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Desempenho Térmico de edificações Aula 5: Orientação e Diagrama Solar
PROFESSOR
Roberto Lamberts
ECV 5161 UFSC FLORIANÓPOLIS
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2
diagramas
Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 5: Orientação e diagrama solar
aplicações proteções introdução
+ importância + movimentos da Terra + azimute a altura solar
+ diagramas solares + sombreamento do entorno + transferidor de ângulos + máscara de sombra
+ análise de proteção solar + dimensiona- mento
+ exemplos mascaramento + programa sol-ar + exemplos aplicações
estru
tura
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INTR
OD
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ÃO
+
O estudo da geometria solar é fundamental para engenheiros e arquitetos, pois o sombreamento é uma das estratégias bioclimáticas mais indicadas no Brasil 3
Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts
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Importância
• As proteções solares são utilizadas quando a radiação direta não é desejada dentro do ambiente. • O traçado das proteções exige o conhecimento dos movimentos do Sol e da Terra, e de seus efeitos sob a visão do observador na terra. • Observador: pode ser um ponto, uma reta, um plano como uma parede ou janela ou um volume, no caso de uma edificação.
+ importância + movimentos da Terra + azimute a altura solar + estratégias na prática
Aula 5: Orientação e diagrama solar
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4
Rotação A rotação ao redor de um eixo Norte-Sul, que passa por seus pólos, origina o dia e a noite.
4 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 5: Orientação e diagrama solar
Movimentos da Terra
23O27
Intro
du
ção - d
iagramas - p
roteçõ
es - aplicaçõ
es
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5 5 5 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 5: Orientação e diagrama solar
Translação O movimento de translação da Terra ao redor do Sol determina as quatro diferentes estações do ano.
Movimentos da Terra In
trod
ução
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6 6 6 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 5: Orientação e diagrama solar
Data de início destas estações no hemisfério sul
Solstício = Época em que o Sol passa pela sua maior declinação boreal ou austral, e durante a qual cessa de afastar-se do equador.
Equinócio = Ponto da órbita da Terra em que se registra uma igual duração do dia e da noite.
Data Denominação
21 de março Equinócio de outono
21 de setembro Equinócio de primavera
21 de junho Solstício de inverno
21 de dezembro Solstício de verão
Movimentos da Terra In
trod
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7 7 7 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 5: Orientação e diagrama solar
Azimute a Altura Solar
Projeção estereográfica do sol sobre o plano do observador localizado em um ponto qualquer da Terra.
A localização do sol na abóbada celeste pode ser identificada através de dois ângulos:
a altura solar e o azimute. O azimute é o ângulo que a projeção do sol faz com a direção norte. Altura solar é o ângulo formado entre o sol e o plano horizontal. Fonte: nautilus.fis.uc.pt
Fonte: www.heliodon.com.br
Intro
du
ção - d
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DIA
GR
AM
AS
SOLA
RES
+ Os diagramas ou cartas solares podem ser interpretados como a projeção das trajetórias solares ao longo da abóbada celeste durante todo o ano. 8
Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts
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Aula 5: Orientação e diagrama solar
+ diagramas solares + sombreamento do entorno + transferidor de ângulos + máscara de sombra
Para traçar os diagramas solares, considera-se a Terra fixa e o Sol percorrendo a trajetória diária da abóbada celeste, variando de caminho em função da época do ano.
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9 9 9 9 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 5: Orientação e diagrama solar
Diagramas Solares
Movimento aparente do Sol no hemisfério sul
Intro
du
ção - diagram
as - pro
teções - ap
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Projeção estereográfica para a latitude 27° Sul. Diagrama solar para a latitude 27°Sul.
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Fonte: geopalavras.wordpress.com
Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 5: Orientação e diagrama solar
Movimento aparente do Sol
Diagramas Solares In
trod
ução - d
iagramas - p
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es - aplicaçõ
es
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11
Trajetória solar
Londres
Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 5: Orientação e diagrama solar
Movimento aparente do Sol
Programa Sunpath (Roriz, M.
Diagramas Solares In
trod
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12
Trajetória solar
Cali- Colômbia
Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 5: Orientação e diagrama solar
Movimento aparente do Sol
Programa Sunpath (Roriz, M.
Diagramas Solares In
trod
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es - aplicaçõ
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Trajetória solar
Florianópolis
Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 5: Orientação e diagrama solar
Movimento aparente do Sol
Programa Sunpath (Roriz, M.
Diagramas Solares In
trod
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Trajetória solar
Buenos Aires
Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 5: Orientação e diagrama solar
Movimento aparente do Sol
Programa Sunpath (Roriz, M.
Diagramas Solares In
trod
ução - d
iagramas - p
roteçõ
es - aplicaçõ
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15 15 15 15 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 5: Orientação e diagrama solar
• Mapa da abóbada celeste contendo a trajetória solar;
• Identifica dias e horas do sol na abóbada celeste ao longo do ano (de 6 em 6 meses);
• Usada para identificar áreas de sombra e sol ao longo do ano em: – planos: terrenos, fachadas,
– aberturas: janelas, portas, vãos
– ou no interior de ambientes, através destes vãos.
Diagramas Solares In
trod
ução - d
iagramas - p
roteçõ
es - aplicaçõ
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Diagramas Solares In
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17 17 17 17 17 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 5: Orientação e diagrama solar
Diagramas Solares In
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Diagrama solar Belém Latitude 1o Sul
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Diagrama solar Salvador Latitude 13o Sul
DIA
GR
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Intro
du
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Diagrama solar Florianópolis Latitude 27o Sul
20 20 20 20 20 20 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 5: Orientação e diagrama solar
DIA
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AM
AS
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ES
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21
Diagrama solar Porto Alegre
21
Latitude 30o Sul
21 21 21 21 21 21 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 5: Orientação e diagrama solar
DIA
GR
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SO
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22 22 22 22 22 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 5: Orientação e diagrama solar
Sombreamento do Entorno
A altura solar e o azimute são as informações necessárias para projetar uma sombra em uma determinada hora.
Intro
du
ção - diagram
as - pro
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Sombra de um poste no piso
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23 23 23 23 23 23 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 5: Orientação e diagrama solar
• Utilizado para converter ângulos da geometria solar de elementos construtivos, como obstruções, aberturas, proteções solares, edifícios, vegetação. • Útil para a análise mais rápida e fácil do sombreamento do entorno, penetração solar e proteções solares. • Facilita o traçado de máscaras
Transferidos de ângulos
Ângulo no plano vertical (altura solar)
Ângulo no plano horizontal (azimute)
Intro
du
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24 24 24 24 24 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 5: Orientação e diagrama solar
• Representa graficamente, nos diagramas solares, obstáculos que impedem a visão da abóboda celeste por arte de um observador (ou elemento fixo) em algum ponto.
• Para projetar proteções solares, é importante o conhecimento do tipo de mascaramento que cada tipo de brise proporciona.
Máscara de Sombra In
trod
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es - aplicaçõ
es
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PR
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ÇÕ
ES S
OLA
RES
+ A escolha do tipo de brise e seu dimensionamento são função da eficiência desejada
25 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts
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Proteções Solares
O conhecimento do movimento aparente do sol é utilizado
para o projeto de proteções solares (brises) que impeçam
a entrada de raios solares no interior do ambiente durante as horas do dia e os meses do ano em que se deseja esta proteção.
Aula 5: Orientação e diagrama solar
+ análise de proteção solar + dimensiona- mento
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26 26 26 26 26 26 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 5: Orientação e diagrama solar
BRISE HORIZONTAL INFINITO: Os brises horizontais impedem a entrada dos raios solares através da abertura a partir do ângulo de altitude solar. O traçado do mascaramento
proporcionado por este brise é determinado em função do ângulo α
Análise de Proteções Solares
Mascaramento proporcionado pelo brise horizontal infinito
Intro
du
ção - diagram
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27 27 27 27 27 27 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 5: Orientação e diagrama solar
BRISE HORIZONTAL:
α
α
Mascaramento proporcionado pelo brise horizontal
Análise de Proteções Solares In
trod
ução - d
iagramas - p
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çõe
s - aplicaçõ
es
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As figuras A e B representam os ângulos de altura (α) para sombreamentos de
100% e 50% da abertura
respectivamente. Para transferir o ângulo
(α) ao transferidor de ângulos, medimo-
lo a partir do zenite (Z), que é o ponto da
abóbada celeste situado na reta suporte
perpendicular ao ponto do observador.
Pode-se notar nas Figuras A e B que o
sol penetra na abertura quando seu
ângulo de altura está compreendido entre
a linha do horizonte (LH) e o ângulo (α).
A partir daí até o Zenite (Z) não há
incidência de sol.
Máscara correspondente a um brise horizontal infinito
α
28 Aula 5: Orientação e diagrama solar
Intro
du
ção - diagram
as - pro
teçõ
es - ap
licações
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29 29 29 29 29 29 29 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 5: Orientação e diagrama solar
BRISE VERTICAL INFINITO: Os brises verticais impedem a entrada dos raios solares através da abertura a partir do ângulo de azimute solar. O traçado do mascaramento proporcionado por este brise é
determinado em função do ângulo β
Mascaramento proporcionado pelo brise vertical infinito
Análise de Proteções Solares In
trod
ução - d
iagramas - p
rote
çõe
s - aplicaçõ
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30 30 30 30 30 30 30 Aula 5: Orientação e diagrama solar
BRISE VERTICAL INFINITO
Análise de Proteções Solares In
trod
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iagramas - p
rote
çõe
s - aplicaçõ
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Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 5: Orientação e diagrama solar
Intro
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32 32 32 32 32 32 32 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 5: Orientação e diagrama solar
Como em situações reais é difícil a existência de brises que podem ser considerados infinitos; Existe a necessidade de definição de um terceiro ângulo
= ângulo γ Este ângulo limita o sombreamento produzido pelos ângulos α e β
Análise de Proteções Solares In
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33 33 33 33 33 33 33 33 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 5: Orientação e diagrama solar
BRISE HORIZONTAL FINITO: ângulo α limitado pelo ângulo γ
Mascaramento proporcionado pelo brise horizontal finito
Análise de Proteções Solares In
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34
Os ângulos (γ) representam as
alturas perpendiculares à
Normal da fachada.
Nas Figuras C e D temos os
ângulos (γ) para as situações de
100% e 50% de sombreamento,
respectivamente.
Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 5: Orientação e diagrama solar
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35
α Υ Υ
Υ Υ
ângulo α limitado pelo ângulo γ 35 35 35 35 35 35 35 35 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 5: Orientação e diagrama solar
BRISE HORIZONTAL FINITO
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36 36 36 36 36 36 36 36 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 5: Orientação e diagrama solar
BRISE VERTICAL FINITO: ângulo β limitado pelo ângulo γ
Mascaramento proporcionado pelo brise vertical finito
Análise de Proteções Solares In
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Υ Υ
β β
37 37 37 37 37 37 37 37 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 5: Orientação e diagrama solar
BRISE VERTICAL FINITO: ângulo β limitado pelo ângulo γ
Mascaramento proporcionado pelo brise vertical finito
Análise de Proteções Solares In
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38 38 38 38 38 38 38 38 38 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 5: Orientação e diagrama solar
BRISES MISTOS: A partir do mascaramento produzido pelos quatro tipos básicos de brises =
mascaramento para qualquer tipo de brise com diferentes
combinações de brises horizontais e verticais.
Análise de Proteções Solares In
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39
Estabelecer dias prioritários de sombra e insolação pela carta solar;
Identificar os ângulos para o mascaramento;
Transferir os ângulos para a carta solar.
39 39 39 39 39
Dimensionamento de Brises
39 39 39 39 39 39 39 39 39 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 5: Orientação e diagrama solar
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AP
LIC
AÇ
ÕES
+
40 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts
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Aula 5: Orientação e diagrama solar
+ exemplos mascaramento + programa sol-ar + exemplos aplicações
Exemplos de Mascaramento de Brises
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Exemplos de Mascaramento de Brises In
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Exemplos de Mascaramento de Brises In
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Exemplos de Mascaramento de Brises In
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Exemplos de Mascaramento de Brises In
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Programa SOL-AR
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Permite traçar a máscara desejada para, posteriormente, partir para o projeto das proteções solares.
• Desenvolvido pelo LabEEE • Ferramenta para projeto de proteções solares
• Máscara de sombra sobre a carta solar dados os ângulos α, β e γ • Temperaturas do arquivo TRY (test reference year) para cada
localidade cadastrada
• Fornece a Rosa dos Ventos do TRY
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46 46 46 46 46 46 46 46 46 46 46 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 5: Orientação e diagrama solar
UTILIZAÇÃO DO PROGRAMA 1.Apresentação da trajetória solar; 2. Definição do local através da latitude ou cidades cadastradas.
Programa SOL-AR In
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UTILIZAÇÃO DO PROGRAMA 1. Orientação 2. Ângulos de referência (escala interna ou externa)
Programa SOL-AR In
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48 48 48 48 48 48 48 48 48 48 48 48 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 5: Orientação e diagrama solar
UTILIZAÇÃO DO PROGRAMA Temperaturas horárias
Programa SOL-AR In
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49 49 49 49 49 49 49 49 49 49 49 49 49 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 5: Orientação e diagrama solar
UTILIZAÇÃO DO PROGRAMA Máscara para um brise horizontal com orientação Norte
Programa SOL-AR In
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UTILIZAÇÃO DO PROGRAMA
Velocidades predominantes do
vento por direção para Florianópolis
Programa SOL-AR In
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UTILIZAÇÃO DO PROGRAMA
Frequência de
ocorrência do vento para Florianópolis
Programa SOL-AR In
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52
Os brises instalados na parte de cima das aberturas são projetados para dar proteção contra ângulos altos do sol (principalmente em verão), sendo especialmente apropriados para uso na fachada norte (no sul do país) ou norte e sul (no norte do país). Deve dar sombra na abertura no período em que se tem o maior ganho solar indesejável (outubro a abril no sul do país). Não são muito eficazes no inverno, já que o ângulo de incidência de sol é mais baixo, mas geralmente neste período é aconselhável o ganho solar para o aquecimento passivo (no sul do país), mas deve combinar-se com o uso de persianas internas para controle de ofuscamento. São usados na parte externa da edificação e podem ser apoiados por meio de uma estrutura leve, presos diretamente na fachada da edificação ou podem ser combinados com uma prateleira de luz interna para um controle maior do ganho solar, ofuscamento e aproveitamento da luz natural.
SOMBREAMENTO BRISE HORIZONTAL
Brise horizontal apoiado em estrutura leve. Fonte: www.arcstructures.com
52 52 52 52 52
Exemplos de Aplicações
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53
Sistema de sombreamento externo que corre ao longo das aberturas da edificação. Podem criar-se inúmeras possibilidades em termos de tamanho das persianas e sistema construtivo. Persianas maiores permitem maior visibilidade externa com bom sombreamento. Uso de persianas na posição vertical é apropriado para fachadas leste e oeste. As persianas podem ser fixas ou ajustáveis a vários ângulos para permitir níveis maiores de controle solar, o que pode ser feito de forma manual ou incorporada na automatização da edificação.
SOMBREAMENTO PERSIANAS EXTERNAS
Persianas externas. Fonte: www.arcstructures.com
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Exemplos de Aplicações In
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54
SOMBREAMENTO VENEZIANAS INTERNAS OU EXTERNAS
Sombreamento com veneziana externa. Fonte: www.arcstructures.com
Sistemas de venezianas podem ser usados externamente, internamente ou entre vidros na edificação. Venezianas externas tem além de controle da luz solar, um maior controle do ganho térmico que entra na edificação. Este sistema é ideal para fachadas leste e oeste e por ser retrátil usa-se quando o sol está atingindo a fachada, podendo ser recolhido quando não é necessário. Podem ser usados manualmente ou de forma automática.
O desenvolvimento da tecnologia neste sistema encontra-se mais na automatização do mesmo, recomendado para uso externo, já que pode além de ser coordenado de acordo às necessidades de sombreamento, também pode ser com a velocidade do vento, sendo recolhido caso o vento passe na velocidade máxima estimada para segurança.
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Exemplos de Aplicações In
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Projeto com uso de veneziana externa Fonte: www.hunterdouglascontract.com
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Exemplos de Aplicações In
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O sombreamento zenital pode ser utilizado de forma externa ou interna. O sombreamento externo fornece um controle maior da luz solar e reduz o ganho térmico que entra na edificação em maior quantidade que na sua utilização interna. A rotação das venezianas permitem abertura total do sistema com entrada de luz natural ou o fechamento do mesmo, e pode ser operado de forma manual ou automática.
SOMBREAMENTO ZENITAL
Venezianas ajustáveis. Fonte: arcstructures.com
56 56 56 56 56 56 56 56 56 56 56 56 56 56 Desempenho térmico de edificações| Roberto Lamberts Aula 5: Orientação e diagrama solar
Exemplos de Aplicações In
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Exemplos de Aplicações In
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Brises externos translúcidos
Exemplos de Aplicações In
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Exemplos de Aplicações In
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Fachadas ativas
Exemplos de Aplicações In
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Brises utilizados como suporte para painéis fotovoltaicos
Exemplos de Aplicações In
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