desempenho térmico de...

Desempenho Térmico de edificações Aula 3: Arquitetura e Clima

PROFESSOR

RobertoLamberts

ECV 5161UFSCFLORIANÓPOLIS

estru

tura

variáveis aplicação brasilescalas

2Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts

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Aula 3: Arquitetura e Clima

bioclimática

Importância do clima

Uma boa arquitetura devera assistir o programa e a análise climática de forma a responder simultaneamente à eficiência energética e às necessidades de conforto.

3Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 3: Arquitetura e Clima

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ESC

ALA

S

+

Para fazer um análise Para fazer um análise claro e organizado do

clima, ele pode ser

dividido em três escalas distintas porém indissociáveis

4macroclima

Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts

mesoclima microclima

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Macroclima: Descreve as características gerais de uma região em termos de sol,

nuvens, temperatura, ventos, umidade e precipitações; porem pode não ser conveniente para descrever as condições do entorno imediato do edifício.

Escalas –variáveis –

aplicação

–b

rasil-


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-b

ioclim

ática


Mesoclima: Refere-se a áreas mas pequenas do que as consideradas no macroclima.

Aqui as condições locais de clima são modificadas por variáveis como a vegetação, a topografia, o tipo de solo e a presença de obstáculos naturais ou artificiais.

litoral campo florestas


aplicação

–b

rasil-


litoral

vales

campo

cidades

florestas

montanhas

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-b

ioclim

ática

Microclima: É a escala mais próxima ao nível da edificação, podendo ser concebido e

alterado pelo arquiteto. As particularidades climáticas do local podem representar benefícios ou dificuldades adicionais, que podem não estar sendo consideradas nas escala do macro e meso climáticas


aplicação

–b

rasil-


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-b

ioclim

ática

VA

RIÁ

VEI

S

+Variáveis ambientais

conforto

Temp. Rad ½

Variáveis clima

Radiação solar


Temp. Rad ½

Temp. do ar

Vel. Ar

Umidade

Radiação solar

Temp. do ar

Vento

Umidade

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Radiação solar: É a principal fonte de energia para o planeta (calor) e constitui uma

importante fonte de luz (conforto visual - evolução olho humano).Escalas

–variáveis –

aplicação

–b

rasil


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brasil-

bio

climática


Radiação solar: No movimento de translação, a Terra percorre sua trajetória elíptica

em um plano inclinado de 23°27´ em relação ao plano do equador (localização dos trópicos).

O diferencial de radiação solar recebido por cada hemisfério da terra ao longo do ano, define as estações pelos solstícios e equinócios (posições da terra em relação ao sol).

Escalas–variáve

is –ap

licação –

brasil


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brasil-

bio

climática

Radiação solar: Deve ser dividida em direta e difusa, porque após sua penetração

na atmosfera, a radiação começa a sofrer interferências no seu trajeto em direção à superfície terrestre. A parcela que atinge diretamente a Terra é chamada radiação direta

SOL ≠ LUZ

Escalas–variáve

is –ap

licação –

brasil


Para definir quando tirar partido ou evitar a luz e o calor solar num projeto, deve-se ter como premissas o conforto térmico e visual dos ocupantes e a economia da energia

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brasil-

bio

climática

Radiação solar: uma das ferramentas disponíveis para estudá-la é a carta solar.

Nela são plotados os dois ângulos utilizados para definir a posição do sol na abóbada celeste dependo do período do ano (altitude solar = “ϒ” em relação ao horizonte, azimute = “α” em relação ao norte)

Escalas–variáve

is –ap

licação –

brasil


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climática

Radiação solarEscalas

–variáveis –

aplicação

–b

rasil


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21 junho – 11:30hAltitude = 40°Azimute = 10°

21 março – 17:15hAltitude = 10°Azimute = 275°


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bio

climática

Radiação solar: A quantidade que chega depende de três fatores: a lei do cosseno,

a dissipação atmosférica e a duração da luz do dia.

Lei do cosseno: Intensidade de

radiação incidente em uma superfície inclinada é igual à razão entre a intensidade normal e o cosseno do ângulo de incidência.

Escalas–variáve

is –ap

licação –

brasil


Radiação incidenteem superfície inclinada

= I normal/Cosβ

Menos radiação por

causa da dissipação atmosféricaMenor altitude solar

Trajeto mais longo da radiação a través da atmosfera

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climática

Radiação solar: nas escalas meso e microclimáticas a radiação solar pode ser

interceptada pelos elementos vegetais e topográficos do local.

Em locais arborizados a vegetação pode

interceptar entre 60% e 90% da radiação solar, causando uma redução

Escalas–variáve

is –ap

licação –

brasil


radiação solar, causando uma redução

substancial da temperatura do solo. Isto acontece

porque o vegetal absorve parte da radiação solar para seu metabolismo

(fotossíntese). Além disso o movimento do ar entre as folhas retira grande parte do

calor absorvido do sol.

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bio

climática

Radiação solar: Transferência de calor por radiação nas edificações

1. Radiação solar direta (onda curta)2. Radiação solar difusa (onda curta)3. Radiação solar refletida pelo solo e

pelo entorno (onda curta)4. Radiação térmica emitida pelo solo

Macroclima

Escalas–variáve

is –ap

licação –

brasil


4. Radiação térmica emitida pelo solo aquecido e pelo céu (onda longa)

5. Radiação térmica emitida pelo edifício (onda longa)

Trocas de calor em edificações

Microclima

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climática

Radiação solar: Transferência de calor por radiação nas edificações

A radiação solar (onda curta) que entra por uma abertura no edifício incide nos corpos, que se aquecem e emitem radiação de onda longa. O vidro sendo praticamente opaco à radiação de onda longa, não permite que o calor

encontre passagem para o exterior, superaquecendo o ambiente interno (efeito estufa)

Escalas–variáve

is –ap

licação –

brasil


Efeito estufa: Maior transformador da radiação solar em calor no interior de uma edificação.

Proteção contra a radiação solar direta.

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bio

climática

Temp. do ar: Resulta basicamente dos fluxos das grandes massas de ar e da diferente

recepção da radiação do sol de local para localEscalas

–variáveis –

aplicação

–b

rasil


Florianópolis – Temperaturas máximas e mínimas ao longo do ano

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+ do dia e no verão- De noite e no inverno

brasil-

bio

climática

Vento: Diferenças nas temperaturas das massas de ar geram o seu deslocamento da

área de maior pressão (ar mais frio e pesado) para a área de menor pressão (ar quente e leve).

Escalas–variáve

is –ap

licação –

brasil


Florianópolis – “Rosa dos ventos”Probabilidades de ocorrência de vento (orientação e velocidade)

Velocidade e direção do vento mudam dependendo da rugosidade da superfície, tendo que corrigir os dados obtidos nas estações meteorológicas (10m) 45


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bio

climática

Vento: As condições do vento local podem ser alteradas com a presença de vegetação,

edificações e outros anteparos naturais ou artificiais; pemitindo tirar partido deles para canalizar os ventos desviando-os ou trazendo-os para a edificação

Escalas–variáve

is –ap

licação –

brasil


De: “Using computational tools to factor wind into architectural environment design”. Qingyan Chen

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climática

Umidade: Resulta da evaporação da água contida nos mares, rios, lagos e na terra, bem como a

evapotranspiração dos vegetais. Locais com alta umidade reduzem a transmissão da radiação solar, pela

absorção e redistribuição na atmosfera. Porem, altas umidades relativas dificultam a perda de calor pela evaporação do suor aumentando o desconforto térmico.

O ar a uma certa temperatura pode conter uma determinada quantidade de água (Maior temperatura = Maiorquantidade de água e viceversa)

Escalas–variáve

is –ap

licação –

brasil


Florianópolis – Umidade relativa máxima e mínima ao longo do ano

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Umidade: Pode ser modificada em escalas mais próximas a edificação na presença de

água ou de vegetaçãoEscalas

–variáveis –

aplicação

–b

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“La Alhambra” - Espanha

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climática

AP

LIC

AÇ

ÃO

+Conhecer os dados climáticos de um local permitira identificar os períodos de maior probabilidade de desconforto, e conseqüentemente

Dias típicos de verão ou inverno, ou temperaturas de projeto

Ano climático de referência (TRY Test Reference Year)

Avaliação do desempenho energético de um edifício

Base de dados mais precisa para análise da adequação da edificação ao clima do local

Não permitem avaliar o desempenho energético devido:

conseqüentemente definira as estratégias que devem ser incluídas no desenho para compensar essas condições


• A variabilidade do tempo meteorológico de dia para dia

• Resposta térmica da edificação esta muitas vezes ligada ao dia anterior

Fornece a possibilidade de simulação horária do consumo de energia durante um ano, permitindo a avaliação do custo-benefício de opções mais eficientes

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Florianópolis: Temperatura

Escalas–

variáveis –aplicação

–b

rasil


Temperatura de bulbo seco máxima = 36°C em Janeiro 8Temperatura de bulbo seco mínima = 2°C em Agosto 6

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Florianópolis: Temperatura e Radiação

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Florianópolis: Vento

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Florianópolis: Umidade

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BR

ASI

L

+ Equatorial

Tropical

Tropical de altitude

Tropical atlântico

Semi-árido

O clima brasileiro

divide se em seis

regiões básicas


Tropical de altitude

Subtropical

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Clima Tropical: Verão é quente e

chuvoso e o inverno quente e seco. Apresenta temperaturas médias acima de 20°C e amplitude térmica anual de até 7°C. As chuvas oscilamentre 1000 mm/ano e 1500 mm/ano)

Escalas–

variáveis –ap

licação –b

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bio

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Clima Equatorial: compreende toda

a Amazônia e possui temperaturas médias entre 24°C e 26°C, comamplitude térmica anual de até 3°C. Nesta região a chuva é abundante e bem distribuída (normalmente maiorque 2500 mm/ano)

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licação –b

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bio

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bio

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Clima Semi-árido: está na região

climática mais seca do país, caracterizada por temperaturas médias muito altas (em torno dos 27°C). As chuvas são muito escassas(menos que 800 mm/ano) e a amplitude térmica anual é por volta de 5°C.

Escalas–

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bio

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bio

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Clima Tropical de altitude: As

temperaturas médias se situam na faixa de 18°C a 22°C. No verão as chuvas são mais intensas (entre 1000 mm/ano e 1800 mm/ano) e no inverno pode gear devido às massasfrias que se originam da massa polar atlântica. O clima tropical de altitudese estende entre o norte do Paraná e

Escalas–

variáveis –ap

licação –b

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se estende entre o norte do Paraná e o sul do Mato Grosso do Sul, nasregiões mais altas do planaltoatlântico.

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bio

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Clima Atlântico: Característico das regiões

litorâneas do Brasil, onde as temperaturas médias variam entre 18°C e 26°C. As

chuvas são abundantes (1200 mm/ano), concentrando-se no verão para as

regiões mais ao sul e no inverno e outono para as regiões de latitudes mais baixas (próximas ao

equador). A amplitude térmica varia de região para região. Mais ao norte, a

semelhança entre as estações de inverno e de

Escalas–

variáveis –ap

licação –b

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semelhança entre as estações de inverno e de verão (diferenciadas apenas pela presença da chuva, mais constante no inverno) resulta embaixas amplitudes térmicas ao longo do ano.

Conforme a latitude aumenta, cresce

também a amplitude térmica anual, diferenciando bem as estações

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bio

climática

Clima Subtropical: As temperaturas

médias se situam, normalmente, abaixo dos 20°C e a amplitude anual varia de 9°C a 13°C. As chuvas sãofartas e bem distribuidas (entre 1500 mm/ano e 2000 mm/ano). O inverno é rigoroso nas áreas mais elevadas, onde pode ocorrer neve

Escalas–

variáveis –ap

licação –b

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bio

climática


bio

climática

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BIO

CLI

MÁ

TIC

A

+Projeto bioclimático:

Bioclimatologia: Estuda as relações entre o clima e o ser humano.

Projeto bioclimático: Adequação da arquitetura ao clima local visando atingir um desempenho térmico adequado


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Escalas–

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ioclim

ática


bio

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Temperatura Média do ar Temperatura Média das máximas e mínimas do ar

variação do conteúdo de umidade1,5 g/kg

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Carta Bioclimática NatalCarta Bioclimática CuritibaCarta Bioclimática Brasilia

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Comparação do relatório Analyisis Bio para três cidades diferentes

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desempenho térmico de...

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