatura média preferida.
Posto isto, poder-se-á concluir que um modelo de variação horária dos limites confortáveis,
poderá permitir identificar os efeitos de cada variável construtiva sobre o conforto ambiental ou
sobre a eficiência energética da edificação, calculando, em graus-horas, os valores acumulados
de desconforto ao longo de um período qualquer (Roriz, 2003).
O critério de conforto resultante da aplicação de algoritmos adaptativo é bem mais flexível e
realista que os critérios convencionais como o ISO 7730 ou a ASHRAE, podendo a sua
aplicação resultar num diminuição significativa do consumo energético à escala mundial.
Desta forma o projectista deverá perceber a relação entre o clima exterior, a construção e o
corpo humano, de forma a poder criar condições de desempenho ambiental que sejam aceitáveis
para a maioria dos utentes, através da manutenção de uma temperatura interna média constante,
resultante do equilíbrio entre a dissipação de energia e a temperatura do meio exterior (Silva,
2006; Gomes, 1967).
O projecto inteligente de edifícios permitirá estabelecer no interior melhores condições do que
as do clima exterior, conduzindo ainda a uma menor utilização de sistemas de climatização
mecânicos, uma maior liberdade para usar estratégias bioclimáticas e a um menor consumo de
energia (Silva, 2006).
2.3 MÉTODO DE MAHONEY
Tal como foi referido anteriormente, o desconhecimento ou a falta de estudos relativos a um
determinado tipo de clima leva a que os projectistas optem por recorrer, na maioria dos casos, a
soluções construtivas inadequadas ao clima local. A necessidade de contrariar esta tendência
levou a que se desenvolvessem algumas metodologias que permitissem avaliar as condições
climáticas de um local e produzir linhas orientadoras para o projecto de forma expedita (Silva,
2006).
16
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
De entre estas metodologias destaca-se o Método de Mahoney, cujo objectivo passa pela
adequação das características construtivas de um edifício ao clima local, através da produção de
recomendações base para o projecto a partir dos dados climáticos locais, visando o conforto
térmico. Trata-se assim de um instrumento de apoio ao desenvolvimento inicial de projectos
(Silva, 2006).
As principais vantagens deste método são: a facilidade de operação, a consideração de limites
de conforto específicos para o dia e para a noite e as recomendações técnicas para a fase inicial
de projecto. No entanto, pelo facto de os limites definidos para a avaliação climática do local
serem pouco flexíveis e de as variáveis qualitativas serem tratadas de modo determinístico, as
recomendações finais de projecto para locais com climas de transição podem ser bastante
diferentes umas das outras (Silva, 2006).
Desta forma, procurou-se modificar o Método de Mahoney Tradicional, de modo a solucionar o
problema da análise deste tipo de climas, tendo-se recorrido à Teoria dos Sistemas Difusos
(Fuzzy Systems Theory). A Teoria dos Sistemas Difusos resulta de um conjunto de teorias e
métodos capazes de modelar sistemas complexos e subjectivos, isto é, permite o tratamento e
análise adequados de variáveis qualitativas e subjectivas de natureza vaga ou nebulosa, idênticas
às utilizadas na definição dos grupos climáticos e na avaliação do rigor térmico do Método de
Mahoney Tradicional, colmatando assim as deficiências da matemática clássica (Silva, 2006).
No Método de Mahoney Tradicional os dados climáticos são analisados segundo uma lógica
binária, em que da função característica destes elementos apenas resultam valores iguais a 0 ou
1, não sendo por isso considerada qualquer zona de transição entre as classificações dos
parâmetros climáticos em análise, o que conduz a mudanças bruscas de classificação nos limites
destes. Veja-se o caso da amplitude térmica mensal (Figura 10), em que para valores próximos
dos 10ºC, valor que separa a amplitude térmica baixa da amplitude térmica alta, a classificação
é distinta, apontando ainda para indicadores climáticos diferentes, como à frente se irá ver
(Silva, 2006; Harris et al, 2000; Harris, 2002).
Figura 10 – Representação gráfica da lógica binária da classificação da amplitude térmica (fonte: Harris,
A., Cheng, L.Y., Labaki, L., 2000)
Pelo contrário, a matemática nebulosa utilizada pela Teoria dos Sistemas Difusos permite
definir conjuntos de valores cujas funções características fornecem resultados, com os
respectivos valores a variarem entre 0 e 1. Estas funções características, denominadas funções
de pertinência (µ), indicam o grau de inclusão de um elemento num conjunto nebuloso,
possibilitando medir o grau de quanto a Amplitude Térmica Mensal é baixa ou alta (Figura 11).
Esta assume valor zero quanto não pertence a um conjunto, valor 1 quando pertence e valores
entre zero e um quando pertence parcialmente, traduzindo este último grupo a zona de transição
que no método tradicional não era tida em conta (Silva, 2006).
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Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Figura 11 – Representação gráfica da lógica nebulosa da classificação da amplitude térmica (fonte:
Harris, A., Cheng, L.Y., Labaki, L., 2000).
Assim, a remodelação do Método de Mahoney através da Teoria dos Sistemas Difusos, deu
origem ao Método de Mahoney Difuso, uma metodologia com maior flexibilidade, análise mais
realista dos parâmetros climáticos e produção de recomendações de projecto mais plausíveis do
que o método original. Seguidamente irão ser apresentados cada um dos dois métodos
supracitados, sendo dado maior relevo ao Método de Mahoney Difusos (MMD) (Silva, 2006;
Harris et al, 2000).
2.3.1. MÉTODO DE MAHONEY TRADICIONAL
No Método de Mahoney Tradicional (MMT) identificam-se duas etapas distintas: a primeira
relativa à análise e caracterização dos dados climáticos locais e a segunda referente à produção
de recomendações de projecto. O método desenvolve-se através do preenchimento de 3 quadros,
tendo como base um processo de inferências e deduções que tem origem nos dados climáticos
do local em estudo e conclusão na produção de recomendações de projecto (Figura 12) (Silva,
2006).
Figura 12 – Representação das fases do Método de Mahoney Tradicional (fonte: Harris, A., 1999)
Tal como é mostrado na Figura 12, no Quadro I, representado na Tabela 3, são inseridos os
dados climáticos locais e calculados alguns parâmetros, tais como, a Temperatura Média Anual
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Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
(TMA), resultante da média aritmética entre a maior Temperatura Média Máxima (TMmáx) e a
menor Temperatura Média Mínima (TMmin) dos doze meses, a Amplitude Térmica Anual
(ATA), determinada a partir da diferença entre a maior Temperatura Média Máxima e a menor
Temperatura Média Mínima dos doze meses, e a Humidade Relativa Média (HRM), dada pela
média entre os valores máximo e mínimo das Humidades Relativas Médias Máximas e
Humidade Relativa Média Mínima, respectivamente. Concluída a introdução dos dados
climáticos, procede-se à classificação da humidade relativa segundo Grupos de Humidade (GH),
de acordo com a Tabela 4 (Harris et al, 2000).
Tabela 3 – Exemplo do Quadro I: introdução dos dados climáticos (fonte: Koenigsberger et al, 1977)
Dados Locais:
Local
Latitude
Altitude
Longitude
Determinação dos valores referentes à temperatura média:
Temperatura média
mensal (ºC)
Jan
Fev
Mar
Abr
Mai
Jun
Jul
Ago
Set
Out
Nov
Dez
TMmax
TMmin
AT
Tmaxa
Temperatura média anual
Tmina
Amplitude térmica anual
Determinação dos valores referentes à humidade relativa e à pluviosidade:
HR (%)
Jan
Fev
Mar
Abr
Mai
Jun
Jul
Ago
Set
Out
Nov
Dez
Jan
Fev
Mar
Abr
Mai
Jun
Jul
Ago
Set
Out
Nov
Dez
HRmax
HRmin
HMmed
GH
Pluviosidade (mm)
Pluviosidade mensal
Vento dominante
Vento secundário
19
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Tabela 4 – Classificação da Humidade Relativa em Grupos de Humidade (fonte: Koenigsberger et al,
1977).
Humidade Média Relativa (%)
Grupos de Humidade
<30
1
30-50
2
50-70
3
>70
4
No Quadro II, procede-se à análise dos dados climáticos, através da definição do rigor climático
mensal e da determinação da frequência dos indicadores climáticos do local em estudo (Harris
et al, 2000).
A Carta de Limites de Conforto (Tabela 5) define grupos de bem-estar, que estabelecem limites
de temperatura de conforto para o dia e para a noite, em função da TMA e dos Grupos de
Humidade. A existência de faixas de temperatura de conforto diurnas e nocturnas justifica-se
pela utilização do conceito adaptativo na definição dos intervalos de bem-estar, de forma a
atender à preferência das pessoas por temperaturas mais baixas durante a noite em relação ao
dia (Harris et al, 2000; Sena, 2004).
Tabela 5 – Carta de Limites de Conforto (fonte: Koenigsberger et al, 1977).
HMR (%)
GH
TMA > 20ºC
15ºC ≤ TMA ≤ 20ºC
TMA < 15ºC
BEdia
BEnoite
BEdia
BEnoite
BEdia
BEnoite
Dia
Noite
Dia
Noite
Dia
Noite
< 30%
1
26-34
17-25
23-32
14-23
21-30
12-21
30–50 %
2
25-31
17-24
22-30
14-22
20-27
12-20
50-70 %
3
23-29
17-23
21-28
14-21
19-26
12-19
>70 %
4
22-27
17-22
20-25
14-20
18-24
12-18
A partir da comparação das temperaturas de conforto diurnas com a Temperatura Média
Máxima Mensal (TMmáx) e das temperaturas de conforto nocturnas com a Temperatura Média
Mínima Mensal (TMmín), é possível caracterizarem-se as solicitações térmicas de dia e à noite
através da definição do rigor térmico para cada mês. No caso de a TMmáx e TMmin
ultrapassarem os respectivos limites superiores de conforto, o rigor térmico é classificado como
Quente (Q), se estiverem abaixo, o rigor térmico é classificado como Frio (F), e caso estes se
encontrem entre os valores da temperatura de conforto, o rigor térmico toma a designação de
Confortável (C) (Tabela 6) (Harris et al, 2000).
20
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Tabela 6 – Quadro II: Classificação do Rigor Térmico do dia e da noite (fonte: Koenigsberger et al, 1977).
Solicitações térmicas
pelo dia
Jan
Fev
Mar
Abr
Mai
Jun
Jul
Ago
Set
Out
Nov
Dez
Jan
Fev
Mar
Abr
Mai
Jun
Jul
Ago
Set
Out
Nov
Dez
TMmax
Max do bem estar
pelo dia
Mín do bem estar pelo
dia
Rigor térmico pelo dia
Solicitações térmicas
pela noite
TMmin
Max do bem estar
pela noite
Mín do bem estar pela
noite
Rigor
noite
térmico
pela
Obtida a classificação do rigor térmico para o dia e noite, determina-se a frequência dos
indicadores climáticos de humidade (H1, H2, H3) e de aridez (A1, A2, A3), em cada mês. Estes
indicadores são grupos de sintomas de rigor climático que visam orientar a aplicação de
medidas correctivas que podem ser adoptadas pelo projectista, estando a sua ocorrência
dependente da natureza das tensões térmicas, algumas características climáticas e da duração
destes fenómenos. A Tabela 7 apresenta as regras que definem a existência de cada um dos
indicadores climáticos, bem como as necessidades de projecto inerentes a cada um deles. O
somatório do número de ocorrências de cada indicador ao longo do ano representa a frequência
anual do indicador, a partir da qual se faz a atribuição das recomendações de projecto (Harris et
al, 2000; Silva, 2006; Sena, 2004).
21
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Tabela 7 – Tabela de apoio à determinação dos indicadores climáticos de humidade e aridez para cada
mês (fonte: Koenigsberger et al, 1977).
Indicadores
Significado
H1
Movimento do ar essencial
RTdia
PLalta
GH
Quente
4
Quente
2,3
Confortável
4
H2
Movimento do ar desejável
H3
Protecção contra chuvas
necessária
A1
Armazenamento térmico
necessário
A2
Desejável dispor de local
para se dormir ao ar livre
Quente
Protecção contra o frio
Frio
A3
RTnoite
AT
<10ºC
>200mm
1,2,3
Quente
1,2
Confortável
1,2
>10ºC
>10ºC
Após a obtenção da frequência anual de cada indicador, inicia-se o procedimento do Quadro III,
que resultará em recomendações de projecto relativas ao traçado, espaçamento, movimento de
ar, dimensão das aberturas, tipo de paredes e telhados, possível existência de dormitórios
exteriores e de protecções contra a chuva intensa. A Tabela 8 representa o mapa de
correspondências entre o número de meses em que determinado(s) indicador(es) climático(s)
ocorre(m) e as especificações de projecto (Silva, 2006).
Para além deste quadro de recomendações gerais de projecto, existe um outro que, seguindo a
mesma lógica do anterior, fornece orientações mais pormenorizadas relativamente às aberturas,
ao tipo de estrutura e a características exteriores (Tabela 10) (Silva, 2006).
22
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Tabela 8 - Quadro III: determinação das recomendações de projecto a partir do tipo e do número de
indicadores climáticos verificados – Especificações Recomendadas (fonte: Koenigsberger et al, 1977).
FH1
FH2
FH3
FA1
FA2
FA3
Recomendação para
Croquis
Total detectado
Traçado
0-10
R1
5-12
11-12
0-4
R2
Espaçamento
11-12
R3
2-10
R4
0-1
R5
Movimento do ar
3-12
R6
0-5
1-2
6-12
R7
2-12
0
0-1
R8
Aberturas
0-1
0
R9
11-12
0-1
R10
Quaisquer outras
condições
R11
Paredes
0-2
R12
3-12
R13
Coberturas
0-5
R14
6-12
R15
Dormir ao ar livre
0-12
R16
Protecção para chuvas
3-12
R17
23
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Tabela 9 - Recomendações de projecto - Especificações recomendadas (fonte: Koenigsberger et al, 1977)
Recomendações
Descrição
Traçado
R1
Orientação Norte-Sul (eixo maior Este-Oeste)
R2
Pátio compacto
Espaçamento
R3
Separação ampla para penetração da brisa
R4
Separação ampla para penetração da brisa,
mas com protecção contra o vento quente e
frio.
R5
Distribuição compacta da habitação
Movimento do ar
R6
Habitações numa só fila com provisão
permanente do movimento do ar
R7
Habitações em duas filas para
estabelecimento temporal do movimento do
ar através da habitação.
R8
Não é necessário movimento de ar
Aberturas
R9
Aberturas grandes 40-80%
R10
Aberturas muito pequenas 10-20%
R11
Aberturas médias 20-40%
Paredes
R12
Paredes ligeiras, pequeno tempo de atraso
R13
Paredes interiores e exteriores pesadas
Coberturas
R14
Telhados ligeiros e isolados
R15
Telhados pesados, com tempo de atraso
superior a 8h
Dormitórios Exteriores
R16
Espaço para dormitórios exteriores
Protecção para as chuvas
R17
Protecção contra a chuva intensa
24
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Tabela 10 - Quadro III: determinação das recomendações de projecto a partir do tipo e do número de
indicadores climáticos verificados – Recomendações de Detalhe (fonte: Koenigsberger et al, 1977).
FH1
FH2
FH3
FA1
FA2
FA3
Recomendação para
Croquis
Total detectado
Tamanho das aberturas
0
0-1
R1
1-12
2-5
R2
6-10
R3
0-3
R4
4-12
R5
11-12
Posição as aberturas
3-12
R6
0-5
1-2
6-12
R7
0
2-12
Protecção das aberturas
0-2
2-12
R8
R9
Paredes e Pavimentos
0-2
R10
3-12
R11
Coberturas
0-2
R12
10-12
3-12
R13
0-5
0-9
6-12
R14
Características externas
0-12
1-12
R15
R16
25
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Tabela 11 - Recomendações de Projecto - Recomendações de Detalhe (fonte: Koenigsberger et al, 1977)
Recomendações
Descrição
Tamanho das aberturas
R1
Grandes 40-80%
R2
Médias 25-40%
R3
Pequenas 15-25%
R4
Muito Pequenas 10-20%
R5
Médias 25-40%
Posição as aberturas
R6
Nas paredes Norte e Sul à altura de um
homem e a barlavento
R7
Idêntico ao anterior, mas com aberturas
também nas paredes interiores
Protecção as aberturas
R8
Evitar a luz solar directa
R9
Proteger da chuva
Paredes e Pavimentos
R10
Ligeiros, baixa capacidade térmica
R11
Pesados, tempo de atraso de mais de 8 horas
Cobertura
R12
Ligeiros, superfície reflectora, câmara
R13
Ligeiros, bem isolados
R14
Pesados, tempo de atraso próximo das 8
horas
Características externas
R15
Espaço para dormir no exterior
R16
Adequada drenagem da chuva
2.3.2. MÉTODO DE MAHONEY DIFUSO
Segundo Harris (1999), o modo como os dados climáticos são analisados e definidos os
intervalos que classificam as características climáticas, assim como a subjectividade intrínseca à
delimitação das faixas de temperaturas de bem-estar, são os principais problemas da
metodologia do Método de Mahoney Tradicional. A remodelação do método tradicional
segundo a Teoria dos Sistemas Difusos permitiu uma modelagem mais consistente dos
parâmetros tipicamente difusos, através de uma variação suave e gradual destes (Silva, 2006;
Harris et al, 2000).
O método difuso apresenta uma estrutura semelhante à do método tradicional, constituída por
três quadros, como mostra a Figura 13.
26
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Figura 13 – Representação das fases do Método de Mahoney Difuso (MMD) (fonte: Harris, A., 1999).
No Quadro I inserem-se os dados climáticos, tal como no método tradicional, seguindo-se a
atribuição do grau de pertinência correspondente a cada parâmetro climático com características
subjectivas, de acordo com o conceito de conjunto difuso (Silva, 2006).
Desta forma, foi necessário, inicialmente, identificar os conceitos subjectivos e difusos
utilizados no método tradicional, sendo eles: o conceito de temperatura “alta”, “média” e
“baixa”, relativos à classificação dos grupos de bem-estar na Carta de Limites de Conforto, de
amplitude térmica “pequena” e “grande”, de pluviosidade “alta” e a classificação da humidade
relativa “GH1”, “GH2”, “GH3” e “GH4” (Silva, 2006).
Para cada um deles foi definida uma função de pertinência (µ) a partir dos limites estabelecidos
no método tradicional e da opinião de especialistas. Assim, os valores que no método
tradicional constituíam a fronteira entre as classificações dos parâmetros têm um valor de
pertinência de 0,5, pertencendo estes valores à zona de transição dos conjuntos difusos definidos
(Figuras 14 à 17) (Silva, 2006).
Figura 14 – Representação gráfica das funções de pertinência para classificação da Temperatura
segundo o MMD (fonte: Harris, A., 1999).
27
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Figura 15 – Representação gráfica das funções de pertinência para classificação da Amplitude Térmica
segundo o MMD (fonte: Harris, A., 1999).
Figura 16 – Representação gráfica das funções de pertinência relativas aos Grupos de Humidade
segundo o MMD (fonte: Harris, A., 1999).
Figura 17 – Representação gráfica das funções de pertinência para classificação da Pluviosidade
segundo o MMD (fonte: Harris, A., 1999).
28
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Analisados os conjuntos nebulosos a partir das funções de pertinência, conclui-se o
preenchimento do Quadro 1 (Tabela 12) através da anotação dos valores de pertinência relativos
a cada conjunto nebuloso para cada mês (Silva, 2006)
Tabela 12 – Quadro I: introdução e definição dos graus de pertinência dos dados climáticos (adaptado de
Harris, 1999).
Temp (ºC)
Jan
Fev
Mar
Abr
Mai
Jun
Jul
Ago
Set
Out
Jan
Fev
TMmax
TMmin
TM
µ TM-alta (mês)
µ TM-média (mês)
µ TM-baixa (mês)
(AT)
µ AT-pequena (mês)
µ AT-grande (mês)
HR %
HRM
µ HRM-seco (mês)
µ HRM-húmido (mês)
PL
Μ PL-alta (mês)
No segundo quadro, é analisado o Rigor Térmico mês a mês, a partir da definição de três grupos
difusos de rigor térmico: Frio, Confortável e Quente.
A Região Confortável, resultante de um processo de inferência nos conjuntos Bem Estar são
modelados a partir da carta de limites de conforto, é um conjunto difuso, que juntamente com os
outros dois conjuntos difusos (Frio e Quente), definem o grau de pertinência do Rigor Térmico
(Silva, 2006).
Determinado o grau de pertinência dos Rigores Térmico Diurno e Nocturno, através de
operações lógicas equivalentes às estabelecidas nas definições usadas no método tradicional,
obtêm-se os graus de pertinência dos indicadores climáticos mês a mês, em que estes,
contrariando a lógica binária de ocorrência ou não da metodologia tradicional, variam entre 0 e
1. Somados os valores do grau de pertinência obtidos mensalmente, tem-se o valor da
frequência anual do indicador, representado geralmente por um número não inteiro (Silva, 2006)
No Quadro II procede-se à análise dos dados climáticos. Tal como no método tradicional,
também no Método de Mahoney Difuso a definição do rigor térmico mensal é feito com base na
Carta de Limites de Conforto. No entanto, tal como vimos anteriormente, no método difuso as
informações subjectivas e nebulosas são tratadas de acordo com a Teoria dos Sistemas Difusos,
o que obriga, neste caso, à utilização da Lógica Difusa na determinação do conjunto nebuloso
29
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
“confortável” que, juntamente com os conjuntos difusos “frio” e “quente”, permitem a
classificação do Rigor Térmico (Sena, 2004).
A determinação do conjunto nebuloso “confortável” requer a utilização de regras de inferência
que têm como dados de entrada os valores da Temperatura Média e da Humidade Relativa
Média. No entanto, ao contrário do que sucede no método tradicional, que utiliza o valor da
Temperatura Média Anual, no método difuso utiliza-se o valor da Temperatura Média mensal
na definição dos limites de conforto, uma vez que o objectivo da análise é determinar os
indicadores climáticos mensais (Sena, 2004).
Desta forma, a remodelação das regras de inferência da Carta de Limites de Conforto do
Método de Mahoney Tradicional deu origem, segundo Harris (1999), aos Limites de Conforto
Difusos (Tabela 13) (Sena, 2004).
Tabela 13 – Conjuntos de Bem-Estar obtidos a partir do Grupo de Humidade e da classificação da
Temperatura média (fonte: Harris, A., 1999).
Conjuntos de Bem-Estar
Grupos de
Humidade
TM Alta
GU1
BE1
BE2
BE3
GU2
BE4
BE5
BE6
GU3
BE7
BE8
BE9
GU4
BE10
BE11
BE12
TM Média TM Baixa
De acordo com a Tabela 13 o processo de inferência é composto por doze regras, representando
cada uma delas um caso de combinação entre um dos três valores da Temperatura Média mensal
e um dos quatro valores da Humidade Relativa Média mensal. Como resultado das combinações
efectuadas, obtêm-se grupos de conforto representados por conjuntos de bem-estar difusos BE.
Para uma Temperatura Média mensal de 25 ºC (TM> 20 ºC; TM “alta”), e uma Humidade
Relativa Média mensal de 80% (HRM ≥ 70%; HRM “GH4”), teremos como resultado desta
combinação o conjunto bem-estar difuso BE10, como conjunto “confortável” (Sena, 2004).
Os conjuntos de bem-estar BEi foram definidos com base nos intervalos de conforto diurnos e
nocturnos, apresentados na Carta de Limites de Conforto (Tabela 5). O conjunto de bem-estar
BE1, por exemplo, é definido como sendo um conjunto do tipo triangular limitado inferiormente
pelo menor valor da faixa de bem-estar pela noite (17 ºC), limitado superiormente pelo limite
superior da faixa de bem-estar pelo dia (34 ºC) e com moda igual ao limite intermédio das duas
faixas (26 ºC) (Figura 18.1) (Sena, 2004).
30
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
31
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Figura 18 – Representação gráfica dos conjuntos de Bem-estar Difusos (fonte: Harris, A., 1999)
Definidos os conjuntos de BE1 a BE12 para cada uma das doze regras apresentadas na Tabela 13,
a operação de inferência difusa passa pela determinação dos graus de pertinência do valor
linguístico da TM (Figura 14) e do valor linguístico da HRM (Figura 16) em cada mês e usa-los
para modificar os conjuntos bem-estar da regra. Pelo Método de Mamdani, a modificação do
conjunto de bem-estar é feita cortando a parte superior do conjunto BEi, acima do menor valor
entre os graus de pertinência das variáveis linguísticas TM e HRM, sendo este valor
denominado de “a” (Figura 19.1). Como resultado obtém-se o conjunto de bem-estar BE’i, que
traduz a contribuição da regra no conjunto nebuloso “confortável” (Figura 19.2). Desta forma, a
definição do conjunto difuso “confortável” resulta da união dos resultados obtidos das doze
regras para os doze meses (Sena, 2004).
Porém, face à dispersão do conjunto difuso “confortável”, Harris et al (2000) propuseram a
redefinição da região de conforto numa função de pertinência triangular, mantendo como limite
superior e inferior as extremidades do conjunto difuso de região de Conforto com grau de
pertinência 0 e usando o baricentro da união como moda. (Sena, 2004; Harris et al, 2000).
32
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Figura 19 – Determinação gráfica da contribuição de cada um dos conjuntos de bem-estar no conjunto
difuso "confortável" (fonte: Harris, A., 1999).
Por seu turno, o conjunto difuso “quente” foi delineado como uma função de pertinência cuja
variação entre zero e um ocorre entre as temperaturas de 12ºC a 34ºC, respectivamente,
correspondendo o grau de pertinência 0,5 à temperatura ideal de conforto, definida no conjunto
difuso “confortável” com o grau de pertinência 1. O conjunto difuso “frio” é o complemento do
“quente” (Sena, 2004).
No entanto, devido ao conceito de zona de conforto adaptativo adoptado por Mahoney, ambos
os conjuntos são influenciados pela TM, sendo esta considerada no método difuso, através do
ajuste da temperatura ‘ideal’ de 22ºC à moda do conjunto difuso “confortável”. Daqui resulta
que os conjunto difusos “quente” e “frio” são definidos através da translação das funções de
pertinência de modo a que o ponto da curva cujo grau de pertinência é 0.5 coincida com a moda
do conjunto “confortável” (Figura 20) (Sena, 2004).
Figura 20 – Determinação dos conjuntos difusos "Confortável", "Quente" e "Frio" (fonte: Harris, A., 1999)
Criadas estas três regiões, é possível determinar o grau de pertinência do Rigor Térmico em
cada mês. O grau de pertinência do Rigor Térmico diurno (RTdia) é obtido entrando-se com o
valor da TMmax na abcissa do gráfico dos conjuntos difusos ‘frio’, ‘quente’ e ‘confortável’
(Figura 20), procedendo de igual forma na determinação do grau de pertinência do Rigor
33
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Térmico nocturno (RTnoite), usando, porém, o valor da TMmin, ao invés do de TMmax (Tabela
14) (Sena, 2004).
Tabela 14 – Exemplo da determinação do grau de pertinência do Rigor Térmico
RTdia por TM
Jan
Fev
Mar
Abr
Mai
Jun
Jul
Ago
Set
Out
Nov
Dez
µ (RTdiaFrio)
0.35
0.29
0.35
0.41
0.45
0.53
0.62
0.42
0.43
0.36
0.36
0.40
µ (RTdiaConf)
0.73
0.61
0.69
0.83
0.92
0.93
0.67
0.83
0.88
0.74
0.73
0.81
µ (RTdiaQuente)
0.65
0.71
0.65
0.59
0.55
0.47
0.38
0.58
0.57
0.64
0.64
0.60
RTnoite por
TM
Jn
Fev
Mar
Arb
Mai
Jun
Jul
Ago
Set
Out
Nov
Dez
µ (RTnoiteFrio)
0.87
0.88
0.88
0.94
1.00
1.00
1.00
1.00
1.00
0.96
0.90
0.86
µ (RTnoiteConf)
0.00
0.00
0.06
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.13
µ (RTnoiteQuente)
0.13
0.12
0.12
0.06
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.04
0.10
0.14
Obtidos os graus de pertinência do Rigor Térmico, chega-se à última etapa referente ao Quadro
II, nomeadamente a determinação do grau de pertinência dos indicadores climáticos mensais e
respectivas frequências anuais (Sena, 2004).
A remodelação das regras de inferência para determinação dos indicadores climáticos mensais
delineadas no Método de Mahoney Tradicional (Tabela 7) foi feita, uma vez mais, utilizando
operações de conjuntos difusos, (Tabela 15) (Sena, 2004).
34
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Tabela 15 – Regras de inferência para determinação dos indicadores climáticos mensais (fonte: Harris, A.,
1999)
Indicador
Definição
Regras
µH1 (mês)
Movimento do ar
essencial
{µ(RTdia-Quente) [TMmax (mês)] ^ µHRM-Húmido
(mês)} v {µ(RTdia-Quente) [TMmax (mês)] ^ µHRMSeco(mês) [TMmin (mês)] ^ µHRM-Seco(mês) ^ µATGrande(mês)}
µH2 (mês)
Movimento do ar
desejável
{µRTdia-Confortável [TMmax (mês)] ^ µURM-Húmido
(mês)}
µH3 (mês)
Protecção contra
chuvas necessária
µPL-Alta(mês)
µA1 (mês)
Armazenamento térmico
necessário
{µAT-Grande(mês) ^ µURM-Seco(mês)}
µA2 (mês)
Local para dormir ao ar
livre
{µ(RTnoite-Quente) [TMmax (mês)] ^ µHRM-Húmido
(mês)} v {µ(RTdia-Quente) [TMmax (mês)] ^ µRTnoiteConfortável [TMmax (mês)] ^ µHRM-Seco(mês)
[TMmin (mês)] ^ µAT-Grande(mês)}
µA3 (mês)
Protecção contra o frio
{ µRTdia-Frio [TMmax (mês)]
Os graus de pertinência dos indicadores climáticos resultam das inferências que utilizam o grau
de pertinência dos valores linguísticos do RTdia, do RTnoite, da amplitude térmica e da
pluviosidade e a classificação da humidade relativa, apresentadas na Tabela 12, e das
respectivas operações, em que as operações de intersecção traduzem-se na escolha do menor
valor e as operações de união na escolha do maior valor (Sena, 2004).
A frequência anual de cada um dos indicadores é dada pela somatória dos graus de pertinência
mensais, sendo as recomendações de projecto definidas pela frequência anual de um ou vários
indicadores diferentes de modo idêntico ao preconizado no Método de Mahoney Tradicional
(Quadro III) (Sena, 2004).
Tabela 16 – Exemplo da determinação do grau de pertinência dos indicadores climáticos.
Indicador
Jan
Fev
Mar
Abr
Mai
Jun
Jul
Ago
Set
Out
Nov
Dez
Frq
µ (H1)
0.65
0.71
0.65
0.59
0.55
0.47
0.38
0.58
0.57
0.64
0.64
0.60
7.03
µ (H2)
0.73
0.61
0.69
0.83
0.92
0.93
0.67
0.83
0.88
0.74
0.73
0.81
9.37
µ (H3)
0.75
0.47
0.46
0.29
0.20
0.15
0.10
0.14
0.25
0.34
0.49
0.69
4.33
µ (A1)
0.06
0.06
0.06
0.06
0.06
0.07
0.07
0.08
0.09
0.09
0.07
0.06
0.83
µ (A2)
0.06
0.06
0.06
0.06
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.04
0.07
0.06
0.41
µ (A3)
0.35
0.29
0.35
0.41
0.45
0.53
0.62
0.42
0.43
0.36
0.36
0.40
4.97
Temos assim concluído o processo de produção de recomendações de projecto. Este método
deverá ser encarado como uma ferramenta orientadora das especificações base de um projecto,
35
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
sendo sempre necessário uma análise final das características climáticas locais e do ajustamento
destas medidas ao local em estudo.
2.4. ESTRATÉGIAS CLIMÁTICAS
As denominadas Estratégias de Design Bioclimático têm como principal objectivo a adaptação
dos edifícios ao clima local, de modo a que estes sejam capazes de minimizar as condições de
desconforto no ambiente interior, resultantes do clima local, recorrendo ao mínimo possível a
técnicas activas para estabelecimento de condições de conforto dentro dos edifícios. A adopção
de modelos construtivos que respondam adequadamente às características climáticas da região
obriga ao conhecimento dos respectivos parâmetros climáticos e a uma análise cuidada das
técnicas construtivas apropriadas (Silva, 2006).
São inúmeros as técnicas e variáveis construtivas que se podem modelar em função do clima,
que permitirão ao edifício responder às solicitações do ambiente exterior de forma eficiente. No
caso dos climas quentes, procura-se evitar que o calor entre no interior dos edifícios e retirar o
calor em excesso no interior dos mesmos, tentando criar um ambiente interior que seja o mais
confortável possível (Silva, 2006).
2.4.1. ARREFECIMENTO PASSIVO - VENTILAÇÃO
O arrefecimento passivo tem uma longa história de teoria e aplicação em edifícios indígenas.
Contudo, poucos destes princípios são encontrados no design dos edifícios contemporâneos.
As estratégias de conforto básicas em climas sobreaquecidos são defensivas: estas evitam os
ganhos devidos à radiação solar, através de barreiras reflectivas e de sombreamento, e a
transferência de calor através da envolvente, isolando-a.
Por outro lado, a atmosfera serve de instrumento de troca de calor por ventilação, o que permite
trocar o ar quente do interior dos edifícios por ar exterior mais fresco e aumentar o
arrefecimento da pele.
Desta forma, a principal técnica de arrefecimento passivo consiste no arrefecimento por
ventilação, através da troca do ar quente do interior dos edifícios por ar exterior mais fresco e
direccionando o fluxo do ar de modo a que este circule pela pele dos ocupantes e promovendo
um arrefecimento por convecção e evaporação. O movimento do ar pode ter origem no vento ou
no efeito de chaminé.
A ventilação é umas das estratégias de arrefecimento mais antigas e mais utilizadas na
dissipação e extracção do calor interno dos edifícios e no aumento do conforto do ambiente
interior (Oakley, 1961).
À ventilação podem ser atribuídas 3 funções principais: a renovação do ar interior, o
arrefecimento convectivo e o arrefecimento fisiológico. A renovação do ar interior é
fundamental para a manutenção da salubridade deste. A ventilação deficiente do espaço interior
conduz à criação de um ambiente interior propício ao aparecimento e propagação de doenças,
bem como de desconforto e stress. O arrefecimento convectivo ocorre quando o ar interior é
mais quente que o ar exterior, resultando daqui uma troca de ar quente do interior por ar fresco,
ou menos quente, exterior. Por sua vez, o arrefecimento fisiológico resulta da passagem do ar
fresco sobre a superfície da pele, provocando, desta forma, um aumento da perda de calor por
convecção e por evaporação. O movimento de ar permite ainda aumentar a sensação de
conforto, uma vez que o aumento da velocidade da circulação do ar permite tolerar temperaturas
mais altas, dentro de certos limites. Há no entanto que referir que as velocidades do ar para
36
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
retirar o calor do edifício são menores do que as velocidades necessárias para se atingir o
conforto humano (cerca de 1 a 2m/s) (Oakley, 1961; Silva, 2006; Koenigsberger et al, 1977).
Nos climas quentes e secos, onde existe uma grande variação da temperatura diária e
construções maciças e pesadas, a ventilação nocturna é normalmente usada, tirando-se
vantagem das temperaturas nocturnas do ar frescas e do isolamento do interior para fazer face às
condições diurnas extremamente quentes. No entanto, caso a amplitude térmica seja muito
elevada, com as temperaturas nocturnas a atingir valores baixos, a ventilação nocturna poderá
ser limitada ao mínimo, de modo a não criar desconforto resultante do ar frio exterior. No caso
de se recorrer à ventilação permanente, as aberturas deverão ser colocadas nas zonas superiores
das fachadas e protegidas do vento e das tempestades de areia. Nos climas quentes e húmidos
não há condições especiais a ter em conta, desde que o fluxo de ar seja suficiente, mesmo
quando as persianas, janelas e portas estiverem fechadas.
As aberturas deverão ser colocadas em locais opostos e segundo a direcção dos ventos
predominantes, de forma a permitir a ventilação transversal, sendo esta facilitada quando as
plantas são alongadas. No caso de um espaço em que apenas se possa colocar aberturas num
único lado, é preferível colocar duas aberturas afastadas lado a lado. No entanto, este tipo de
ventilação não transversal revela-se pouco eficaz, sendo preferível colocar aberturas uma por
cima da outra, provocando, desta forma, o efeito de chaminé (Silva, 2006).
Também a relação de dimensões da admissão de ar com a abertura de saída é importante,
verificando-se que uma entrada de ar mais pequena e uma saída maior provoca um aumento da
velocidade de circulação do ar, conduzindo o inverso a uma redução da velocidade de
circulação do ar, abrangendo, no entanto, uma maior área interior (Silva, 2006).
Apesar de nos climas quentes e húmidos a ventilação ser o principal factor na melhoria das
condições do ambiente interior, nos climas quentes e secos a ventilação é secundária
relativamente à protecção da habitação contra a radiação solar. Assim, para climas quentes e
secos, em caso de conflito entre estes dois factores, a prioridade é dada ao controlo da radiação
solar (Oakley, 1961).
A eficiência da ventilação natural, total ou parcial em edifícios depende muito das condições
atmosféricas, nomeadamente da distribuição das pressões médias e da distribuição da dimensão,
frequência, e correlação da variação de pressão na envolvente do edifício. A eficiência da
ventilação é assim dependente da direcção do vento, geometria do edifício, ambiente construído,
temperatura interior e exterior e tipo de nível da permeabilidade da envolvente (Hindrichs e
Daniels, 2007).
A circulação natural do ar pode ser estimulada ou induzida numa habitação de duas maneiras:
através do efeito de chaminé ou através dos ventos e brisas (Figura 21). A ventilação gerada
pelo efeito de chaminé resulta da diferença de densidades entre o ar interior e o exterior, ou
mesmo entre o ar interior de zonas superiores e de zonas inferiores do edifício, diferença essa
com origem na diferença de temperaturas das massas de ar. A colocação de aberturas a cotas
elevadas permite a saída do ar quente, que é substituído por ar exterior que penetra no interior
da habitação por aberturas a cotas reduzidas (Oakley, 1961).
37
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Figura 21 – Ventilação no interior de uma habitação através do efeito de chaminé (à esquerda) e através
do vento e brisas locais (à direita) (fonte: Oakley, 1961).
Em muitas regiões, onde se verifica um súbito arrefecimento, por exemplo no início do
anoitecer enquanto o sol se põe, o efeito de chaminé tem claro contributo na circulação do ar.
Este fenómeno é um grande auxílio ao conforto nas regiões onde se verificam velocidades do
vento baixas. Locais situados em zonas protegidas do vento nas cidades ou em zonas de clima
quente e húmido, a ventilação através do efeito de chaminé será quase tão importante como a
ventilação através dos ventos, podendo mesmo ser a única solução, para combater as condições
de desconforto no interior das habitações (Oakley, 1961).
A ventilação natural induzida através dos ventos, obriga o projectista a captar convenientemente
os ventos locais. O vento, ao embater contra um edifício, diminui o seu fluxo e exerce pressão
sobre a fachada, o que leva à formação de uma massa de ar em forma de cunha do lado de
barlavento que desvia o restante ar para cima e para os lados, criando-se um fluxo laminar que,
devido à sua quantidade de movimento e trajectória rectilínea, demora a regressar à superfície
do terreno, originando uma zona de ar estancado na fachada a sotavento, tal como é ilustrado na
Figura 22. (Koenigsberger et al, 1977).
Figura 22 – Linhas de fluxo em torno de um edifício (fonte: Koenigsberger et al, 1977).
38
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Se o edifício tem uma abertura na zona de alta pressão e outra na zona de baixa pressão, o ar
circulará através do edifício, estabelecendo-se desta forma a ventilação do interior do edifício
(Koenigsberger et al, 1977).
No entanto, o modo como esta circulação se processa no interior e no exterior do edifício é
função de um conjunto de variáveis, que alteram a configuração das linhas de corrente do ar,
podendo beneficiar ou prejudicar a ventilação interior. Desta forma, os factores que afectam o
fluxo interior e exterior do ar são a orientação, as configurações externas, a ventilação
transversal, a posição das aberturas, o tamanho das aberturas e o controlo destas (Koenigsberger
et al, 1977).
Em virtude de a taxa de renovação do ar, a natureza das brisas incidentes e a velocidade do ar no
interior da habitação serem influenciadas pela natureza e direcção dos ventos, pela localização e
orientação da casa e pela maneira como esta está internamente dividida, e pela disposição das
aberturas de entrada e saída do ar, apresenta-se a seguir uma descrição de cada uma destes
parâmetros (Oakley, 1961).
Orientação
A fachada de um edifício a barlavento é sujeita a uma pressão máxima por parte do vento,
quanto o ângulo de incidência deste sobre a superfície é de 90º, parecendo evidente que as
maiores velocidades no interior do edifício sejam atingidas neste caso. Assim, o projectista deve
determinar o sentido dos ventos predominantes e orientar o edifício de tal forma que as maiores
aberturas estejam na fachada de barlavento (Koenigsberger et al, 1977).
No entanto, Givoni obteve resultados que indicam que no caso de o vento incidir a 45º, a
velocidade média do ar interior aumentaria, verificando-se ainda uma melhor distribuição do
seu movimento. Este facto pode ser explicado com base na Figura 23, onde é ilustrado o
contorno do fluxo de ar a 90º e a 45º, num edifício de planta quadrada. No segundo caso criamse velocidades maiores ao longo das fachadas a barlavento e uma sombra de vento mais ampla,
o que conduzirá a um aumento da pressão negativa, logo do efeito de sucção, originando assim
fluxo de ar interior acrescido (Koenigsberger et al, 1977).
Figura 23 – Variação da velocidade no interior do edifício através do aumento da zona de depressão a
sotavento (fonte: Koenigsberger et al, 1977).
39
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Fluxo de ar em redor de edifícios
A presença próxima de edifícios pode interferir bastante no balanço de forças que provocam a
indução da circulação do ar no interior. Por exemplo, edifícios localizados a barlavento irão
reduzir a força do vento que incide na fachada (Oakley, 1961).
Estudo levados a cabo pelo Texas Engineering Experiment Station em túneis de vento com
modelos à escala, permitiram obter as linhas de fluxo para várias configurações de edifícios.
Os esquemas das Figuras 24.1 e 24.2 ilustram a influência da disposição urbanística de grupos
de edifícios, segundo uma dada direcção do vento. Numa disposição urbanística de acordo com
a Figura 24.1, os edifícios de barlavento funcionam como uma barreira e, a não ser que o
espaçamento entre edifícios seja muito grande, impedem, ou quase, que o vento actue nos
edifícios seguintes. A disposição ilustrada na FIGURA 24.2 melhora a situação, permitindo o
acesso da ventilação praticamente a todos os edifícios (Gomes, 1967).
Figura 24 – Fluxos de ar em função da disposição conjunta de habitações (fonte: Gomes, 1967).
Na Figura 25.1 esquematiza-se a influência da distância entre os edifícios, verificando-se que
para um espaçamento superior a sete vezes a altura do edifício a barlavento, a ventilação do
edifício posterior não é praticamente afectada. A Figura 25.2 mostra que o efeito de máscara de
um edifício alto é menos desfavorável do que o de um edifício baixo, uma vez que as correntes
de sucção induzidas a sotavento do edifício alto, podem beneficiar a ventilação de outro edifício
aí localizado (Gomes, 1967).
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Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Figura 25 - Influência da distância entre edifícios e da sua altura na admissão de brisas locais (fonte:
Gomes, 1967).
As Figuras 26.1 e 26.2 apresentam a influência de elementos de barreira colocados nas
imediações da habitação e das aberturas, evidenciando-se o efeito favorável da existência de
uma antepara no prolongamento da fachada de sotavento, quando o vento é paralelo às fachadas
com aberturas, bem como o da troca de alinhamentos entre árvores e sebes (Gomes, 1967).
Figura 26 – Influência da envolvente exterior do edifício na ventilação interior do edifício (fonte: Gomes,
1967)
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Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Posição das aberturas
A existência de aberturas apenas num dos lados da habitação ou a existência de uma divisão
fechada, conduz a um movimento de ar pouco eficaz, ou inexistente, através de um edifício
(Figura 27) (Koenigsberger et al, 1977).
Figura 27 - Ventilação natural deficiente do interior do edifício devido ao número e disposição das
aberturas (fonte: Koenigsberger et al, 1977).
Com uma abertura a barlavento e sem nenhuma saída criar-se-á uma pressão interior muito
similar à que aparece na fachada frontal do edifício, o que dá lugar a piores condições interiores,
aumentando a falta de conforto. Se apenas existe uma abertura a sotavento e nenhuma entrada,
podem ocorrer mudanças oscilantes de pressão (Koenigsberger et al, 1977).
Para que o movimento do ar seja eficaz, este deve ser dirigido para a superfície do corpo,
devendo-se por isso assegurar que o movimento do ar se faça através dos espaços mais
utilizados pelos ocupantes. Como indica a Figura 28, se a abertura de entrada está a um nível
elevado, seja qual for a posição da abertura de saída, a corrente de ar estabelecer-se-á próxima
do tecto e não na zona habitada (Koenigsberger et al, 1977).
Figura 28 – Influência da localização das aberturas a barlavento no percurso do fluxo de ar no interior do
edifício (fonte: Koenigsberger et al, 1977).
A Figura 29 ilustra a influência da altura das aberturas a sotavento e barlavento nas linhas de
fluxo de ar que atravessa o interior do edifício. A variação da posição vertical das janelas na
fachada de sotavento, não provoca alterações significativas na direcção do fluxo do ar, não
acontecendo o mesmo quando a mudança se processa a barlavento, uma vez que se verifica uma
alteração das linhas de fluxo, podendo até invertê-las (Gomes, 1967).
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Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Figura 29 – Influência da localização das aberturas a sotavento no percurso do fluxo de ar no interior do
edifício (fonte: Gomes, 1967)
Também a disposição das aberturas em planta tem influência na circulação do ar através do
edifício. Tal como vimos anteriormente, o estabelecimento de uma ventilação adequada do
interior do edifício exige a colocação de duas aberturas em lados oposto e de preferência
alinhados, de modo a potenciar ao máximo o arrefecimento interior (Figura 30). Na
eventualidade das aberturas estarem localizadas em paredes adjacentes, a localização da
abertura de entrada e de saída influência o percurso do ar no interior do edifício. Para evitar
mudanças bruscas na direcção do fluxo de ar, a melhor solução passa por uma localização das
aberturas o mais diagonal possível (Figura 31). (Koenigsberger et al, 1977; ).
Figura 30 – Linhas de fluxo do ar interior do edifício para aberturas localizadas em fachadas opostas e na
mesma direcção
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Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Figura 31 - Linhas de fluxo do ar interior do edifício para aberturas localizadas em fachadas adjacentes.
Para estes casos, ou quando as aberturas se localizam na mesma fachada, a ventilação pode ser
melhorada com a introdução de elementos verticais adjacentes às aberturas. Estes elementos
podem ser introduzidos propositadamente para este fim ou resultar de exigências ao nível da
protecção solar, devendo em tal caso ser avaliada a sua influência na ventilação interior dos
espaços. Estes elementos tornam-se particularmente eficientes no estabelecimento de ventilação
cruzada em espaços com apenas uma parede exterior. No entanto, a localização destes
elementos relativamente às aberturas, influencia a eficácia da ventilação cruzada estabelecida.
As Figuras 32 e 33 ilustram a influencia que a localização da aberturas na fachada e a dos
elementos verticais têm na criação de movimento de ar no interior do.
Figura 32 – Em cima: disposição de elementos verticais adjacentes às aberturas para melhoramento das
condições de ventilação interior – solução excelente. Em baixo: disposição de elementos verticais
adjacentes às aberturas para melhoramento das condições de ventilação interior – solução menos
adequada.
Figura 33 – Disposição de elementos verticais adjacentes às aberturas a evitar.
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Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Além da ventilação normal resultante da acção do vento, pode também provocar-se o
movimento do ar no interior das habitações, aproveitando a diferença de temperatura que existe
entre o ar ao nível de ocupação e o ar junto à cobertura. Através da disposição apropriada de
entradas de ar na base das paredes, e de saídas no cume das coberturas, resulta um efeito de
aspiração do exterior que renova o ar interno (Gomes, 1967).
Divisões interiores
A localização e a orientação das divisões interiores podem afectar a velocidade e direcção do
fluxo de ar no interior de um edifício. Em geral, divisões paralelas à direcção que o fluxo de ar
teria no caso de não haver qualquer elemento, têm um efeito mínimo na velocidade e direcção,
enquanto uma divisória similar mas colocada perpendicularmente ao fluxo, altera o fluxo no
interior e reduz a sua velocidade.
Figura 34 – Influência da disposição de divisórias interiores no movimento de ar.
Divisórias localizadas fora do percurso principal do fluxo de ar têm pouca influência neste, ao
passo que aquelas que bloqueiam o caminho criam um efeito de “barragem”, originando áreas
estagnadas de ar (Figura 34).
Tamanho das aberturas
Tal como vimos anteriormente, a existência de aberturas em paredes opostas aliviam a pressão
máxima na fachada a barlavento, criando boa ventilação cruzada por todo o interior. A máxima
troca de ar é criada quando as áreas de entrada e saída do ar são iguais, sendo esta a
configuração óptima quando o arrefecimento do edifício é o principal objectivo.
Para uma superfície de fachada dada, obtém-se a maior velocidade do ar através de uma
abertura de entrada pequena e uma saída grande. Tal se deve, em parte, à força total que actua
sobre a área pequena, o que obriga a passar o ar a grande pressão. Esta disposição pode ser útil
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Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
no caso de se ter de dirigir a corrente de ar a uma determinada parte da habitação ou quando o
objectivo principal é o arrefecimento das pessoas. Quando a abertura de entrada é maior que a
de saída, a velocidade do ar que passa através desta será menor, apesar de o caudal total ser
maior. Quando a direcção do vento não é constante ou quando se pretende que o fluxo de ar
percorra todo o espaço, será preferível uma grande abertura na entrada. Esta configuração tem
ainda potencial para arrefecer uma zona exterior localizada, tal como um pátio, em virtude do
aumento da velocidade de saída do ar (Figura 35) (Koenigsberger et al, 1977; ).
Figura 35 – Variação do fluxo de ar em função do tamanho da entrada e saída de ar (fonte: Gomes,
1967).
Dependendo do tamanho das aberturas nas divisórias interiores, a velocidade do fluxo de ar
pode exceder a velocidade do ar no exterior em zonas próximas da janela (Figura 36).
Figura 36 – Influência do tamanho da divisória na velocidade do ar interior.
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Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Controlo das aberturas
Os elementos que controlam as aberturas, como janelas rebatíveis ou gelosias, influenciam a
configuração das linhas de fluxo de ar, o mesmo acontecendo com elementos adjacentes às
aberturas como alpendres ou palas de protecção solar. (Koenigsberger et al, 1977)
Na Figura 37 é visível a perturbação provocada pela posição das aberturas no percurso do ar no
interior do edifício. No caso das janelas pivotantes, consoante a posição destas, o fluxo de ar é
dirigido para o tecto ou para uma zona útil. Da mesma forma, a posição das lâminas das gelosias
alteram o trajecto efectuado pela massa de ar no interior do edifício (Koenigsberger et al, 1977).
Figura 37 – Influência da configuração de janelas no movimento interior do ar (fonte: Gomes, 1967).
Os alpendres podem eliminar o efeito do aumento de pressão acima das janelas, levando a que a
pressão exercida na zona inferior da janela dirija a corrente para cima. Caso se crie um espaço
entre o edifício e o alpendre, a corrente de ar passaria a percorrer a zona habitada (Figura 38)
(Koenigsberger et al, 1977).
Figura 38 – Influência da configuração de elementos adjacentes às aberturas no movimento interior do ar
(fonte: Gomes, 1967).
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Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
No caso de palas de sombreamento horizontais em fachadas a barlavento, a influência que estas
terão no movimento de ar no interior é função da posição da pala em relação à abertura (Oakley,
1961).
No caso do elemento horizontal se encontrar bastante acima da abertura, a sua influência no
fluxo de ar interior é inexistente, não acontecendo o mesmo, quando a pala horizontal está ao
nível da janela. Quando tal acontece, verifica-se uma subida do ar, fazendo com que não
percorra a zona habitável. Tal se deve ao facto de o ar, ao fluir em sentido ascendente sobre a
superfície da parede exterior por baixo da janela, originar uma componente de força ascendente
que, devido à pala horizontal, não é contrabalançada com uma força descendente. A
consideração de uma fresta de separação entre a pala e a parede permitirá assegurar a igualdade
de pressão acima e abaixo da pala, conseguindo-se que o fluxo de ventilação se conserve na
zona de ocupação da habitação e não suba para o tecto, perdendo-se o seu benefício (Gomes,
1967; Oakley, 1961)
2.4.2. CONTROLO DOS GANHOS SOLARES
Para além do arrefecimento passivo, temos ainda as técnicas que permitem evitar o aumento da
temperatura interior, através do controlo e redução dos ganhos externos de calor. A absorção de
radiação solar, responsável pelos ganhos de calor interno, pode ser minimizada ou controlada
através da forma e orientação do edifício, de sombreamentos de forma a reduzir a percentagem
de radiação solar directa sobre o edifício, controlo da área de envidraçado, aumentando o
isolamento dos telhados e paredes ou reduzindo a absorção da radiação através de acabamentos
reflectores, principalmente na cobertura, ou recorrendo a elementos construtivo de elevada
capacidade térmica (Silva, 2006).
Cada um destes parâmetros será de seguida abordado mais detalhadamente, a fim de se perceber
um pouco melhor a importância de se proceder a uma correcta análise destes, nomeadamente o
modo como estes variam em função do clima local (Silva, 2006).
2.4.2.1. Orientação
A análise e definição da orientação dos edifícios deverão passar por uma avaliação da trajectória
do sol, da quantidade de radiação solar incidente, dos períodos de ganhos solares indesejáveis,
das estratégias de sombreamento em conjugação com várias exposições dos edifícios. A
orientação de um edifício poderá ainda influenciar a uniformidade das soluções construtivas da
envolvente de um edifício, ou seja, poderá ser benéfico que os edifícios possuam diferentes
soluções de fachadas consoante a orientação destas. O mesmo é verdade para o design dos
elementos de sombreamento, que têm de ser orientados e projectados de acordo com a sua
implementação nos diferentes lados da estrutura (Hindrichs e Daniels, 2007).
A consideração principal nos climas tropicais é a protecção da estrutura do edifício dos efeitos
do sol. Assim, minimizar os ganhos solares é essencial. A partir da análise dos gráficos da
variação da intensidade de radiação solar sobre uma superfície horizontal e sobre paredes
verticais com diferentes orientações, podemos observar que nas regiões próximas do Equador a
superfície horizontal é a que recebe a intensidade máxima, ao passo que as paredes a Sul são as
que recebem os valores mínimos de intensidade. As paredes a Este e a Oeste são os elementos
verticais onde os valores da radiação são mais elevados. A orientação das fachadas principais de
um edifício tem de ser baseada no eixo Este – Oeste, devendo as áreas funcionais ocupadas de
um edifício de planta rectangular estar orientadas para norte ou sul (Hindrichs e Daniels, 2007;
Koenigsberger et al, 1977).
48
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
No entanto, dependendo do tipo de clima, a ventilação dos espaços interiores, através das brisas
locais, pode ser um factor importante na manutenção de um ambiente interior confortável,
correndo-se o risco de as orientações óptimas relativas à protecção contra a radiação solar e à
canalização do ar para o interior do edifício não coincidirem (Hindrichs e Daniels, 2007).
Outros factores, como ventilação natural, nomeadamente a direcção e velocidade dos ventos
dominantes, a topografia do terreno, a existência de massas de água junto ao edifício ou de
vegetação, deverão ser contemplados na definição da melhor orientação a dar ao edifício. A
necessidade de ventilar os espaços interiores. A topografia do terreno poderá, de certa forma,
influenciar localmente as características do vento, ao passo que a existência de grandes massas
de água junto ao local de implantação do edifício influenciam os movimentos das massas de ar
durante o dia, podendo-se verificar uma inversão do sentido das brisas ao longo do dia. A
vegetação poderá constituir um elemento de sombreamento e de criação de um micro ambiente
mais confortável que o clima local, ou então ser uma barreira à livre passagem do vento,
dificultando a ventilação natural do edifício (Hindrichs e Daniels, 2007).
Fica assim demonstrado que a definição da orientação de um edifício é um processo complexo
que exige o conhecimento mais ou menos detalhado das características climáticas e naturais do
local (Hindrichs e Daniels, 2007)..
2.4.2.2. Controlo solar
A determinação dos valores médios mensais do intervalo de insolação diária sobre a superfície
das fachadas de um edifício possibilita ao projectista avaliar, em termos qualitativos, as
disponibilidades de radiação solar directa, bem como a sua incidência na temperatura do ar,
permitindo-lhe desta forma decidir qual a composição das fachadas.
A penetração dos raios solares através dos vãos envidraçados implica um acréscimo da
temperatura do ar interior. Os vidros são praticamente transparentes à radiação infra-vermelha
de onda curta emitida pelo sol, sendo praticamente opacos para a radiação de onda larga emitida
pelos objectos existentes no interior da habitação. Como consequência, o calor radiante, tendo
entrado através dos envidraçados, fica retido no interior do edifício. Para além de fazer
aumentar a temperatura interior, a radiação solar que incide directamente no ocupante aumenta a
sua temperatura e contribui para o seu desconforto (Silva, 2006; Koenigsberger et al, 1977; )
Do ponto de vista térmico, a limitação da entrada dos raios solares deve ser efectuada pelo lado
exterior, recorrendo a elementos construtivos integrados nas fachadas, de forma a restringir ao
máximo a penetração destes através dos vãos envidraçados e, consequentemente, reduzir o
aumento da temperatura do ar e o agravamento das condições de conforto térmico.
Por outro lado, a minimização dos ganhos solares em zonas próximas do equador passa por
orientar os envidraçados a Sul, concedendo um cuidado especial às aberturas orientadas a Este e
principalmente a Oeste, uma vez que a intensidade máxima coincide com a parte mais quente do
dia (Koenigsberger et al, 1977)
O sombreamento externo é uma importante forma de sombrear um edifício, contribuindo para o
controlo do aquecimento deste. As habitações tradicionais dos trópicos quentes e secos estão
normalmente dispostas em bloco, o que permite que cada edifício sombreie outros e que o
aquecimento global dos edifícios seja reduzido (Oakley, 1967).
Edifícios dispostos segundo o alinhamento Este – Oeste sombreiam-se uns às outros, obtendo-se
uma redução das cargas térmicas para cada habitação individual. Esta técnica pode ser bastante
49
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
útil em áreas quentes e secas onde os requisitos de conforto através das brisas não têm muito
significado (Oakley, 1967)
Nos trópicos húmido, arbustos ou painéis localizados nas fachadas Este e Oeste ou habitações
dispostas em bloco protegem estas fachadas da radiação (Oakley, 1967).
A cobertura de uma habitação apresenta-se como o maior problema em termos de ganhos
solares, sendo a sua protecção difícil. As habitações tradicionais dos climas quentes e secos
possuem normalmente coberturas pesadas e espessas de terra, que oferecem protecção durante o
denominado período de atraso, tal como as paredes de terra. Uma alternativa passa por construir
uma cobertura dupla, em que a superior sombreia a inferior, ao mesmo tempo que pelo espaço
de ar existente entre as duas coberturas, se processa a movimentação do ar vindo do exterior.
Este conceito de pára-sol é também aplicável a clima húmidos onde o telhado pode ser pensado
como sendo um grande guarda-chuva por cima dos espaços habitáveis, onde os espaços laterais
são para serem abertos o mais possível, a fim de promover a circulação do ar (Oakley, 1967).
Sombrear paredes e aberturas é um problema mais fácil de solucionar do que o sombreamento
de telhados, sendo possível apresentar um grande variedade de soluções esteticamente
agradáveis. Alguns dispositivos de sombreamento resultantes da análise de um problema
particular numa localização particular seduzem outros projectistas, que muitas vezes caem na
armadilha de os usar sem qualquer sentido para regiões de latitudes diferentes. O sombreamento
de paredes a Sul e a Norte é comparativamente fácil em casas de um só piso, desenvolvidas
segundo eixo Este – Oeste, e próximas do Equador, através do prolongamento da cobertura em
ambas as orientações (Oakley, 1967).
Podem-se distinguir três tipos básicos de dispositivos de sombreamento: horizontais, verticais e
em forma de colmeia, resultante da combinação dos dois primeiros. Os elementos verticais estão
mais adaptados para paredes orientadas a Este e a Oeste, apesar de não oferecerem protecção
completa durante todo o ano, enquanto os elementos horizontais e tipo colmeia são mais
eficazes para paredes orientadas a Norte e a Sul. Na Figura 39 apresentam-se algumas soluções
de dispositivos de sombreamento e respectivas Superfícies de Eficiência Total. (Oakley, 1967).
50
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Figura 39 - Dispositivos de sombreamento e respectivas Superfícies de Eficiência Total (fonte: Cunha,
M.M.F. 2005)
Para além da disposição de elementos de sombreamento, também a selecção cuidada do material
e da cor do acabamento final das superfícies exteriores permite reduzir os ganhos internos de
calor. A radiação solar incidente numa superfície da habitação é em parte reflectida, sendo a
restante absorvida, estando os respectivos valores dependentes da absorção e condutância
superficial dos materiais. Estes parâmetros variam consoante a cor e o tipo de material, sendo as
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Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
superfícies claras e brilhantes, como as superfícies metálicas, as mais reflectoras (Figura 40 e
41). A restante radiação recebida é absorvida pelo material sendo convertida em calor, tendo
como resultado o aquecimento do material. A superfície aquecida do material emite radiação de
baixa temperatura e assim algum do calor ganho é re-irradiado (Oakley, 1967; Koenigsberger et
al, 1977)
A re-emissão de calor por parte das superfícies varia em função do coeficiente de emitância,
mas também do ambiente que envolve as superfícies, uma vez que a perda de calor por radiação
depende da existência de corpos próximos a temperaturas inferiores às destas (Oakley, 1967).
A radiação solar que não é reflectida será absorvida pela estrutura e irá aquecer o interior da
habitação, a não ser que seja removida de alguma forma. Como a temperatura de uma superfície
que absorva uma grande quantidade de radiação será geralmente maior do que a temperatura do
ar, o movimento do ar ao longo da superfície irá ajudar na remoção de algum do calor,
reduzindo assim a quantidade disponível para passar para o interior (Oakley, 1967).
Figura 40 – Redução dos gastos de energia para arrefecimento em função do coeficiente de absorção das
superfícies exteriores (fonte: Heindrichs e Daniels, 2007).
Figura 41 – Variação da temperatura exterior (esquerda) e interior (direita) da superfície de uma parede
com vários coeficientes de absorção.
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Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Ao contrário do que acontece para a radiação directa, na radiação difusa a orientação de uma
superfície é indiferente, uma vez que esta vem de todas as direcções (Silva, 2006).
Em certas zonas onde o pavimento tem cores claras e superfícies reflectoras, a componente
reflectora pode ser tão importante como a reflexão do céu. Num clima tropical a radiação difusa
constitui mais um ganho térmico indesejado (Silva, 2006).
2.4.3. ISOLAMENTO TÉRMICO
Um edifício que tenha coeficiente de transmissão térmico baixo reduzirá todas as formas de
transferência de calor por condução através da envolvente do edifício. Este fluxo de calor
estabelecido por condução é grande quando a diferença de temperatura entre o interior e o
exterior é grande, caso contrário, o fluxo de calor é pequeno em ambos os sentidos, não se
verificando, neste caso, qualquer redução significativa do fluxo com o aumento do isolamento
térmico (Koenigsberger et al, 1977).
No entanto, convém recordar que devido aos ganhos de calor resultantes da radiação solar, o
valor que se deve utilizar para determinar a diferença de temperaturas é o valor da temperatura
ar-sol, uma vez que, apesar de a diferença entre a temperatura exterior e interior poder ser
pequena, a superfície dos elementos exteriores aquecem, aumentando a sua temperatura,
levando a que a diferença de temperaturas que actua como força motriz do fluxo calorífico seja
mais elevada, podendo ser suficientemente grande que admita uma utilização favorável do
isolamento térmico (Koenigsberger et al, 1977).
O isolamento é mais eficaz sobre condições de estado estacionário ou se pelo menos o sentido
do fluxo do calor é constante durante largos períodos de tempo, especialmente se se tratarem de
edifícios com ar condicionado. Quando o sentido do fluxo calorífico em cada ciclo de 24 horas
muda duas vezes, diminui a importância do isolamento (Koenigsberger et al, 1977).
Análises relativas a paredes exteriores e telhados em regiões tropicais e subtropicais, recorrendo
a simulações térmicas, permitiram avaliar as necessidades energéticas para arrefecimento dos
edifícios, com base num cenário de referência, e inferir sobre a influência do isolamento térmico
nessas mesmas necessidades (Hindrichs e Daniels, 2007).
Nas regiões quentes e húmidas e quentes e áridas o consumo de energia para arrefecimento
diminui apenas após a adição da camada de isolamento com 40 mm de espessura, sendo esta
diminuição insignificante, tal como se pode verificar no gráfico da Figura 42 (Hindrichs e
Daniels, 2007).
Figura 42 – Redução do consumo de energia em regiões quentes e húmidas (esquerda) e quentes e árias
(direita) em função do isolamento de elementos da envolvente. Legenda: A – elementos simples sem
isolamento; B – paredes simples com 40mm de isolamento; C – coberturas com 40mm de isolamento
(fonte: Heindrichs e Daniels, 2007)
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Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Analisando a eficiência de paredes duplas verifica-se que a redução do consumo para
arrefecimento neste tipo de elemento é pequena. Segundo a Figura 43, as paredes duplas com
caixa-de-ar ventilada (caso C) são as que permitem reduzir mais o consumo de energia, apesar
de este ser bastante pequeno. Paredes duplas com caixa-de-ar não ventiladas (caso B)
conseguem produzir uma maior poupança de energia do que os telhados duplos com o espaço de
ar ventilado (caso D. Verifica-se ainda que este tipo de elementos tem melhores resultados nas
regiões quentes e áridas do que nas regiões quentes e húmidas (Hindrichs e Daniels, 2007).
Figura 43 – Redução consumo energia em regiões quentes e húmidas (esquerda) e em regiões quentes e
secas (direita) (fonte: Heindrichs e Daniels, 2007).
2.4.4. CAPACIDADE TÉRMICA
Nos climas quentes procura-se reduzir ao máximo a entrada de calor no interior das habitações,
tentando evitar que as temperaturas internas se aproximem das temperaturas exteriores
Em regiões onde predominam grandes variações diárias de temperatura, terá mais significado a
capacidade térmica que o isolamento. Alguns autores referem-se à capacidade térmica como o
isolamento capacitivo, em oposição ao isolamento resistivo característico dos materiais de baixa
condutividade e das edificações de baixa transmissibilidade (Koenigsberger et al, 1977).
Socorrendo-se de diferentes materiais e estruturas, cujos tempos de atraso, isto é, o tempo que
demora o calor incidente nas superfícies exteriores a passar para o interior, variam em função do
peso, espessura e resistência térmica, é possível, consoante as necessidades, diminuir os efeitos
da variação da temperatura interior em relação á exterior (Oakley, 1961).
Surge assim a dúvida sobre o valor da capacidade térmica e do tempo de atraso a considerar
para cada estrutura. Um aspecto que frequentemente se despreza é o facto de a capacidade
térmica poder ser excessiva e o tempo de atraso demasiado comprido. Considerando como
exemplo uma parede orientada a Este, onde o aquecimento máximo se verifica às 10 horas e
com um tempo de atraso de 10 horas, levaria a que a temperatura superficial interna tivesse o
seu valor máximo às 20 horas, o que, provavelmente, conduziria a um excesso de temperatura
durante a noite, impedindo os habitantes de dormir. Esta questão pode ser resolvida através do
traçado de um gráfico com as variações da temperatura exterior ar-sol para cada parede,
definindo-se de seguida o tempo de tolerância do aquecimento interior máximo. (Koenigsberger
et al, 1977).
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Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Figura 44 – Representação gráfica da determinação do tempo de atraso Φ em função da temperatura
exterior To e da Temperatura ar-sol (fonte: Koenigsberger et al, 1977).
Nos climas quentes e secos, a protecção do calor diurno é feita tradicionalmente através de
construções pesadas com elevada capacidade térmica. A resposta rápida da construção leve de
baixa capacidade térmica pode ser utilizada para assegurar áreas frescas para dormir durante a
noite (Figura 45) (Oakley, 1961).
Figura 45 – Planta de uma habitação típica de climas quentes e secos (fonte: Koenigsberger et al, 1977).
As paredes e os telhados são espessos, as aberturas para janelas são pequenas e as superfícies
externas são claras para reflectir o calor do sol.
Nos climas de savana, onde existe uma ampla flutuação diária e sazonal das temperaturas,
paredes espessas e pesadas são úteis no interior na habitação. A sua elevada capacidade térmica
é explorada como “volante”, auxiliando, desta forma, na redução das temperaturas extremas
dentro da habitação. (Figura 46) (Oakley, 1961).
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Figura 46 – Planta de uma habitação típica de climas de savana (fonte: Koenigsberger et al, 1977).
Desta forma, fica patente a importância de se conhecer o clima da zona de implantação de um
edifício, uma vez que a importação de modelos construtivos característicos de regiões com
características climáticas distintas pode originar maus desempenhos térmicos do edifício,
provocando nos utilizadores sensações de desconforto (Koenigsberger et al, 1977).
2.5. CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS EM FUNÇÃO DO CLIMA
A história dos edifícios em diferentes regiões do planeta está intimamente relacionada com as
condições climáticas. O design dos edifícios tradicionais tira partido dos recursos naturais do
ambiente, tentando responder da melhor forma possível às solicitações do clima local. Como tal,
os elementos e parâmetros climáticos desempenham um papel fundamental na idealização e
construção dos edifícios (Hindrichs e Daniels, 2007).
Em virtude das diferenças climáticas entre os climas quentes e os climas frios, os requisitos do
projecto de habitações para estes climas deverão ser diferentes, a fim de se estabelecerem
condições de ambiente interior satisfatórias para cada um destes.
Se nos climas frios, o principal objectivo é conservar o calor dentro das habitações, nos climas
quentes pretende-se evitar ao máximo a entrada de calor no interior destas. Desta forma, as
características climáticas devem ser analisadas de acordo com a respectiva influência na forma,
implementação e características típicas dos edifícios nessas zonas (Hindrichs e Daniels, 2007;
Oakley, 1961).
O sombreamento e os ganhos solares, factores de pressão do vento sobre os edifícios,
temperatura e humidade relativa exteriores e a precipitação, são alguns dos parâmetros que têm
um papel fundamental nesta análise. Os diagramas representados na Figura 47 ilustram a
variação de alguns parâmetros climáticos em função do clima local. No Diagrama 1 são
apresentadas as exigências anuais para o sombreamento solar e ganhos solares, e tal como seria
de esperar temos que a necessidade de potenciar os ganhos solares vai aumentando das regiões
do equador para o norte, verificando-se o percurso inverso para as necessidades de
sombreamento. O Diagrama 2 é relativo aos requisitos anuais de protecção contra o vento. A
faixa central a branco representa a zona de condições naturais óptimas, onde não é necessário
definir qualquer tipo de protecção ou encaminhamento do vento, enquanto a área sombreada à
esquerda dessa faixa é relativa à necessidade de protecção do vento e a área da direita à
necessidade de brisa ao longo do ano para o estabelecimento de condições confortáveis.
Verifica-se assim a necessidade de promover a admissão de brisas no interior dos edifícios
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Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
durante quase todo o ano nas regiões de clima quente e tropical. O gráfico do Diagrama 3
apresenta o nível médio anual de humidade relativa nas quatro zonas climáticas. Na zona árida o
baixo nível de humidade pode ser benéfico para o arrefecimento evaporativo, ao passo que a
elevada taxa de humidade na zona tropical conduz a condições climáticas bastante
desconfortáveis. A quantidade média anual de precipitação, indicada no Diagrama 4, está
directamente relacionada com os níveis de humidade. A variação sazonal do clima ao longo do
ano é ilustrada no Diagrama 5, verificando-se que as zonas de baixa latitude apresentam um
clima constante ao longo do ano (Hindrichs e Daniels, 2007).
Figura 47 – Variação de alguns parâmetros climáticos em função do clima local: sombreamento e os
ganhos solares, factores de pressão do vento sobre os edifícios, temperatura e humidade relativa exterior
e a precipitação (fonte: Hindrichs e Daniels, 2007).
Na Figura 48 apresentam-se mais quatro diagramas que caracterizam a influência do sol nos
climas locais. As necessidades de sombreamento, representadas no Diagrama 1, dependem da
trajectória do sol em cada época do ano, sendo evidente o perigo de sobreaquecimento
associado aos ganhos solares indesejados, zona sombreada a escura, nas regiões próximas do
equador. No Diagrama 2 define-se a localização óptima de elementos sombreadores. A linha
continua representa os elementos sombreadores verticais, enquanto a linha a tracejado ilustra a
necessidade de protecção dos edifícios contra os baixos ângulos do sol da manhã e do
entardecer e os elementos horizontais de sombreamento. As zonas tropicais necessitam de
ambos os tipos de elementos sombreadores durante todo o ano. O Diagrama 3 apresenta a forma
da trajectória do sol em cada zona climática, sendo esta efectuada cada vez mais a sul à medida
que a latitude aumenta (Hindrichs e Daniels, 2007).
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Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Figura 48 – Influência do sol nos climas locais (fonte: Heindrichs e Daniels, 2007).
A secção sombreada no Diagrama 1 da Figura 49 indica a disposição tradicional dos átrios,
escadas e entrada, e outras áreas anexas. Estas áreas não necessitam de um controlo climático
total, sendo a ventilação natural normalmente suficiente. Nas zonas tropicais e áridas os espaços
de transição estão normalmente localizados nos lados norte e sul dos edifícios, onde o sol não
penetra muito no interior dos quartos. O átrio pode também ser utilizado como um espaço
sombreado de transição. No Diagrama 2, a área identificada representa a localização de espaços
que podem ser usados para obter ganhos solares. A localização segue a trajectória do sol em
cada zona climática. Nas zonas tropicais e áridas estas localizam-se nas fachadas orientadas a
este e oeste. O Diagrama 3 mostra a posição óptima para os átrios dos edifícios para cada zona
climática. Nas zonas tropicais, os átrios devem ser dispostos tal como é mostrado, de modo a
assegurar a ventilação, enquanto nas zonas áridas este deve ser localizado no centro do edifício,
para arrefecimento e sombreamento. O telhado e o espaço ao nível do piso térreo podem ser
projectados como potenciais espaços exteriores usáveis, sendo uma opção cada vez menos
exequível à medida que nos afastamos do equador (Diagrama 4). Em climas tropicais e áridos o
potencial de utilização de todos os espaços exteriores é elevado, enquanto nas regiões a norte
estes mesmos espaços têm de ser cobertos (Hindrichs e Daniels, 2007).
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Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Figura 49 – Disposição tradicional dos átrios, escadas e entrada, e outras áreas anexas para cada clima
(fonte: Hindrichs e Daniels, 2007).
O clima tem também influência na orientação das fachadas principais e na localização da massa
térmica do edifício, como se observa na Figura 50. Segundo o Diagrama 1 os edifícios
característicos das baixas latitudes exigem formas mais alongadas, de modo a minimizar a
exposição a este e a oeste. A orientação óptima de um edifício e a localização das fachadas
principais torna-se clara quando se analisa o Diagrama 2 conjuntamente com o Diagrama 3. A
orientação é um factor importante no planeamento bioclimático, visto poder ajudar a manter o
calor dentro ou fora de um edifício (Hindrichs e Daniels, 2007).
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Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Figura 50 – Apresenta a influência do clima na forma, orientação e distribuição da massa, indicando a
melhor orientação das fachadas principais e a localização da massa térmica do edifício (fonte: Heindrichs
e Daniels, 2007).
Nas zonas tropicais a massa primária fechada e protegida, o núcleo, deverá estar localizada nos
lados este e oeste do edifício, para assegurar que este está sombreado durante o dia contra o sol
baixo. Nas zonas áridas a massa deverá também estar localizada nos lados este e oeste.
Estes princípios deverão ser genericamente aplicados em cada região local para promover a
orientação bioclimática correcta dos edifícios (Hindrichs e Daniels, 2007).
Para além das diferenças existentes entre os quatro tipos principais de climas mundiais e entre
as habitações típicas de cada um destes verificam-se também algumas diferenças entre os vários
tipos de climas quentes e tropicais e, consequentemente, entre os respectivos edifícios
tradicionais. A influência do clima na variação das características de projecto de uma habitação
para estes climas pode ser traduzida através da influência do clima sobre o vestuário. Se nas
regiões quentes e secas se utilizam vestimentas claras e volumosas, para protecção da radiação
solar e constituição de uma camada isoladora ao ar quente e desértico e ainda protecção nas
noites frias, nos climas quentes e húmidos, onde o sol é menos intenso e há a necessidade de
promover a sudação, beneficiando de todas as aragens, verifica-se uma prática ausência, ou
acentuada ligeireza, do vestuário dos autóctones. Analogamente, verifica-se que na habitação
espontânea em climas secos, as envolventes são maciças e fechadas, ao passo que em climas
húmidos as habitações são ligeiras (Oakley, 1961; Gomes, 1967).
Estas soluções tradicionais foram evoluindo com base em êxitos e fracassos, tendo a premência
do meio ambiente vinculado as características funcionais. No entanto, nos países tropicais é
necessário distinguir as características das habitações que traduzem adaptações eficazes ao meio
climático, das que resultam do nível social, da carência de materiais ou da falta de exigência
(Gomes, 1967).
A adequação do projecto aos factores locais que intervêm neste, permite criar ambientes
interiores confortáveis nas habitações projectadas para regiões tropicais. A protecção das
habitações contra os raios solares, que nas regiões tropicais é a principal fonte de calor, não
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Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
deverá conduzir a níveis de luz natural demasiado baixos que impeçam a leitura, nem impedir a
ventilação necessária à respiração e à promoção da circulação do ar, principalmente nos climas
húmidos. Consequentemente, a combinação destes factores na fase de projecto, obriga ao
conhecimento das características do clima local, bem como a climatologia da região.
Desta forma, para a concepção de edifícios localizados em climas húmidos, dever-se-á ter em
conta os seguintes aspectos (Oakley, 1961; Gomes, 1967):
a maior importância da cobertura face à envolvente do espaço, proporcionando
protecção contra a incidência solar e contra a chuva e permitindo a ventilação ampla
que minimizará o efeito da humidade excessiva;
o prolongamento da cobertura até próximo do chão, evitará o desconforto visual que
resulta da extrema luminosidade dum céu normalmente enevoado e portanto brilhante;
a sobreelevação das habitações relativamente ao solo, possibilitando a ventilação sob o
pavimento;
a ligeireza das construções evitando a acumulação de calor que, num regime térmico
pouco variável, não podendo dissipar-se, seria uma origem de desconforto.
Em climas secos, os aspectos principais são os seguintes (Gomes, 1967):
a envolvente maciça pesada que funciona como volante térmico, acumulando o calor
durante o dia, com altas temperaturas, e só o dissipando durante a noite, em que o
sensível abaixamento da temperatura do ar e da temperatura radiante da atmosfera
permitem a dissipação, sem incómodo, desse calor acumulado;
a fenestração reduzida a pequenas frestas dispostas junto ao tecto, impedindo a entrada
do sol;
os acabamentos de paramentos expostos, com caiações de alta reflectividade limitando a
absorção da radiação solar;
as soluções urbanísticas de aglomeração de casas protegendo-as mutuamente pelo
sombreamento provocado.
Seguidamente apresentam-se considerações mais específicas relativamente ao conforto e
características das construções para os climas que mais se aproximam do clima da ragição do
local em estudo.
2.5.1. CLIMA EQUATORIAL TEMPERADO HÚMIDO
O clima equatorial temperado húmido tem como características fundamentais as fracas
amplitudes térmicas, tanto diurnas, como sazonais, um nível térmico praticamente constante,
com temperaturas que raramente atingem ou excedem a temperatura humana e um teor de
humidade ambiente elevado, que constitui nestes climas o principal elemento perturbador do
conforto (Gomes, 1967).
As trocas de calor entre o corpo humano e o ambiente fazem-se por convecção, radiação e
evaporação, tendo esta última um papel predominante quando as temperaturas são elevadas. No
entanto, a evaporação é significativamente condicionada pela elevação da humidade,
constituindo este facto a principal causa de desconforto neste tipo de climas, em virtude das
elevadas temperaturas e humidade (Gomes, 1967).
Desta forma, é fundamental recorrer a um incremento da ventilação para manter os limites
aceitáveis de conforto. A ventilação actua por duas vias distintas, concorrentes para o mesmo
fim: agitando o ar, fomentando as trocas por convecção e por outro lado, favorecendo a secagem
da pele, o que facilita a continuidade dos processos de evaporação (Gomes, 1967).
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Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
As habitações dos climas quentes e húmidos podem ser comparadas a árvores de copa frondosa:
dão sombra, permitem a ampla ventilação, absorvem, mas eliminam a radiação solar.
Os modelos construtivos das habitações apropriadas para estes climas resultam destas premissas
e ainda de outras características climáticas. Assim, as habitações deverão (Gomes, 1967):
ser abertas a todos os ventos, sendo o chão frequentemente elevado e assente em estacas, de
modo a aumentar a superfície exposta às brisas frescas;
limitar o nível térmico interno através de um sombreamento eficaz e de uma orientação, forma e
dimensão da cobertura adequadas, sendo o telhado o elemento estrutural e exterior dominante,
devendo ser opaco à radiação solar, com um máximo de isolamento, na forma de ar encurralado,
e grandes beirais para proteger os habitantes contra o sol baixo;
assegurar protecção visual contra a elevada luminosidade dos céus nublados, através do
sombreamento dos vãos e do tratamento do espaço envolvente da habitação, de modo a evitar a
ocorrência de reflexões luminosas secundárias;
ter preferencialmente uma envolvente aligeirada, uma vez que, devido à constância da
temperatura ambiente, não há qualquer vantagem no recurso a construções com capacidade de
volante térmico.
Após uma caracterização geral dos aspectos construtivos mais relevantes das habitações dos
climas quentes e húmidos, serão analisados mais pormenorizadamente alguns elementos de
projecto.
2.5.1.1. Desenho
O edifício deverá estar aberto às brisas e orientado de forma a captar qualquer brisa ou vento,
uma vez que a única forma de atenuar o rigor climático é através do movimento de ar no espaço
interior. Para satisfazer estas condições, os edifícios têm plantas alargadas com apenas uma fila
de compartimentos, de modo a permitir a ventilação de todos os espaços (Figura 51).
Figura 51 – Exemplo de planta ideal de uma habitação de clima equatorial temperado húmido (fonte:
Koenigsberger et al, 1977)..
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Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
As portas e janelas devem ser tão grandes quanto possível, a fim de permitirem a entrada de ar.
A sucessão de vários alinhamentos de edifícios origina uma deficiente circulação de ar em torno
destes, uma vez que o movimento do ar é substancialmente reduzido pela primeira fila de
edifícios, devendo os grupos de edifícios estar estendidos por áreas amplas e alinhados
transversalmente à direcção do ar, oferecendo resistência mínima ao seu movimento. Esta é tida
como a solução ideal.
Um terreno coberto de vegetação tende a reduzir o movimento de ar perto do solo, sendo por
isso necessário elevar o edifício para que a velocidade do ar que o atravessa seja maior (Figura
52), além de que o próprio terreno tende a alcançar a mesma temperatura do ar, fazendo com
que a condução de calor do edifício para o solo não seja significativa.
Figura 52 – Plantas e cortes de habitação adaptada ao clima equatorial temperado húmido (fonte:
Koenigsberger et al, 1977)..
Apesar de a radiação solar ser em geral menor do que a verificada nos climas quentes e secos,
não deixa de constituir uma importante fonte de calor, pelo que a sua captação deve ser evitada.
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Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Visto que, neste tipo de climas, grande parte da radiação é difusa, serão necessários alguns
cuidados na definição dos dispositivos de protecção das aberturas
O sombreamento de todas as superfícies verticais, sejam aberturas ou paredes, é benéfico para a
redução dos ganhos térmicos, contribuindo para tal o prolongamento das coberturas ou telhados
para fora do alinhamento das paredes. Em edifícios altos, a cobertura já não pode assegurar a
função de sombrear os vãos, sendo por isso necessário recorrer a elementos de sombreamento
dispostos de acordo com as orientações das fachadas, de modo a proteger as janelas e aberturas
de ventilação não só do calor como da luz solar (Gomes, 1967).
Do ponto de vista da elevação térmica devida à radiação solar, os edifícios devem estar
orientados segundo a direcção este – oeste, ficando com as suas fachadas principais expostas a
Norte e a Sul (Gomes, 1967).
A incompatibilização da orientação ideal para proteger o edifício da radiação solar e da
orientação desejada para captar os ventos e brisas terá de ser devidamente estudada caso a caso.
Nesta análise é necessário ter presente que a geometria solar não pode ser alterada, ao passo que
a direcção do vento ou brisas pode ser alterada mediante a disposição certa de alguns elementos
exteriores.
No entanto, no caso de edifico baixos, como as paredes não recebem muita radiação, é mais
importante a orientação segundo os ventos dominantes, enquanto para edifícios altos verifica-se
o contrário, sendo a orientação adequada para evitar o sol o factor decisivo.
2.5.1.2. Coberturas e paredes
Pelo facto de a temperatura se manter praticamente constante durante o dia e a noite, os
edifícios não conseguem arrefecer o suficiente durante a noite, dissipando o calor armazenado
durante o dia, o que leva a que os edifícios, para este tipo de clima, resultem de uma construção
ligeira com materiais de baixa capacidade térmica.
A promoção do movimento de ar exterior através do interior do edifício, conduz a uma
secundarização da influencia da estrutura sobre as condições interiores, passando a ser o telhado
o único elemento que tem verdadeira importância. Este não melhora as condições interiores
proporcionando temperaturas mais baixas do que as do ar exterior, mas, no caso de ser bem
projectado, pode evitar que a temperatura interior seja superior à temperatura exterior. Uma
solução construtiva viável consiste em construir uma dupla cobertura com uma superfície
exterior reflectora, um espaço de ar ventilado e um tecto com a superfície superior altamente
reflectora e com um isolamento muito eficaz. Ambos os elementos, tecto e telhado, devem ter
uma capacidade térmica baixa.
Nas paredes maciças verticais não é necessário isolamento, caso estas estejam à sombra.
Contudo, se estão expostas à radiação solar, um bom isolamento evita a elevação da temperatura
interior. Qualidades reflectoras na superfície exterior da paredes expostas à radiação solar são
benéficas.
2.5.1.3. Movimento do ar e aberturas
As aberturas para além de amplas e poderem ser abertas totalmente, devem estar localizadas
segundo a direcção das brisas mais frequentes, de modo a permitir uma corrente natural de ar
através dos espaços interiores e ao nível do corpo humano. O movimento do ar pode ser
64
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
influenciado pela topografia, orientação do edifício e posição das edificações vizinhas e como
tal, todos estes aspectos devem ser analisados cuidadosamente.
Porém, estas grandes aberturas exigem protecções contra a chuva, insectos e ruídos, que não
deverão conduzir a uma redução do movimento do ar.
2.5.1.4. Ventilação
Em virtude do calor e humidade libertados pelo corpo, bem como pelas actividades
desenvolvidas no interior das habitações, a temperatura e humidade do ar interior pode aumentar
de tal forma que pode ultrapassar os valores do ar exterior. Assim, é necessário promover a
ventilação, uma vez que esta auxilia a renovação do ar, permitindo a substituição do ar interior
por ar exterior renovado.
A ventilação é também necessária no espaço compreendido entre o telhado e o tecto, situação
que pode provocar uma diminuição de 2ºC da temperatura do tecto.
De facto, o papel da ventilação no conforto térmico nestes climas é extremamente importante.
Fundamentalmente, a deslocação do ar realiza-se por efeito de diferenças de pressão em geral
provocadas por diferenças de temperatura. Existindo vento e o obstáculo materializado por
edifícios, a face deste que recebe a acção do vento fica sujeita a uma dada pressão resultante do
choque dos filetes do ar. Estes são desviados, escoam-se lateralmente ou superiormente e criam
ao longo das correspondentes faces do edifício efeitos de depressão, sendo mais acentuada junto
ao bordo do ataque (Gomes, 1967).
Tais considerações foram estabelecidas a partir dos resultados dos ensaios do Texas
Engeineering Experimental, anteriormente apresentadas na secção 2.4.1 (Gomes, 1967).
Desta forma, as habitações de 1 piso beneficiarão, do ponto de vista da ventilação, se forem
elevadas relativamente ao terreno, aproveitando desta forma a acção mais intensa do vento e
ainda o arrefecimento provocado pela ventilação sob o pavimento. Esta disposição construtiva
tem ainda a vantagem de libertar a habitação das cargas térmicas dissipadas pelo terreno durante
o seu arrefecimento nocturno (Gomes, 1967).
2.5.2. SUBCLIMA DESÉRTICO-MARÍTIMO
Neste tipo de subclima, as situações climáticas são menos constantes. As temperaturas diurnas
são elevadas, diminuindo durante o período frio que caracteriza este clima, as amplitudes
térmicas diárias e anuais são menores que as verificadas no clima desértico quente, verificandose ainda um teor de humidade mais elevado relativamente a este último. O elemento mais
desfavorável para o conforto é igualmente a elevada temperatura diurna, apesar de a elevada
humidade ajudar na perturbação das condições de conforto (Gomes, 1967). Este clima é o que
oferece mais dificuldades para o projecto de edifícios. As estruturas de elevada capacidade
térmica não são tão eficazes como nas regiões quentes e secas, apesar de também serem úteis.
Na estação quente, a envolvente da habitação deveria ainda suportar e resistir ao calor diurno,
mas já o não pode fazer exclusivamente por efeito da inércia térmica, dado que o abaixamento
da temperatura de noite é menos acentuado e, como tal, a dissipação de calor além de poder
originar desconforto nocturno, é mais limitada (Gomes, 1967).
Na estação mais húmida, a participação da ventilação é já de auxílio sensível para o conforto e,
por exemplo, a captação dos ventos frescos de maior frequência, por mangas em concha
65
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
orientadas na direcção de tais ventos, como representado na Figura 53, e emergindo das
coberturas, é uma solução tradicional em algumas regiões deste tipo (Gomes, 1967).
A brisa ou vento diurno proveniente do mar pode ser aproveitado para melhorar as condições
térmicas, enquanto o vento nocturno, procedente do continente e que circula em direcção ao
mar, é muito quente, devendo-se, portanto, proteger o interior da habitação deste.
As soluções construtivas propícias para este tipo de clima são mais ambíguas do que nos climas
desérticos. Muitas vezes será recomendável a coexistência de zonas de habitação com
características de envolventes bem diferenciadas para uso diurno e nocturno (Gomes, 1967). De
dia, a envolvente pesada e cerrada permite o possível conforto nas horas quentes do dia. Um
anexo de construção ligeira, permitindo a ventilação e destinado à ocupação nocturna, assegura
o conforto durante o sono, enquanto a habitação diurna arrefece (Gomes, 1967).
Figura 53 - Dispositivo de orientação das brisas para promoção da ventilação natural do espaço interior
(Gomes, 1967).
66
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
3
CARACTERIZAÇÃO CLIMÁTICA
DE LUANDA
Apesar de Angola estar contida na denominada zona tórrida, verificam-se algumas diferenças
climáticas bastante acentuadas de região para região, em virtude da diferença de latitudes entre
os extremos Norte e Sul, das diferenças de altitude e da proximidade ou afastamento do mar.
Segundo a Classificação Climática de Köppen-Geiger, ilustrada na Figura 54, Angola comporta
4 tipos de climas: Clima tropical com estação seca no Inverno (Aw), Clima Árido Quente
(BWh), Clima Semi-Árido Quente (BSh) e Clima tropical de altitude (Cwa, Cwb).
Figura 54 - Classificação Climática de Köppen-Geiger para Angola
Constata-se a existência de uma faixa costeira árida, que se estende desde a Namíbia até
Luanda, um planalto interior húmido, uma savana seca no interior sul e sueste e uma floresta
tropical no norte e em Cabinda, experimentando, de um modo geral, duas estações, uma estação
quente e chuvosa e uma outra seca e com temperaturas mais amenas, também conhecida por
Cacimbo. No litoral, a temperatura do ar é máxima entre Janeiro e Abril e mínima nos meses de
Julho a Agosto. A amplitude média da variação diurna da temperatura do ar varia pouco durante
o ano nas regiões costeiras e de pequena altitude, verificando-se o mesmo relativamente à
humidade do ar, registando-se os valores máximos da humidade relativa na época seca e os
mínimos na época quente, ou das chuvas. Em termos de ventos, verifica-se a predominância das
67
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
brisas, principalmente marítimas, de direcção compreendida entre Oeste e Sudoeste, na região
do litoral. (SMA, 1955)
De acordo com a Classificação Climática de Köppen-Geiger, Luanda encontra-se numa zona de
Clima Semi-Árido Quente (BSh), correspondendo ao Clima Quente e Seco – Desértico
Marítimo indicado por Gomes, a partir da classificação preconizada por G. A. Atkinson, como
sendo o tipo de clima existente em Angola.
Conhecido o tipo de clima da cidade de Luanda, procurou-se reunir o máximo de dados
climáticos, de modo a ser possível analisar correctamente o clima desta cidade. A partir de
documentos do Serviço Meteorológico da Colónia de Angola, datados desde o ano de 1938 a
1952, foram recolhidos uma série de dados meteorológicos que permitiram estudar com maior
exactidão o clima local e as respectivas exigências construtivas. Os valores da Temperatura e
Humidade Relativa apresentados, constituem valores médios representativos de um período de
18 anos, enquanto para a precipitação esse período é de 50 anos e para o vento 13 anos.
3.1 TEMPERATURA
De acordo com o gráfico da Figura 55, ilustrativo da variação da temperatura ao longo do ano,
verifica-se que as temperaturas são maiores entre os meses de Fevereiro e Abril, e mais baixas
entre Julho e Agosto, variando a temperatura média do ar entre os 27 ºC em Março e os 20.4 ºC
em Julho, originado desta forma uma amplitude térmica média anual de 6,6 ºC. A temperatura
poderá, em média, atingir valores máximos e mínimos extremos de 33,2 ºC e 22.3 ºC em Março,
e 26,3 ºC e 16,2 ºC em Julho.
Figura 55 - Variação média Temperatura ao longo do ano em Luanda
A Figura 56 apresenta o gráfico da variação das temperaturas médias mensais e das
temperaturas médias horárias. Para cada mês foi criado um “dia médio”, representativo dos
valores horários médios registados em cada mês, resultando as 288 horas das 24h de cada um
dos 12 “dias médios” definidos para cada um dos meses. A análise do gráfico permite identificar
a existência de um período onde tanto as temperaturas médias mensais, como temperaturas
médias horárias, são mais elevadas, e de um outro onde estas são mais baixas. Enquanto,
durante o ano, as temperaturas mais altas ocorrem em Fevereiro e Março e as mais baixas em
Julho e Agosto, durante o dia as temperaturas mais elevadas ocorrem por volta das 13h e as
mais baixas entre as 5 e as 6h.
Da análise do gráfico da Figura 56 ressalta a possibilidade de definir dois períodos durante o
ano, um entre Junho e Setembro, onde as temperaturas são menores, e um outro, durante os
restantes meses, onde as temperaturas são mais elevadas. A partir desta divisão do ano é
possível definir duas variações médias horárias da temperatura, que se apresentam na Figura 57.
68
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Temos assim que, entre Junho e Setembro, as temperaturas médias horárias variam entre os 19,5
ºC e os 24 ºC, enquanto nos restantes meses este valor está entre os 23,5 ºC e os 29 ºC,
resultando numa amplitude térmica diária média de 4,5 ºC e 5,5 ºC, respectivamente.
Figura 56 - Variação média da Temperatura mensal e horária ao longo do ano em Luanda
Figura 57 - Variação da Temperatura média horária em Luanda para 2 períodos do ano
3.2 HUMIDADE RELATIVA
Relativamente à humidade relativa (HR), o gráfico da Figura 58 traduz a variação ao longo do
ano desta. No que respeita à HR média, constata-se a existência de dois picos, com os valores
máximos a ocorrem em Agosto e os mínimos em Fevereiro, atingindo-se valores na casa dos 85
% e dos 78,5 %, respectivamente.
Em termos de valores extremos, verifica-se uma variação dos extremos máximos semelhante à
observada para a HR média anual, registando-se valores entre os 95,3 % em Fevereiro e os 98,3
% em Setembro, enquanto os valores mínimos, com um comportamento anual mais errante,
variam entre os 53,9 % registados em Maio e os 61,2% em Setembro.
Pode-se assim afirmar que a HR média mensal não varia muito durante o ano, não acontecendo
o mesmo durante o dia. De facto, a variabilidade da HR média ao longo do dia é maior do que a
verificada ao longo do ano. Os valores da HR horária para cada mês, ilustrados na Figura 58,
não diferem significativamente entre si, o que resulta, e tal como vimos anteriormente, numa
variação ligeira da HR média mensal, ao passo que a variação horária média da HR é mais
visível, estando compreendida entre os 89,5 % registados às 6h e os 72,3% às 13h.
69
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Considerando a existência de dois períodos estacionais durante o ano, tal como foi feito para a
temperatura, constata-se, através do gráfico da Figura 59, que não existe grande diferença entre
os valores registados durante o dia nestes dois períodos.
Figura 58 - Variação da Humidade Relativa média mensal e horária ao longo do ano para Luanda
Figura 59 - Variação da Humidade Relativa média horária em Luanda para dois períodos estacionais
3.3 TEMPERATURA VS HUMIDADE RELATIVA
Através do gráfico ilustrado na Figura 60, representativo da variação conjunta da Temperatura e
HR médias mensais ao longo do ano, observa-se que a HR média é maior nos períodos em que a
temperatura é mais baixa e menor nos meses em que as temperaturas são mais elevadas,
nomeadamente entre Novembro e Março. De acordo com o gráfico da Figura 61, constata-se
também que nas horas em que a temperatura do ar é mais alta a HR atinge os valores mais
baixos do dia, verificando-se igualmente o contrário.
70
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Figura 60 - Variação da Temperatura e Humidade Relativa média mensal ao longo do ano em Luanda
Figura 61 - Variação da Temperatura e da Humidade Relativa média horária ao longo do ano para Luanda
3.4 PRECIPITAÇÃO
Relativamente à precipitação, o gráfico da Figura 62 é ilustrativo da variação da quantidade de
precipitação caída durante ao ano. Verifica-se a ausência de chuva durante o Cacimbo, isto é,
durante o período de menos calor, e a ocorrência de precipitação nos meses em que as
temperaturas são mais elevadas. Em termos médios, a precipitação caída durante um ano não
ultrapassa os 350 mm, nem os 120 mm mensais. Constata-se assim que, apesar das elevadas HR
registadas ao longo dos meses e do ano, a precipitação é reduzida.
Figura 62 - Variação da Precipitação e da Temperatura média mensal ao longo do ano para Luanda
3.5 VENTO
A Meteorológico da Colónia de Angola, A partir dos dados anuais relativos ao vento, existentes
nos documentos do Serviço Meteorológico da Colónia de Angola, procedeu-se à determinação
da direcção dominante do vento em Luanda. Na Figura 63 está representada a Rosa dos Ventos
71
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
para a cidade de Luanda, onde se representa o número de meses em que a direcção do vento
dominante coincide com cada um dos pontos cardeais. Assim, contabilizando 156 meses,
relativos a 13 anos de observações, constata-se que a direcção dominante é, sem dúvida alguma,
a direcção WSW. Analisando os dados mensalmente, verifica-se que a direcção que apresenta
maior frequência é também a direcção WSW. Com base nos valores de velocidade medidos nos
meses em que a direcção predominante do vento era WSW, determinou-se que a velocidade
média do vento ronda os 20,35 km/h.
Figura 63 - Rosa-dos-ventos para a cidade de Luanda.
Apresentados os dados climáticos referentes à cidade de Luanda, verifica-se que os valores
obtidos, concretamente os da temperatura, não encaixam totalmente nos intervalos
característicos do clima Desértico Marítimo – Quente Seco. As características gerais deste clima
são observadas nos dados climáticos recolhidos, nomeadamente a existência de um período
quente e um período frio, resultantes de uma amplitude térmica média anual de
aproximadamente 7 ºC, a humidade elevada e precipitação reduzida durante o ano. No entanto,
os valores máximos médios da temperatura não são tão elevados como os característicos do
clima Desértico Marítimo, podendo tal facto dever-se à influência da corrente fria de Benguela.
Desta forma, apesar de as características gerais do clima de Angola corresponderem às do clima
Desértico Marítimo a variação das temperaturas é menor, o que implicará um maior cuidado na
análise das características construtivas para os edifícios a implantar.
3.6 RADIAÇÃO
Um outro aspecto climático importante é a radiação solar. A energia proveniente dos raios
solares é uma das principais fontes de produção de calor no interior das habitações, sendo por
isso aconselhável a sua quantificação.
A energia solar recebida num local da superfície da Terra, sobre um plano perpendicular às
radiações emitidas pelo Sol, é dada pela expressão 3
(3)
onde A representa a constante solar, isto é, a intensidade com que a radiação solar atinge a
Terra, cujo valor é 13514,19 W/m2, t o factor de redução da intensidade devido ao
atravessamento da atmosfera terrestre por parte das radiações, e e o aumento do caminho
72
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
percorrido por estas quando atravessam a atmosfera obliquamente, sendo determinado através
da fórmula 4
(4)
A proporção e é função da razão entre a espessura da atmosfera no zénite do local l, a qual vale,
aproximadamente, um centésimo do raio da Terra, e a espessura da atmosfera atravessada pelas
radiações L, dada pela expressão 5
(5)
em que R representa o raio da Terra e θH o ângulo de incidência da radiação em relação à
superfície horizontal do local, tal como é ilustrado na Figura 64, o qual varia com a latitude,
época do ano e hora do dia.
Figura 64 - Determinação do ângulo de incidência da radiação solar sobre um ligar da superfície da Terra.
Quando as radiações solares não incidem perpendicularmente à superfície, a energia recebida
por metro quadrado fica reduzida na proporção da área projectada perpendicularmente à
radiação, isto é:
(6)
sendo θ o ângulo de incidência das radiações, formado pelos raios incidentes e a normal à
superfície considerada. Este ângulo pode ser calculado em função dos ângulos que caracterizam
a orientação do Sol e da superfície em relação ao plano horizontal do local, nomeadamente a
declinação do Sol (δ), ou seja, o ângulo formado pela direcção Terra-Sol e o plano do Equador,
sendo positivo para Norte, a latitude do local (φ), positiva para Norte, a inclinação da superfície
em relação à horizontal (S), o azimute da superfície (γ), isto é, o ângulo de desvio da normal à
superfície em relação ao meridiano do local, medido a partir de Sul com valores positivos para
leste, e o ângulo horário (W), ou seja, o ângulo medido a partir das 12 horas (0º), em que cada
hora vale 15º, com as manhãs positivas e as tardes negativas.
A declinação do Sol pode ser calculada, com uma boa aproximação, pela fórmula empírica de
Cooper:
73
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
(7)
variando os seus valores entre -23,45º no Solstício de Verão e 23,45º no Solstício de Inverno,
isto para o caso de regiões situadas no hemisfério Sul.
A letra n da expressão 7 representa o número do dia do ano considerado.
A partir das coordenadas trigonométricas citadas, o ângulo de incidência das radiações é dado
pela seguinte expressão:
(8)
O valor de S será igual a 0º ou 90º, caso as superfícies sejam horizontais ou verticais,
respectivamente. Para superfícies voltadas a Norte, por exemplo, o azimute será igual a 180º.
Conhecidos os princípios de cálculo da radiação solar de um local na superfície da Terra,
procedeu-se à determinação dos valores da intensidade solar recebida por superfícies horizontais
e superfícies verticais com 8 orientações tipo, nomeadamente Norte (N), Nordeste (NE), Este
(E), Sudeste (SE), Sul (S), Sudoeste (SW), Oeste (W) e Noroeste (NW), para todos os dias do
ano. Uma vez que os 12 meses do ano não têm todos o mesmo número de dias, a análise da
quantidade de radiação solar recebida pelas fachadas e cobertura centrou-se na avaliação dos
valores médios diários por metro quadrado característicos de cada mês, possibilitando assim
aferir quais os períodos do ano em que a radiação é mais ou menos intensa.
Assim, de acordo com a metodologia de cálculo anteriormente apresentada, procedeu-se à
representação gráfica da variação anual da radiação solar, ilustrada na Figura 65, podendo-se
afirmar que a intensidade da radiação solar recebida pelas fachadas é maior em Dezembro e
mínima no mês de Março. Segundo o mesmo gráfico, a radiação média diária recebida pelas
coberturas é máxima em Fevereiro e mínima em Junho, altura em que o Sol se encontra mais
baixo. Avaliando o conjunto das duas parcelas, constata-se que o mês de Junho é aquele em que
a quantidade de radiação solar total recebida é menor, sendo máxima durante o mês de
Dezembro.
Figura 65 - Variação quantidade radiação solar incidente em superfícies horizontais e verticais ao longo
do ano em Luanda
A Figura 66 apresenta um gráfico ilustrativo da variação da radiação solar média diária recebida
em cada mês para cada uma das orientações de fachada estudadas. Nas fachadas voltadas a NW,
74
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N e NE os valores máximos de radiação são registados durante o mês de Junho, enquanto para
as fachadas viradas a SE, S e SW, a radiação solar é mais forte em Dezembro e Janeiro. Para as
fachadas orientadas a W e E, a quantidade de energia recebida é mais ou menos constante ao
longo do ano, sendo maior em Fevereiro e Outubro. Para as superfícies horizontais, o pico
máximo da radiação solar incidente é registado em Fevereiro e entre Outubro e Novembro,
período em que a trajectória do Sol atinge máxima verticalidade em relação ao local em estudo.
Analisando a quantidade de radiação solar total recebida durante o ano por cada uma das
superfícies estudadas, ou seja, o somatório da radiação recebida durante todos os dias do ano,
para cada uma das 8 orientações pré-definidas, observou-se que as superfícies horizontais, ou
seja, as coberturas, são aquelas que recebem maior quantidade de energia. Limitando a análise
às superfícies verticais, constata-se que as fachadas orientadas a Este e Oeste são aquelas que
são atingidas por uma maior quantidade de radiação solar, registando-se os valores mais baixos
para a orientação Sul, tal como é visível no gráfico da Figura 67.
Figura 66 - Variação da intensidade da radiação solar média mensal incidente ao longo do ano em
Luanda
Figura 67 - Variação da quantidade de Radiação Solar recebida durante o ano em Luanda
No que respeita à quantidade de radiação solar recebida durante o dia, identificaram-se as 8h e
as 16h como sendo os períodos do dia em que a radiação solar recebida por superfícies verticais,
excepto as orientadas a N e S, é maior e as 12 h como o período de menor intensidade. Pelo
contrário, nas coberturas e fachadas N e S, as 12h são a altura do dia em que estas recebem mais
radiação, registando-se os valores mínimos diários por volta das 6h e 18h.
Para melhor compreender a distribuição da radiação consoante a época do ano, altura do dia e
orientação, procedeu-se à representação gráfica, através da Figura 68 à 79, da variação da
radiação solar ao longo do dia para as 8 orientações tipo anteriormente enunciadas, em 12 datas
específicas, nomeadamente 21 de Janeiro, 23 de Fevereiro, 21 de Março, 17 de Abril, 21 de
Maio, 21 de Junho, 24 de Julho, 28 de Agosto, 21 de Setembro, 20 de Outubro, 22 de
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Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Novembro e 21 de Dezembro. Estas datas correspondem às datas indicadas nas cartas solares
disponibilizadas pelo LNEC, que posteriormente serão apresentadas.
Figura 68 - Variação da Radiação Solar incidente durante o dia 21 de Janeiro em Luanda
Figura 69 - Variação da Radiação Solar incidente durante o dia 23 de Fevereiro em Luanda
Figura 70 - Variação da Radiação Solar incidente durante o dia 21 de Março em Luanda
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Figura 71 - Variação da Radiação Solar incidente durante o dia 17 de Abril em Luanda
Figura 72 - Variação da Radiação Solar incidente durante o dia 21 de Maio em Luanda
Figura 73 - Variação da Radiação Solar incidente durante o dia 21 de Junho em Luanda
Figura 74 - Variação da Radiação Solar incidente durante o dia 24 de Julho em Luanda
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Figura 75 - Variação da Radiação Solar incidente durante o dia 28 de Agosto em Luanda
Figura 76 - Variação da Radiação Solar incidente durante o dia 21 de Setembro em Luanda
Figura 77 - Variação da Radiação Solar incidente durante o dia 20 de Outubro em Luanda
Figura 78 - Variação da Radiação Solar incidente durante o dia 22 de Novembro em Luanda
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Figura 79 - Variação da Radiação Solar incidente durante o dia 21 de Dezembro em Luanda
Dada a localização e características do local de estudo, uma das principais acções a realizar na
prevenção do aumento da temperatura dos espaços interiores é o estudo da orientação e
protecção de fachadas e envidraçados. De facto, a radiação solar incidente nestes elementos
contribui para o aumento da temperatura interior das habitações e, consequentemente, do
desconforto dos utilizadores do espaço, sendo por isso importante avaliar a orientação,
dimensão e até a constituição de fachadas e vãos envidraçados.
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Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
80
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
4
CONTROLO SOLAR
Conhecida a distribuição e intensidade da radiação solar ao longo do dia e do ano, procedeu-se à
avaliação da influência do tipo de planta e da distribuição das áreas das fachadas de edifícios.
Partindo do principio que a maioria das plantas de edifícios são rectangulares ou quadradas,
definiram-se 5 tipos de distribuições de áreas das fachadas e 2 subtipos, classificadas de A a E e
1 a 2, respectivamente, e 2 orientações principais das plantas, nomeadamente N, E, S, W e NE,
SE, SW, NW, tal como é visível na Tabela 17. Os números indicados nas figuras da Tabela 17
representam os factores multiplicativos das áreas em relação à unidade base da área. Assim,
para o a planta do tipo D.1, temos que a área das fachadas de maior dimensão é 4 vezes superior
à área das fachadas mais pequenas.
A Tabela 18 apresenta o somatório da radiação solar recebida durante o ano, para cada uma das
situações apresentadas na Tabela 17.
81
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Tabela 17 - Configuração plantas e relação das áreas das fachadas
N, E, S, W
1
NE, SE, SW, NW
2
1
2
A
B
C
D
E
82
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Tabela 18 - Quantidade de Radiação Solar incidente acumulada ao longo do ano das 7h00 às 18h00
Radiação Total (W/m2)
A
N-E-S-W
NE – SE – SW – NW
1
2584876,2
2659809,4
1
3446464,1
3989714,2
2
4308164,6
3989714,2
1
4308052,0
5319618,9
2
6031453,0
5319618,9
1
5169639,9
6649523,6
2
7754741,3
6649523,6
1
6031227,8
7979428,3
2
9478029,7
7979428,3
B
C
D
E
Analisando estes valores observa-se que para plantas de edifícios orientadas a N, E, S e W,
quando as fachadas com maior área estão viradas a N e S a quantidade de radiação solar total
recebida é menor do que nos casos em que a fachadas de maior dimensão se encontram voltadas
a E e W. Constatou-se ainda a existência de alguns casos em que, mesmo com áreas totais
superiores, as plantas com fachadas de maior dimensão viradas a N e S recebem menos radiação
do que as plantas com fachadas principais voltadas a E e W. Por outro lado, para uma
determinada planta rectangular, com as fachadas de maior área orientadas a N e S, a radiação
solar total incidente é menor do que para uma planta quadrada com a mesma área total de
fachadas. Verificou-se também que para as plantas rodadas 45º em relação a N, a orientação das
fachadas de maior dimensão é indiferente, uma vez que o somatório da radiação total recebida é
igual para cada um dos tipos de planta apresentados.
Assim, analisando os dados fornecidos por este estudo, bem como as informações resultantes da
análise dos gráficos da distribuição da radiação solar ao longo do ano e do dia, pode-se afirmar
que as principais fachadas a proteger são as que estão voltadas a E e W, devendo-se sempre ter
em atenção todas as outras, especialmente as orientadas a NE e NW e até mesmo a N. Os
edifícios deverão ser alongados segundo o eixo E-W, ou seja, com as fachadas de maior
dimensão orientadas a N e S, assim como os envidraçados, uma vez que constituem a solução
mais favorável no que diz respeito ao controlo dos ganhos solares.
Para além da quantificação da radiação, é também importante conhecer o trajecto do Sol ao
longo do dia e do ano, de modo a ser possível definir os períodos anuais e diários em que é
necessário proteger os vãos envidraçados. Uma das formas de estudar o trajecto efectuado pelo
Sol é através de cartas solares.
As cartas solares são projecções, sobre um plano, dos pontos cardeais e das trajectórias
aparentes do Sol acima do horizonte do lugar, assinalando-se, em cada trajectória projectada, as
posições do Sol em instantes igualmente espaçados e anteriores e posteriores ao meio-dia solar
verdadeiro. Conhecendo as trajectórias solares é possível, através de transferidores de
determinação de ângulos sombra, definir o tipo e as dimensões dos elementos de sombreamento
mais adequados. Na Figura 80 e na Figura 81 estão representadas a Carta Solar de Angola para a
latitude, aproximada, de Luanda e o transferidor de Ângulos de Sombra, respectivamente. As
83
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Figuras 82 à 84 ilustram alguns tipos de dispositivos de sombreamento existentes em edifícios
localizados na cidade de Luanda.
Figura 80 - Carta Solar para Luanda.
Figura 81 - Transferidor de ângulos de sombra.
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Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Figura 82 - Dispositivos de sombreamento na Residência de Estudantes em Luanda (fonte: Quintã,
M.M.G., 2007)
Figura 83 - Dispositivos de sombreamento na Residência de Estudantes em Luanda (fonte: Quintã,
M.M.G., 2007)
Figura 84 - Dispositivos de sombreamento na Residência de Estudantes em Luanda (fonte: Quintã,
M.M.G., 2007)
85
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Para o estudo em questão, e tal como se viu anteriormente, optou-se por analisar 8 orientações
de elementos verticais (N, NE, E, SE, S, SW, W, NW). Através das cartas solares é possível
definir os períodos diários e anuais em que os envidraçados estão sujeitos à acção da radiação
solar. As cartas solares que a seguir se apresentam, representam a trajectória do Sol a considerar
para cada uma das orientações definidas.
Tabela 19 - Trajectórias visíveis do Sol para cada orientação de fachada.
N
S
NE
SW
E
W
SE
NW
A análise das cartas solares permite verificar que as fachadas orientadas a N e a S recebem
radiação durante todo o dia entre Março e Setembro e entre Setembro e Março, respectivamente.
As restantes fachadas são atingidas por radiação durante todo o ano, mas apenas durante um
período do dia.
Desta forma, procurou-se estudar e definir os elementos de sombreamento que melhor se
adequam a cada uma das 8 orientações seleccionadas. Conhecida a variação da radiação solar
horária incidente ao longo do ano, definiram-se períodos de incomodidade, durante os quais os
vãos envidraçados deveriam estar protegidos da acção do Sol, tendo-se considerado necessário o
sombreamento destes quando a intensidade da radiação fosse superior a 200 W/m2. Na Tabela
20 são apresentados os períodos de incomodidade para cada uma das 8 orientações, constituindo
a mancha a cor-de-rosa, a área que deverá ser abrangida pela Superfície de Eficiência Total
(SET) dos elementos de sombreamento. Seguidamente, definiram-se conjuntos de ângulos de
sombra necessários para proteger totalmente os vãos envidraçados durante os períodos de
incomodidade da radiação, estando estes representados na Tabela 21. A partir destes ângulos,
dimensionaram-se palas de sombreamento, cuja SET integrasse a área correspondente ao
período de incomodidade. Para o efeito, foram seleccionados 9 tipos de elementos de
sombreamento, classificados de A a I e caracterizados na Tabela 22.
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Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Tabela 20 - Períodos de Incomodidade da Radiação Solar.
N
NE
E
SE
S
SW
W
NW
Tabela 21 - Ângulos de Sombra
N
NE
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E
SE
S
SW
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Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
W
NW
Tabela 22 - Elementos de Sombreamento.
A
B
C
D
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E
F
G
H
I
Para cada orientação, analisaram-se os conjuntos de ângulos de sombra definidos e a lista de
elementos de sombreamento seleccionados, de modo a identificar quais os mais apropriados
para cada situação. Dada a configuração da trajectória do Sol apresentada na Carta Solar,
constatou-se que os dispositivos de sombreamento mais adequados são os do tipo A (pala única
horizontal), do tipo C (palas múltiplas horizontais com desenvolvimento vertical), do tipo E
(palas múltiplas horizontais com desenvolvimento horizontal) e do tipo G, H e I (dispositivos
mistos). Os restantes dispositivos não permitem proteger os vãos durante a totalidade do período
de incomodidade definido, havendo, no entanto, casos, em que a área reprentatativa do período
de incomodidade que não é abrangida pela SET do elemento de sombreamento é diminuta,
como é o caso dos dispositivos do tipo D para as orientações SE e SW.
Determinados os conjunto de ângulo de sombra e respetivas SET, necessários para que os
elementos de sombreamento protejam as aberturas durante o período de incomodidade, e
identificados os tipos de dispositivos mais adequado, passou-se ao dimensionamento dos
90
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
elementos de protecção dos vãos envidraçados contra a acção da radiação solar. Para o
dimensionamento definiram-se dois tipos de aberturas: o tipo 1 com 1m de altura (H) e 1,5m de
largura (L) e o tipo 2 com 1,5m de altura e 1m de largura. De modo a facilitar o
dimensionamento dos dispositivos de sombreamento, precedeu-se à criação de folhas de cálculo
automático que, a partir da introdução dos ângulos de sombreamento definidos e das dimensões
dos vãos a proteger, forneciam a dimensão dos dispositivos em estudo. Devido ao elevado
número de variáveis, optou-se por definir inicialmente alguns parâmetros envolvidos no
dimensionamento destes, sendo esses valores apresentados na Tabela 23. A título de exemplo,
apresenta-se na Figura 85 a folha de cálculo automático relativa ao dimensionamento dos
elementos do tipo C, em que, introduzindo o valor da altura (H) e da largura (L) dos vãos, a
largura (P) e comprimento saliente das palas em relação ao alinhamento vertical dos vãos (L1,
L2) e os ângulos de sombras (α e δ), obtem-se o espaçamento (I Final) entre as lâminas do
dispositivo, selecionando o menor dos dois intervalos cálculados (I1 e I2) a partir dos ângulo de
sombreamento α e δ. Dado que, para um dos ângulos, o espaçamento entre lâminas é menor do
que o necessário, o processo de dimensionamento deste tipo de dispositivos é finalizado com a
determinação dos ângulos de sombreamento reais.
Tabela 23 - Variáveis do dimensionamento de dispositivos de sombreamento pré-definidas
Tipo
P (m)
A
H1 (m)
H2 (m)
L1 (m)
L2 (m)
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
B
C
0,1 ; 0,2
D
0,1 ; 0,2
E
0,2
0,2
F
0,2
0,2
G
0,2
H
0,1 ; 0,2
I
0,1 ; 0,2
Figura 85 - Ilustração da folha de cálculo para dimensionamento dos dispositivos solares.
Em anexo (Anexo 2 – Tabelas 1 a 8) são apresentadas as dimensões dos elementos de
sombreamento para cada uma das orientações estudadas. As células sombreadas apresentam os
valores calculados para cada um dos tipos de elementos seleccionados, albergando as restantes
células os valores introduzidos inicialmente para se proceder dimensionamento dos elementos
de sombreamento.
91
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Determinadas as dimensões dos dispositivos de sombreamento necessárias para que estes
protejam as aberturas do tipo 1 e 2 durante o período de maior incidência da radiação solar,
constata-se que, para alguns dispositivos, nomeadamente os do tipo C e G, os ângulos de
sombra reais não correspondem aos utilizados para o dimensionamento, uma vez que para estes
elementos de sombreamento, as dimensões relativas aos dois ângulos de sombra utilizados no
dimensionamento são inter-dependentes, traduzindo-se este facto num sobredimensionamento
obrigatório do dispositivo. Desta forma, em anexo (Anexo2 -Tabelas 9 a 16) apresentam-se os
ângulos de sombra e dimensões finais para cada um dos dispositivos. Após o dimensionamento
das palas de sombreamento, o processo é concluído com a inscrição da SET nas Cartas Solares
(ver Anexo 3). A título de exemplo, apresentam-se nas Figuras 86 e 87 as SET dos dispositivos
do tipo C e G, respectivamente. O contorno e área a amarelo representa a SET dos dispositivos,
sendo que, nas Cartas Solares onde se representam a SET dos dispositivos do tipo C a área a
amarelo identifica a SET das palas de sombreamento com lâminas com 0,2m de profundidade
(P) e o contorno a cor-de-rosa a SET das palas de sombreamento com lâminas de 0,1m de
profundidade (P). Para os elementos do tipo G, a área a amarelo é representativa da SET dos
dispositivos para os vãos do tipo 1, ao passo que o contorno a violeta ilustra a SET dos
dispositivos para os vãos do tipo 2.
Figura 86 - Superfície de Eficiência Total do dispositivo do tipo C para a orientação Norte
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Figura 87 - Superfície de Eficiência Total do dispositivo do tipo G para a orientação Norte
A concretização dos elementos de sombreamento depende de questões arquitectónicas e
construtivas. No entanto, é possível verificar que, dadas as dimensões dos vãos envidraçados
estudados, a concretização de alguns elementos de sombreamento é bastante difícil. Porém,
apesar do objectivo deste estudo não passar por uma avaliação da exequibilidade das soluções
definidas, mas sim pela determinação das necessidades de sombreamento para cada orientação
em função do período de incomodidade definido, foi feita uma pequena análise do tipo de
dispositivos de sombreamento que, aparentemente, possuem maior facilidade de
implementação, tendo por base a apreciação da dimensão necessária para sombrear os vãos e a
redução potencial da perda de paisagem visível e de entrada de luz natural.
Assim, verifica-se que, de uma maneira geral, os elementos de sombreamento que melhor se
adequam aos vãos envidraçados analisados são os dispositivos do tipo J, em forma de colmeia.
Para vãos orientados a Norte as palas do tipo I e G poderão constituir ainda soluções viáveis. A
Sul, qualquer um dos elementos de sombreamento seleccionados é solução para a protecção dos
envidraçados, não sucedendo o mesmo para as orientações Este e Oeste, dadas as dimensões dos
elementos de sombreamento necessárias para proteger os vãos envidraçados durante o período
de incomodidade. Apesar de tudo, o dispositivo do tipo J, com uma largura de lâmina de 0,2 m,
será, porventura, o mais apropriado, sendo, no entanto, a melhor solução a inexistência de
aberturas em fachadas orientadas a Este e Oeste.
93
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
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5
ESTRATÉGIA CONSTRUTIVA
PARA LUANDA – APLICAÇÃO
DO MÉTODO DE MAHONEY
Tal como vimos anteriormente, o Método de Mahoney é um método a partir do qual se podem
obter recomendações base para o projecto de habitações, devendo por isso ser encaradas como
elementos orientativos para a definição das características construtivas dos edifícios, ou seja, a
utilização das recomendações fornecidas deverá ser precedida de uma análise dos resultados
fornecidos pelo método.
Introduzidos os valores da Temperatura média, média máxima e média mínima, Humidade
Relativa média e Pluviosidade média referentes a Luanda nas respectivas tabelas, foram obtidos
os seguintes resultados:
Figura 88 - Frequência anual dos indicadores climáticos
Os resultados obtidos apontam para a necessidade de se promover movimento de ar através dos
espaços interiores (H1) e a dispensa de armazenamento térmico (A1). Ressalta, no entanto, o
valor do indicador A3, indicador relativo à necessidade de protecção contra o frio. Analisando
os dados climáticos relativos à cidade de Luanda, nomeadamente os valores de temperatura
média, verifica-se que o valor obtido para o indicador A3 e a respectiva recomendação são
discutíveis, uma vez que as temperaturas médias registadas encontram-se dentro ou acima das
temperaturas de conforto e nunca abaixo, isto é, na zona fria. Analisando os valores mensais
obtidos para o indicador climático A3, apresentados na Figura 89, verifica-se que a frequência
de ocorrência anual de A3 resulta do somatório de um conjunto de graus de pertinência de baixo
valor, significando tal facto que a necessidade de protecção contra o frio para cada mês é
reduzida, sendo por isso o valor obtido pouco fiável face às reais necessidades.
Figura 89 - Graus de pertinência mensais para cada um dos indicadores climáticos
95
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
Desta forma, e para o caso específico dos graus de pertinência dos indicadores climáticos,
considerando apenas os graus de pertinência superiores a 0,5, o valor de A3 anula-se. Uma vez
que os graus de pertinência 0,5 do rigor térmico Frio e Quente coincidem com o grau de
pertinência 1 do rigor térmico Conforto, os valores abaixo de 0,5 estarão para lá do valor óptimo
de conforto, devendo a sua consideração ser devidamente analisada e ponderada.
Assim, considerando apenas os graus de pertinência cujo valor é superior a 0,5, obtêm-se novos
graus de pertinência para os indicadores climáticos, estando estes apresentados na Figura 90.
Figura 90 - Frequência anual rectificada dos indicadores climáticos
Determinados os graus de ocorrência anuais de cada um dos indicadores e analisando as
consequentes necessidades e recomendações construtivas, observa-se que o tipo de construção
aconselhada para as condições climáticas de Luanda é uma construção ligeira, com baixa
capacidade térmica. De acordo com o Relatório de recomendações base resultante da aplicação
do Método de Mahoney (ver Anexo 1), os edifícios deverão estar orientados segundo o eixo
Este-Oeste, dando ao Norte e ao Sul as fachadas com maior área. O movimento de ar através
dos espaços interiores é fundamental, sendo por isso recomendado o afastamento entre os
edifícios e a existência de aberturas em paredes opostas, de modo a facilitar a ventilação
cruzada. As aberturas deverão ter uma área entre 40% e 80% da área de parede, sendo a
orientação preferencial destas Norte e Sul, uma vez que são as fachadas que, no conjunto,
recebem menos radiação solar. De forma a reduzir os efeitos da radiação solar incidente nas
aberturas, estas deverão ser protegidas através de dispositivos de sombreamento. Relativamente
à estrutura, esta deverá ser ligeira, com paredes e pavimentos com capacidade térmica baixa, tal
como o telhado ou cobertura, que deverão ser também bem isolados. Para os telhados e/ou
coberturas é vantajoso utilizar uma estrutura dupla, com os painéis exterior e interior separados
por uma caixa-de-ar, preferencialmente ventilada, e isolamento térmico sobre a face exterior do
painel interior, devendo tanto a superfície exterior do isolamento térmico, como a do painel
exterior, serem reflectoras.
96
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
6
CONCLUSÕES
A grande diversidade de climas existentes no nosso planeta inviabiliza a existência de um único
modelo construtivo. A construção vernacular resulta da adaptação das habitações aos
condicionalismos climáticos de cada região, a fim de se estabelecerem as melhores condições
possíveis, face às adversidades do clima local. Foram apresentadas neste trabalho várias
estratégias construtivas, cuja aplicação depende das características do clima, nomeadamente da
temperatura, humidade relativa, das respectivas amplitudes diárias e anuais, da exposição solar e
dos ventos dominantes. O clima de Luanda caracteriza-se principalmente pela sua temperatura
elevada e relativamente constante, tanto durante o dia, como durante o ano, pelas humidades
relativas na casa dos 80%, pela escassa precipitação e ventos dominantes com direcção WSW.
Face às temperaturas e humidades relativas elevadas durante todo o ano, a ventilação natural é
fundamental para a diminuição do desconforto dos espaços interiores das habitações. Assim, os
edifícios deverão ser dotados de aberturas em fachadas opostas, a fim de promover a ventilação
cruzada dos espaços interiores, e estar orientados de acordo com os ventos dominantes.
Contudo, esta disposição esbarra com a orientação óptima no que respeita à protecção do
edifício relativamente à radiação solar. Dado que, a implantação dos edifícios segundo o eixo
Este-Oeste, orientando as fachadas de maior área a Norte e a Sul, constitui a solução que
minimiza os ganhos resultantes da incidência da radiação solar sobre as fachadas e cobertura,
será necessário chegar a uma solução de compromisso. Esta solução passará por criar barreiras
exteriores que orientem o vento a penetrar no interior dos edifícios segundo a direcção SulNorte, ou, caso tal não seja possível, dotar o edifício de uma orientação intermédia.
À elevada quantidade de radiação solar que atinge as fachadas Este e Oeste, acrescenta-se ainda
a extrema dificuldade em proteger os vão envidraçados que nelas se situem. Resulta assim que
os edifícios a implantar em Luanda deverão privilegiar as fachadas viradas a Norte e a Sul com
implantação dos vão envidraçados e espaços com elevada permanência, nomeadamente salas e
quartos, deixando os espaços não habitáveis, como caixas de escadas ou garagens, virados a
Este e Oeste.
A protecção dos vãos envidraçados é globalmente conseguida recorrendo a dispositivos de
sombreamento do tipo colmeia, sendo que, os restantes tipos de dispositivos, poderão ser
utilizados com maior ou menor dificuldade, dependendo de questões arquitectónicas e
construtivas.
Dada a constância da temperatura ao longo do dia e do ano, as paredes e coberturas deverão ser
ligeiras. Construções com elevada inércia térmica resultariam em situações de desconforto
durante a noite. As soluções duplas com ventilação do espaço de ar, tanto para paredes como
para coberturas, constituem uma boa solução construtiva, uma vez que a camada exterior
97
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
funciona como uma protecção ao elemento interior, permitindo ainda a ventilação, e
consequente arrefecimento, de ambas as camadas. A colocação de um isolamento de pequena
espessura com a face exterior revestida a película de alumínio, por exemplo, irá ainda proteger o
pano interior dos ganhos de calor por radiação. As coberturas deverão ser bem isoladas, dadas
as quantidades de radiação solar que as atingem.
98
Construção em Climas Tropicais - Comportamento Térmico de Edifícios em Luanda
7
BIBLIOGRAFIA
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Silva, G. (2006) Arquitectura bioclimática em Timor Leste – Caminho para a sustentabilidade,
Dissertação de Mestrado, Instituto Superior Técnico.
100
ANEXOS
Anexo 1
ANEXO 2
Tabela 1 - Dimensionamento dos dispositivos de sombreamento para a orientação Norte
N
Tipo
H
L
α
δ1
δ2
L1
L2
H1
1
1,5
25º
15º
15º
2,58
4,48
4,48
0,2
1,5
1
25º
15º
15º
3,65
6,35
6,35
0,2
1
1,5
25º
15º
15º
0,1
0,2
0,2
1
1,5
25º
15º
15º
0,2
0,2
0,2
1,5
1
25º
15º
15º
0,1
0,2
0,2
1,5
1
25º
15º
15º
0,2
0,2
0,2
1
1,5
25º
15º
15º
2,58
4,48
4,48
0,2
0,2
1,5
1
25º
15º
15º
3,65
6,35
6,35
0,2
0,2
1
1,5
45º
40º
40º
0,2
0,2
0,2
1,5
1
45º
40º
40º
1,7
0,2
0,2
0,2
1
1,5
25º
3,36º
3,36º
0,1
0,1
0,1
0,2
0,2
0,046
1
1,5
25º
6,71º
6,71º
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,09
1,5
1
25º
4,76º
4,76º
0,1
0,1
0,1
0,2
0,2
0,046
1,5
1
25º
9,46º
9,46º
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,09
1
1,5
45º
40º
40º
0,1
0,1
0,1
0,11
1
1,5
45º
40º
40º
0,2
0,2
0,2
0,23
1,5
1
45º
40º
40º
0,1
0,1
0,1
0,11
1,5
1
45º
40º
40º
0,2
0,2
0,2
0,23
γ1
γ2
P
P1
P2
H2
I1
I2
A
0,046
0,05
C
0,046
0,05
E
1,43
1,43
G
H
I
Tabela 2 -Dimensionamento dos dispositivos de sombreamento para a orientação Nordeste
NE
Tipo
H
L
α
δ1
δ2
L1
L2
H1
1
1,5
5º
55º
10º
13,72
0,84
6,81
0,2
1,5
1
5º
55º
10º
19,43
1,19
9,64
0,2
1
1,5
5º
55º
10º
0,1
0,2
0,2
0,008
1
1,5
5º
55º
10º
0,2
0,2
0,2
0,017
1,5
1
5º
55º
10º
0,1
0,2
0,2
0,008
1,5
1
5º
55º
10º
0,2
0,2
0,2
0,017
1
1,5
5º
55º
10º
13,72
0,84
6,81
0,2
0,2
1,5
1
5º
55º
10º
19,43
1,19
9,64
0,2
0,2
1
1,5
20º
70º
70º
4,67
4,67
0,2
0,2
0,2
1,5
1
20º
70º
70º
4,67
4,67
0,2
0,2
0,2
1
1,5
20º
55º
70º
4,67
0,84
0,2
1,5
1
20º
55º
70º
4,67
1,19
0,2
1
1,5
5º
3,36º
3,36º
0,1
0,1
0,1
0,2
0,2
0,008
1
1,5
5º
6,71º
6,71º
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,017
1,5
1
5º
4,76º
4,76º
0,1
0,1
0,1
0,2
0,2
0,008
1,5
1
5º
9,46º
9,46º
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,017
1
1,5
20º
70º
70º
0,1
0,1
0,036
0,036
1
1,5
20º
70º
70º
0,2
0,2
0,072
0,072
1,5
1
20º
70º
70º
0,1
0,1
0,036
0,036
1,5
1
20º
70º
70º
0,2
0,2
0,072
0,072
γ1
γ2
P
P1
P2
H2
I1
I2
A
C
E
G
H
I
Tabela 3 - Dimensionamento dos dispositivos de sombreamento para a orientação Este
E
Tipo
H
L
α
δ1
δ2
L1
L2
H1
1
1,5
5º
15º
25º
13,72
4,78
2,58
0,2
1,5
1
5º
15º
25º
19,43
6,35
3,65
0,2
1
1,5
5º
15º
25º
0,1
0,2
0,2
0,009
1
1,5
5º
15º
25º
0,2
0,2
0,2
0,017
1,5
1
5º
15º
25º
0,1
0,2
0,2
0,009
1,5
1
5º
15º
25º
0,2
0,2
0,2
0,017
1
1,5
5º
15º
25º
13,72
4,78
2,58
0,2
0,2
1,5
1
5º
15º
25º
19,43
6,35
3,65
0,2
0,2
1
1,5
5º
75º
75º
13,71
0,2
0,2
0,2
1,5
1
5º
75º
75º
19,43
0,2
0,2
0,2
1
1,5
5º
3,36º
3,36º
0,1
0,1
0,1
0,2
0,2
0,008
1
1,5
5º
6,71º
6,71º
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,017
1,5
1
5º
4,76º
4,76º
0,1
0,1
0,1
0,2
0,2
0,008
1,5
1
5º
9,46º
9,46º
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,017
1
1,5
5º
75º
75º
0,1
0,1
0,009
0,026
1
1,5
5º
75º
75º
0,2
0,2
0,017
0,053
1,5
1
5º
75º
75º
0,1
0,1
0,009
0,026
1,5
1
5º
75º
75º
0,2
0,2
0,017
0,053
γ1
γ2
P
P1
P2
H2
I1
I2
A
C
E
G
H
I
Tabela 4 - Dimensionamento dos dispositivos de sombreamento para a orientação Sudeste.
SE
Tipo
H
L
α
δ1
δ2
L1
L2
H1
1
1,5
5º
5º
70º
13,72
13,72
0,44
0,2
1,5
1
5º
5º
70º
19,43
19,43
0,62
0,2
1
1,5
5º
5º
70º
0,1
0,2
0,2
0,0085
1
1,5
5º
5º
70º
0,2
0,2
0,2
0,0175
1,5
1
5º
5º
70º
0,1
0,2
0,2
0,0085
1,5
1
5º
5º
70º
0,2
0,2
0,2
0,0175
1
1,5
5º
5º
70º
13,72
13,72
0,44
0,2
0,2
1,5
1
5º
5º
70º
19,43
19,43
0,62
0,2
0,2
1
1,5
40º
70º
70º
4,67
4,67
0,2
0,2
0,2
1,5
1
40º
70º
70º
3,3
3,3
0,2
0,2
0,2
1
1,5
40º
70º
70º
4,67
0,2
0,44
1,5
1
40º
70º
70º
3,3
0,2
0,62
1
1,5
5º
3,36º
3,36º
0,1
0,1
0,1
0,2
0,2
0, 008
1
1,5
5º
6,71º
6,71º
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,017
1,5
1
5º
4,76º
4,76º
0,1
0,1
0,1
0,2
0,2
0, 008
1,5
1
5º
9,46º
9,46º
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,017
1
1,5
40º
70º
70º
0,1
0,1
0,083
0,036
1
1,5
40º
70º
70º
0,2
0,2
0,167
0,072
1,5
1
40º
70º
70º
0,1
0,1
0,083
0,036
1,5
1
40º
70º
70º
0,2
0,2
0,167
0,072
γ1
γ2
P
P1
P2
H2
I1
I2
A
C
E
G
H
I
Tabela 5 - Dimensionamento dos dispositivos de sombreamento para a orientação Sul.
S
Tipo
H
L
α
δ1
δ2
L1
L2
H1
1
1,5
60º
30º
30º
0,7
2,08
2,08
0,2
1,5
1
60º
30º
30º
0,98
2,95
2,95
0,2
1
1,5
60º
30º
30º
0,1
0,2
0,2
0,115
1
1,5
60º
30º
30º
0,2
0,2
0,2
0,115
1,5
1
60º
30º
30º
0,1
0,2
0,2
0,115
1,5
1
60º
30º
30º
0,2
0,2
0,2
0,115
1
1,5
60º
30º
30º
0,7
2,08
2,08
0,2
0,2
1,5
1
60º
30º
30º
0,98
2,95
2,95
0,2
0,2
1
1,5
60º
20º
20º
0,7
0,2
0,2
0,2
1,5
1
70º
25º
25º
0,62
0,2
0,2
0,2
1
1,5
60º
3,36º
3,36º
0,1
0,1
0,1
0,2
0,2
0,17
1
1,5
60º
6,71º
6,71º
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,34
1,5
1
60º
4,76º
4,76º
0,1
0,1
0,1
0,2
0,2
0,17
1,5
1
60º
9,46º
9,46º
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,34
1
1,5
70º
25º
25º
0,1
0,1
0,27
0,214
1
1,5
70º
25º
25º
0,2
0,2
0,55
0,429
1,5
1
70º
25º
25º
0,1
0,1
0,27
0,214
1,5
1
70º
25º
25º
0,2
0,2
0,55
0,429
γ1
γ2
P
P1
P2
H2
I1
I2
A
C
E
G
H
I
Tabela 6 - Dimensionamento dos dispositivos de sombreamento para a orientação Sudoeste.
SW
Tipo
H
L
α
δ1
δ2
L1
L2
H1
1
1,5
5º
5º
70º
13,72
13,72
0,44
0,2
1,5
1
5º
5º
70º
19,43
19,43
0,62
0,2
1
1,5
5º
5º
70º
0,1
0,2
0,2
0,0085
1
1,5
5º
5º
70º
0,2
0,2
0,2
0,0175
1,5
1
5º
5º
70º
0,1
0,2
0,2
0,0085
1,5
1
5º
5º
70º
0,2
0,2
0,2
0,0175
1
1,5
5º
5º
70º
13,72
13,72
0,44
0,2
0,2
1,5
1
5º
5º
70º
19,43
19,43
0,62
0,2
0,2
1
1,5
40º
70º
70º
4,67
4,67
0,2
0,2
0,2
1,5
1
40º
70º
70º
3,3
3,3
0,2
0,2
0,2
1
1,5
40º
70º
70º
4,67
0,2
0,44
1,5
1
40º
70º
70º
3,3
0,2
0,62
1
1,5
5º
3,36º
3,36º
0,1
0,1
0,1
0,2
0,2
0, 008
1
1,5
5º
6,71º
6,71º
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,017
1,5
1
5º
4,76º
4,76º
0,1
0,1
0,1
0,2
0,2
0, 008
1,5
1
5º
9,46º
9,46º
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,017
1
1,5
40º
70º
70º
0,1
0,1
0,083
0,036
1
1,5
40º
70º
70º
0,2
0,2
0,167
0,072
1,5
1
40º
70º
70º
0,1
0,1
0,083
0,036
1,5
1
40º
70º
70º
0,2
0,2
0,167
0,072
γ1
γ2
P
P1
P2
H2
I1
I2
A
C
E
G
H
I
Tabela 7 - Dimensionamento dos dispositivos de sombreamento para a orientação Oeste.
W
Tipo
H
L
α
δ1
δ2
L1
L2
H1
1
1,5
5º
15º
25º
13,72
4,78
2,58
0,2
1,5
1
5º
15º
25º
6,81
6,35
3,65
0,2
1
1,5
5º
15º
25º
0,1
0,2
0,2
0,009
1
1,5
5º
15º
25º
0,2
0,2
0,2
0,017
1,5
1
5º
15º
25º
0,1
0,2
0,2
0,009
1,5
1
5º
15º
25º
0,2
0,2
0,2
0,017
1
1,5
5º
15º
25º
13,72
4,78
2,58
0,2
0,2
1,5
1
5º
15º
25º
6,81
6,35
3,65
0,2
0,2
1
1,5
5º
75º
75º
13,71
0,2
0,2
0,2
1,5
1
5º
75º
75º
19,43
0,2
0,2
0,2
1
1,5
5º
3,36º
3,36º
0,1
0,1
0,1
0,2
0,2
0,008
1
1,5
5º
6,71º
6,71º
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,017
1,5
1
5º
4,76º
4,76º
0,1
0,1
0,1
0,2
0,2
0,008
1,5
1
5º
9,46º
9,46º
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,017
1
1,5
5º
75º
75º
0,1
0,1
0,009
0,026
1
1,5
5º
75º
75º
0,2
0,2
0,017
0,053
1,5
1
5º
75º
75º
0,1
0,1
0,009
0,026
1,5
1
5º
75º
75º
0,2
0,2
0,017
0,053
γ1
γ2
P
P1
P2
H2
I1
I2
A
C
E
G
H
I
Tabela 8 - Dimensionamento dos dispositivos de sombreamento para a orientação Noroeste.
NW
Tipo
H
L
α
δ1
δ2
L1
L2
H1
1
1,5
5º
55º
10º
13,72
0,84
6,81
0,2
1,5
1
5º
55º
10º
19,43
1,19
9,64
0,2
1
1,5
5º
55º
10º
0,1
0,2
0,2
0,008
1
1,5
5º
55º
10º
0,2
0,2
0,2
0,017
1,5
1
5º
55º
10º
0,1
0,2
0,2
0,008
1,5
1
5º
55º
10º
0,2
0,2
0,2
0,017
1
1,5
5º
55º
10º
13,72
0,84
6,81
0,2
0,2
1,5
1
5º
55º
10º
19,43
1,19
9,64
0,2
0,2
1
1,5
20º
70º
70º
4,67
4,67
0,2
0,2
0,2
1,5
1
20º
70º
70º
4,67
4,67
0,2
0,2
0,2
1
1,5
20º
55º
70º
4,67
0,84
0,2
1,5
1
20º
55º
70º
4,67
1,19
0,2
1
1,5
5º
3,36º
3,36º
0,1
0,1
0,1
0,2
0,2
0,008
1
1,5
5º
6,71º
6,71º
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,017
1,5
1
5º
4,76º
4,76º
0,1
0,1
0,1
0,2
0,2
0,008
1,5
1
5º
9,46º
9,46º
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,017
1
1,5
20º
70º
70º
0,1
0,1
0,036
0,036
1
1,5
20º
70º
70º
0,2
0,2
0,072
0,072
1,5
1
20º
70º
70º
0,1
0,1
0,036
0,036
1,5
1
20º
70º
70º
0,2
0,2
0,072
0,072
γ1
γ2
P
P1
P2
H2
I1
I2
A
C
E
G
H
I
Tabela 9 - Dimensões finais dos dispositivos de sombreamento para a orientação Norte
N
Tipo
H
L
α
δ1
δ2
L1
L2
H1
1
1,5
25º
15º
15º
2,58
4,48
4,48
0,2
1,5
1
25º
15º
15º
3,65
6,35
6,35
0,2
1
1,5
25º
13,12º
15º
0,1
0,2
0,2
1
1,5
15º
15º
15º
0,2
0,2
0,2
1,5
1
25º
13,12º
15º
0,1
0,2
0,2
1,5
1
15º
15º
15º
0,2
0,2
0,2
1
1,5
25º
15º
15º
2,58
4,48
4,48
0,2
0,2
1,5
1
25º
15º
15º
3,65
6,35
6,35
0,2
0,2
1
1,5
40,1º
40º
40º
1,43
1,43
1,43
0,2
0,2
0,2
1,5
1
45º
54,8º
54,8º
1,7
1,7
1,7
0,2
0,2
0,2
1
1,5
25º
3,36º
3,36º
0,1
0,1
0,1
0,2
0,2
0,046
1
1,5
25º
6,71º
6,71º
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,09
1,5
1
25º
4,76º
4,76º
0,1
0,1
0,1
0,2
0,2
0,046
1,5
1
25º
9,46º
9,46º
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,09
1
1,5
45º
40º
40º
0,1
0,1
0,1
0,11
1
1,5
45º
40º
40º
0,2
0,2
0,2
0,23
1,5
1
45º
40º
40º
0,1
0,1
0,1
0,11
1,5
1
45º
40º
40º
0,2
0,2
0,2
0,23
γ1
γ2
P
P1
P2
H2
I1
I2
A
0,046
0,05
C
0,046
0,05
E
G
H
I
Tabela 10 - Dimensões finais dos dispositivos de sombreamento para a orientação Nordeste
NE
Tipo
H
L
α
δ1
δ2
L1
L2
H1
1
1,5
5º
55º
10º
13,72
0,84
6,81
0,2
1,5
1
5º
55º
10º
19,43
1,19
9,64
0,2
1
1,5
5º
2,5º
2,5º
0,1
0,2
0,2
0,008
1
1,5
5º
5º
5º
0,2
0,2
0,2
0,017
1,5
1
5º
2,5º
2,5º
0,1
0,2
0,2
0,008
1,5
1
5º
5º
5º
0,2
0,2
0,2
0,017
1
1,5
5º
55º
10º
13,72
0,84
6,81
0,2
0,2
1,5
1
5º
55º
10º
19,43
1,19
9,64
0,2
0,2
1
1,5
14,4º
70º
70º
4,67
4,67
4,67
0,2
0,2
0,2
1,5
1
20º
75,6º
75,6º
4,67
4,67
4,67
0,2
0,2
0,2
1
1,5
20º
55º
70º
4,67
0,84
0,2
1,5
1
20º
55º
70º
4,67
1,19
0,2
1
1,5
5º
3,36º
3,36º
0,1
0,1
0,1
0,2
0,2
0,008
1
1,5
5º
6,71º
6,71º
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,017
1,5
1
5º
4,76º
4,76º
0,1
0,1
0,1
0,2
0,2
0,008
1,5
1
5º
9,46º
9,46º
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,017
1
1,5
20º
70º
70º
0,1
0,1
0,036
0,036
1
1,5
20º
70º
70º
0,2
0,2
0,072
0,072
1,5
1
20º
70º
70º
0,1
0,1
0,036
0,036
1,5
1
20º
70º
70º
0,2
0,2
0,072
0,072
γ1
γ2
P
P1
P2
H2
I1
I2
A
C
E
G
H
I
Tabela 11 - Dimensões finais dos dispositivos de sombreamento para a orientação Este
E
Tipo
H
L
α
δ1
δ2
L1
L2
H1
1
1,5
5º
15º
25º
13,72
4,78
2,58
0,2
1,5
1
5º
15º
25º
19,43
6,35
3,65
0,2
1
1,5
5º
2,5º
2,5º
0,1
0,2
0,2
0,009
1
1,5
5º
5º
5º
0,2
0,2
0,2
0,017
1,5
1
5º
2,5º
2,5º
0,1
0,2
0,2
0,009
1,5
1
5º
5º
5º
0,2
0,2
0,2
0,017
1
1,5
5º
15º
25º
13,72
4,78
2,58
0,2
0,2
1,5
1
5º
15º
25º
19,43
6,35
3,65
0,2
0,2
1
1,5
5º
82,9º
82,9º
13,71
13,71
13,71
0,2
0,2
0,2
1,5
1
5º
86,5º
86,5º
19,43
19,43
19,43
0,2
0,2
0,2
1
1,5
5º
3,36º
3,36º
0,1
0,1
0,1
0,2
0,2
0,008
1
1,5
5º
6,71º
6,71º
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,017
1,5
1
5º
4,76º
4,76º
0,1
0,1
0,1
0,2
0,2
0,008
1,5
1
5º
9,46º
9,46º
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,017
1
1,5
5º
75º
75º
0,1
0,1
0,009
0,026
1
1,5
5º
75º
75º
0,2
0,2
0,017
0,053
1,5
1
5º
75º
75º
0,1
0,1
0,009
0,026
1,5
1
5º
75º
75º
0,2
0,2
0,017
0,053
γ1
γ2
P
P1
P2
H2
I1
I2
A
C
E
G
H
I
Tabela 12 - Dimensões finais dos dispositivos de sombreamento para a orientação Sudeste.
SE
Tipo
H
L
α
δ1
δ2
L1
L2
H1
1
1,5
5º
5º
70º
13,72
13,72
0,44
0,2
1,5
1
5º
5º
70º
19,43
19,43
0,62
0,2
1
1,5
5º
2,5º
2,5º
0,1
0,2
0,2
0,0085
1
1,5
5º
5º
5º
0,2
0,2
0,2
0,0175
1,5
1
5º
2,5º
2,5º
0,1
0,2
0,2
0,0085
1,5
1
5º
5º
5º
0,2
0,2
0,2
0,0175
1
1,5
5º
5º
70º
13,72
13,72
0,44
0,2
0,2
1,5
1
5º
5º
70º
19,43
19,43
0,62
0,2
0,2
1
1,5
14º
70º
70º
4,67
4,67
4,67
0,2
0,2
0,2
1,5
1
27º
70º
70º
3,3
3,3
3,3
0,2
0,2
0,2
1
1,5
14º
70º
70º
4,67
4,67
0,2
0,44
1,5
1
27º
70º
70º
3,3
3,3
0,2
0,62
1
1,5
5º
3,36º
3,36º
0,1
0,1
0,1
0,2
0,2
0, 008
1
1,5
5º
6,71º
6,71º
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,017
1,5
1
5º
4,76º
4,76º
0,1
0,1
0,1
0,2
0,2
0, 008
1,5
1
5º
9,46º
9,46º
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,017
1
1,5
40º
70º
70º
0,1
0,1
0,083
0,036
1
1,5
40º
70º
70º
0,2
0,2
0,167
0,072
1,5
1
40º
70º
70º
0,1
0,1
0,083
0,036
1,5
1
40º
70º
70º
0,2
0,2
0,167
0,072
γ1
γ2
P
P1
P2
H2
I1
I2
A
C
E
G
H
I
Tabela 13 - Dimensões finais dos dispositivos de sombreamento para a orientação Sul.
S
Tipo
H
L
α
δ1
δ2
L1
L2
H1
1
1,5
60º
30º
30º
0,7
2,08
2,08
0,2
1,5
1
60º
30º
30º
0,98
2,95
2,95
0,2
1
1,5
49,1º
30º
30º
0,1
0,2
0,2
0,115
1
1,5
30º
30º
30º
0,2
0,2
0,2
0,115
1,5
1
49,1º
30º
30º
0,1
0,2
0,2
0,115
1,5
1
30º
30º
30º
0,2
0,2
0,2
0,115
1
1,5
60º
30º
30º
0,7
2,08
2,08
0,2
0,2
1,5
1
60º
30º
30º
0,98
2,95
2,95
0,2
0,2
1
1,5
60º
22,2º
22,2º
0,7
0,7
0,7
0,2
0,2
0,2
1,5
1
70º
27,3º
27,3º
0,62
0,62
0,62
0,2
0,2
0,2
1
1,5
60º
3,36º
3,36º
0,1
0,1
0,1
0,2
0,2
0,17
1
1,5
60º
6,71º
6,71º
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,34
1,5
1
60º
4,76º
4,76º
0,1
0,1
0,1
0,2
0,2
0,17
1,5
1
60º
9,46º
9,46º
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,34
1
1,5
70º
25º
25º
0,1
0,1
0,27
0,214
1
1,5
70º
25º
25º
0,2
0,2
0,55
0,429
1,5
1
70º
25º
25º
0,1
0,1
0,27
0,214
1,5
1
70º
25º
25º
0,2
0,2
0,55
0,429
γ1
γ2
P
P1
P2
H2
I1
I2
A
C
E
G
H
I
Tabela 14 - Dimensões finais dos dispositivos de sombreamento para a orientação Sudoeste.
SW
Tipo
H
L
α
δ1
δ2
L1
L2
H1
1
1,5
5º
5º
70º
13,72
13,72
0,44
0,2
1,5
1
5º
5º
70º
19,43
19,43
0,62
0,2
1
1,5
5º
2,5º
2,5º
0,1
0,2
0,2
0,0085
1
1,5
5º
5º
5º
0,2
0,2
0,2
0,0175
1,5
1
5º
2,5º
2,5º
0,1
0,2
0,2
0,0085
1,5
1
5º
5º
5º
0,2
0,2
0,2
0,0175
1
1,5
5º
5º
70º
13,72
13,72
0,44
0,2
0,2
1,5
1
5º
5º
70º
19,43
19,43
0,62
0,2
0,2
1
1,5
14º
70º
70º
4,67
4,67
4,67
0,2
0,2
0,2
1,5
1
27º
70º
70º
3,3
3,3
3,3
0,2
0,2
0,2
1
1,5
14º
70º
70º
4,67
4,67
0,2
0,44
1,5
1
27º
70º
70º
3,3
3,3
0,2
0,62
1
1,5
5º
3,36º
3,36º
0,1
0,1
0,1
0,2
0,2
0, 008
1
1,5
5º
6,71º
6,71º
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,017
1,5
1
5º
4,76º
4,76º
0,1
0,1
0,1
0,2
0,2
0, 008
1,5
1
5º
9,46º
9,46º
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,017
1
1,5
40º
70º
70º
0,1
0,1
0,083
0,036
1
1,5
40º
70º
70º
0,2
0,2
0,167
0,072
1,5
1
40º
70º
70º
0,1
0,1
0,083
0,036
1,5
1
40º
70º
70º
0,2
0,2
0,167
0,072
γ1
γ2
P
P1
P2
H2
I1
I2
A
C
E
G
H
I
Tabela 15 - Dimensões finais dos dispositivos de sombreamento para a orientação Oeste.
W
Tipo
H
L
α
δ1
δ2
L1
L2
H1
1
1,5
5º
15º
25º
13,72
4,78
2,58
0,2
1,5
1
5º
15º
25º
19,43
6,35
3,65
0,2
1
1,5
5º
2,5º
2,5º
0,1
0,2
0,2
0,009
1
1,5
5º
5º
5º
0,2
0,2
0,2
0,017
1,5
1
5º
2,5º
2,5º
0,1
0,2
0,2
0,009
1,5
1
5º
5º
5º
0,2
0,2
0,2
0,017
1
1,5
5º
15º
25º
13,72
4,78
2,58
0,2
0,2
1,5
1
5º
15º
25º
19,43
6,35
3,65
0,2
0,2
1
1,5
5º
82,9º
82,9º
13,71
13,71
13,71
0,2
0,2
0,2
1,5
1
5º
86,5º
86,5º
19,43
19,43
19,43
0,2
0,2
0,2
1
1,5
5º
3,36º
3,36º
0,1
0,1
0,1
0,2
0,2
0,008
1
1,5
5º
6,71º
6,71º
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,017
1,5
1
5º
4,76º
4,76º
0,1
0,1
0,1
0,2
0,2
0,008
1,5
1
5º
9,46º
9,46º
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,017
1
1,5
5º
75º
75º
0,1
0,1
0,009
0,026
1
1,5
5º
75º
75º
0,2
0,2
0,017
0,053
1,5
1
5º
75º
75º
0,1
0,1
0,009
0,026
1,5
1
5º
75º
75º
0,2
0,2
0,017
0,053
γ1
γ2
P
P1
P2
H2
I1
I2
A
C
E
G
H
I
Tabela 16 - Dimensões finais dos dispositivos de sombreamento para a orientação Noroeste.
NW
Tipo
H
L
α
δ1
δ2
L1
L2
H1
1
1,5
5º
55º
10º
13,72
0,84
6,81
0,2
1,5
1
5º
55º
10º
19,43
1,19
9,64
0,2
1
1,5
5º
2,5º
2,5º
0,1
0,2
0,2
0,008
1
1,5
5º
5º
5º
0,2
0,2
0,2
0,017
1,5
1
5º
2,5º
2,5º
0,1
0,2
0,2
0,008
1,5
1
5º
5º
5º
0,2
0,2
0,2
0,017
1
1,5
5º
55º
10º
13,72
0,84
6,81
0,2
0,2
1,5
1
5º
55º
10º
19,43
1,19
9,64
0,2
0,2
1
1,5
14,4º
70º
70º
4,67
4,67
4,67
0,2
0,2
0,2
1,5
1
20º
75,6º
75,6º
4,67
4,67
4,67
0,2
0,2
0,2
1
1,5
20º
55º
70º
4,67
0,84
0,2
1,5
1
20º
55º
70º
4,67
1,19
0,2
1
1,5
5º
3,36º
3,36º
0,1
0,1
0,1
0,2
0,2
0,008
1
1,5
5º
6,71º
6,71º
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,017
1,5
1
5º
4,76º
4,76º
0,1
0,1
0,1
0,2
0,2
0,008
1,5
1
5º
9,46º
9,46º
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,017
1
1,5
20º
70º
70º
0,1
0,1
0,036
0,036
1
1,5
20º
70º
70º
0,2
0,2
0,072
0,072
1,5
1
20º
70º
70º
0,1
0,1
0,036
0,036
1,5
1
20º
70º
70º
0,2
0,2
0,072
0,072
γ1
γ2
P
P1
P2
H2
I1
I2
A
C
E
G
H
I
Anexo 3
Figura 1 - Superfície de Eficiência Total característica do dispositivo tipo A e E para a orientação Norte
Figura 2 - Superfície de Eficiência Total característica do dispositivo tipo C para a orientação Norte
Figura 3 - Superfície de Eficiência Total característica do dispositivo tipo G para a orientação Norte.
Figura 4 - Superfície de Eficiência Total característica do dispositivo tipo H para a orientação Norte
Figura 5 - Superfície de Eficiência Total característica do dispositivo tipo I para a orientação Norte
Figura 6 - Superfície de Eficiência Total característica do dispositivo tipo A e E para a orientação
Nordeste.
Figura 7 - Superfície de Eficiência Total característica do dispositivo tipo C para a orientação Nordeste.
Figura 8 - Superfície de Eficiência Total característica do dispositivo tipo G para a orientação Nordeste.
Figura 9 - Superfície de Eficiência Total característica do dispositivo tipo H para a orientação Nordeste.
Figura 10 - Superfície de Eficiência Total característica do dispositivo tipo I para a orientação Nordeste.
Figura 11 - Superfície de Eficiência Total característica do dispositivo tipo A e E para a orientação Este.
Figura 12 - Superfície de Eficiência Total característica do dispositivo tipo C para a orientação Este.
Figura 13 - Superfície de Eficiência Total característica do dispositivo tipo G para a orientação Este.
Figura 14 - Superfície de Eficiência Total característica do dispositivo tipo H para a orientação Este.
Figura 15 - Superfície de Eficiência Total característica do dispositivo tipo I para a orientação Este.
Figura 16 - Superfície de Eficiência Total característica do dispositivo tipo A e E para a orientação
Sudeste.
Figura 17 - Superfície de Eficiência Total característica do dispositivo tipo C para a orientação Sudeste.
Figura 18 - Superfície de Eficiência Total característica do dispositivo tipo G para a orientação Sudeste.
Figura 19 - Superfície de Eficiência Total característica do dispositivo tipo H para a orientação Sudeste.
Figura 20 - Superfície de Eficiência Total característica do dispositivo tipo I para a orientação Sudeste.
Figura 21 - Superfície de Eficiência Total característica do dispositivo tipo A e E para a orientação Sul.
Figura 22 - Superfície de Eficiência Total característica do dispositivo tipo C para a orientação Sul.
Figura 23 - Superfície de Eficiência Total característica do dispositivo tipo G para a orientação Sul.
Figura 24 - Superfície de Eficiência Total característica do dispositivo tipo H para a orientação Sul.
Figura 25 - Superfície de Eficiência Total característica do dispositivo tipo I para a orientação Sul.
Figura 26 - Superfície de Eficiência Total característica do dispositivo tipo A e E para a orientação
Sudoeste.
Figura 27 - Superfície de Eficiência Total característica do dispositivo tipo C para a orientação Sudoeste.
Figura 28 - Superfície de Eficiência Total característica do dispositivo tipo G para a orientação Sudoeste.
Figura 29 - Superfície de Eficiência Total característica do dispositivo tipo H para a orientação Sudoeste.
Figura 30 - Superfície de Eficiência Total característica do dispositivo tipo I para a orientação Sudoeste.
Figura 31 - Superfície de Eficiência Total característica do dispositivo tipo A e E para a orientação Oeste.
Figura 32 - Superfície de Eficiência Total característica do dispositivo tipo C para a orientação Oeste.
Figura 33 - Superfície de Eficiência Total característica do dispositivo tipo G para a orientação Oeste.
Figura 34 - Superfície de Eficiência Total característica do dispositivo tipo H para a orientação Oeste.
Figura 35 - Superfície de Eficiência Total característica do dispositivo tipo I para a orientação Oeste.
Figura 36 - Superfície de Eficiência Total característica do dispositivo tipo A e E para a orientação
Noroeste.
Figura 37 - Superfície de Eficiência Total característica do dispositivo tipo C para a orientação Noroeste.
Figura 38 - Superfície de Eficiência Total característica do dispositivo tipo G para a orientação Noroeste.
Figura 39 - Superfície de Eficiência Total característica do dispositivo tipo H para a orientação Noroeste.
Figura 40 - Superfície de Eficiência Total característica do dispositivo tipo I para a orientação Noroeste.