Estudo da insolação e o projeto das proteções solares

1. Arquitetura & Urbanismo - PUC.Goiás 2013.2 Arquitetura, sombra, conforto e economia de energia ABERTURA1ª aula Estudo da insolação e o projeto das proteções solares Foto: Dirceu Trindade Prof. Ms. António Manuel Corado Pombo Fernandes

2. Arquitetura e Conforto Térmico A sombra é uma circunstância inerente à zona de conforto e, obviamente, absolutamente necessária nas situações de calor, como se constata na carta ao lado. A captação da energia solar e o consequente aquecimento natural do interior das construções é um recurso desejável e apropriado para climas frios. Economiza-se energia e aumenta-se o conforto. Desenho-resumo da carta dos irmãos Olgyay (1957) Fonte: LAMBERTS, 1997, p. 104 Prof. Ms. António Manuel Corado Pombo Fernandes

3. Arquitetura e Conforto Térmico Clima da Região de Goiânia Com a média das máximas (tendência média da temperatura à tarde, cerca das 15 horas) oscilando entre 28 e 32 graus ao longo do ano, isto é, há calor à tarde o ano inteiro e éabsolutamente necessário evitar-se o sobreaquecimento provocado pelo chamado efeito estufa, decorrente da radiação solar. Mesmo nos meses com madrugadas frias, especialmente junho e julho, a temperatura da tarde é elevada e a entrada de sol tem que ser controlada: será aceitável até às 9, no máximo até às 10 horas. Fora desses meses é necessário barrá-lo após as 7, no máximo às 8 horas. Médias das máximas, médias e médias das mínimas, para a região de GoiâniaFERNANDES, 2006, p. 18 Prof. Ms. António Manuel Corado Pombo Fernandes

4. Arquitetura e Conforto Térmico Lembram-se do conceito do efeito estufa citado anteriormente? “(...) a radiação solar penetra pelo vidro, e grande parte se transforma em calor pela absorção das superfícies internas. Estas aumentam sua temperatura e emitem mais radiação infravermelha, a qual não pode sair do recinto, pois os vidros são opacos para essa radiação (se comportam de forma similar às paredes opacas). Então vão sendo absorvidos pelas paredes, até transformar-se totalmente em energia térmica, aumentando as temperaturas das paredes e do ar interior.” “O efeito estufa propiciado nos edifícios “todo vidro” serve como aquecimento, o que é benéfico nos países frios, mas resulta desastroso nos trópicos. A potência (e o custo) do sistema de ar-condicionado deve elevar-se estupidamente para conseguir baixar a temperatura do ar.” (p. 228) CORBELLA, O. e YANNAS, S. Em busca de uma arquitetura sustentável para os trópicos – conforto ambiental. Rio de Janeiro: Revan, 2003. Prof. Ms. António Manuel Corado Pombo Fernandes

5. Arquitetura e Conforto Térmico Bem, feitas as colocações anteriores, vamos ‘botar a mão na massa’! Você tem noção sobre como o Sol caminha no céu aqui em Goiânia? Evidentemente que você sabe que ele nasce a Leste (mas nasce todos os dias no mesmo ponto?), sobe durante o transcurso da manhã, ao meio do dia atinge a maior altura possível (embora não esteja obrigatoriamente no zênite) e, durante a tarde desce em direção ao Oeste (e se põe no mesmo ponto todos os dias?). E este Sol, que em vez de subir e descer caminha em volta? É outro planeta, outro sistema estelar ou apenas outra latitude, bem maior que a nossa aqui de Goiânia? Dá p’ra imaginar? Prof. Ms. António Manuel Corado Pombo Fernandes

6. Arquitetura e Conforto Térmico Vamos lá, então! Comecemos pelo básico! Este desenho acho que todos vocês conhecem: representa o movimento de translação da Terra e mostra a posição do seu eixo de rotação, e que não é ortogonal ao plano de translação, certo! SIMULAÇÃO COM O GLOBO TERRESTRE E O ... ‘SOL’! Prof. Ms. António Manuel Corado Pombo Fernandes

8. Arquitetura e Conforto Térmico Continuando... O desenho abaixo ilustra o mais importante do que vimos na simulação, isto é, os extremos do movimento: os solstícios! Repare que todas as linhas importantes (círculos polares e trópicos) têm sua posição angular em função do ângulo (23,5º) entre o eixo de rotação da Terra e a normal ao plano de translação, a eclíptica! Prof. Ms. António Manuel Corado Pombo Fernandes

9. Arquitetura e Conforto Térmico Continuando... Bem, agora precisamos mudar o ponto de observação. Antes estávamos vendo o sistema terra-sol. Agora vamos ver o caminho aparente do sol desenhado na abóboda celeste, ver o seu percurso no céu com sua variação das horas ao longo do dia e variação dos meses ao longo do ano! Para isso vamos recorrer a um “programinha” (o Maurício vai comer meu fígado!)muito simples de manipular o: Sunpath Bem legal! Poder simular/ilustrar as alterações da posição do sol ao longo das horas do dia, ao longo dos meses do ano e da latitude 60º sul atè 60º norte? Prof. Ms. António Manuel Corado Pombo Fernandes

10. Arquitetura e Conforto Térmico Aquelas imagens representam o que, então... ... o solstício de verão sobre o Círculo Polar! O Sol ‘anda’ em volta de você! Na posição mais alta é meio-dia, na mais baixa, triscando a linha do horizonte, o ‘Sol da meia-noite’! É outra realidade: o Sol não nasce, sobe e desce, e se põe! Ele gira à sua volta: as fotos foram tiradas de hora em hora, girando a máquina 15º (15º x 24 = 360º) de cada vez! Agora precisamos ‘mudar a linguagem’ novamente, a posição relativa, para termos instrumentos simples e práticos de trabalho ao nível do projeto: o caminho aparente do Sol na abóboda celeste será projetado (projeção estereográfica hoizontal) no plano horizontal e, assim, podemos... Prof. Ms. António Manuel Corado Pombo Fernandes

11. Arquitetura e Conforto Térmico Carta solar completa: percursos dos 12 meses, horários e ‘topografia’ do céu As linhas arqueadas no sentido leste-oeste dão-nos a projeção do caminho do sol ao longo do dia (com as horas devidamente balizadas pelas curvas transversais). A variação dessas linhas arqueadas para norte ou para sul demonstram a variação ao longo do ano, dos meses. As curvas concêntricas dão-nos a altura do sol a partir da linha do horizonte. E o azimute(ângulo horizontal a partir do Norte no sentido horário) dá-nos a direção horizontal também na linha do horizonte. Carta solar (16° sul) Adaptado de CAVALEIRO e SILVA, 1969, p. 85 e 91 Prof. Ms. António Manuel Corado Pombo Fernandes

12. Arquitetura e Conforto Térmico Sem as concêntricas e com apenas três linhas arqueadas – solstício de ‘inverno’, equinócios (março e setembro) e solstício de verão, além das curvas que indicam as horas, a carta simplificada resolve bem quase todas as questões propostas sobre insolação. Carta solar simplificada e sombra necessária Sombra necessária (estudo do autor) Carta solar simplificada (16° sul) Adaptado de CAVALEIRO e SILVA, 1969, p. 85 Prof. Ms. António Manuel Corado Pombo Fernandes

13. Arquitetura e Conforto Térmico Insolação de uma fachada, sabendo sua orientação (azimute) A (solstício inverno): até as 14:45 B (equinócios): até as 13:00 C (solstício verão): até as 11:30 Obs: se fosse a fachada oposta (az = 45º + 180º = 225º), os horários seriam: após as 14:45 após as 13:00 após as 11:30 Fachada Az. = 45°: horários de insolação Croquis do autor Prof. Ms. António Manuel Corado Pombo Fernandes

14. Arquitetura e Conforto Térmico REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS > FERNANDES, A. M. C. P. Arquitetura e sombreamento: parâmetros para a região climática de Goiânia. Goiânia: dissertação de mestrado, 2007. > FERNANDES, A. M. C. P. Clima, homem e arquitetura. Goiânia: Trilhas Urbanas, 2006. > OLGYAY, Aladar; OLGYAY, Victor. Solar control and shading devices. New Jersey: Princeton University Press, 1957. Prof. Ms. António Manuel Corado Pombo Fernandes