Conceitos bsicos:

TRANSFERNCIA DE RADIAO - Conceitos Bsicos: Trajectria Solar

Sendo o sol a principal fonte energtica que afecta o desenho bioclimtico, importante ter uma ideia da sua trajectria nas distintas estaes do ano.

Como se sabe, a existncia das estaes deve-se ao facto do eixo de rotao da terra no estar sempre perpendicular ao plano da sua trajectria de traslao volta do sol, mas sim, forma um ngulo varivel dependendo do momento do ano em que nos encontramos.

Sem entrar em detalhes tcnicos, e particularizando para o hemisfrio norte, acima do trpico de Cncer: H s dois dias do ano em que o eixo de rotao est perpendicular ao plano de traslao: o equincio de Primavera (21 de Maro) e o equincio de Outono (21 de Setembro). Nestes dias, o dia dura exactamente o mesmo que a noite, e o sol nasce e pe-se exactamente a Este e a Oeste, respectivamente.

Depois do equincio de Primavera, os dias so cada vez mais grandes, e o sol alcana cada vez maior altura ao meio-dia. O nascer e o pr-do-sol do-se a norte (ou seja, tende a nascer cada vez mais para o Nordeste e a pr-se cada vez mais para o Noroeste). Esta tendncia segue at ao solstcio de Vero (21 de Junho), o dia mais grande do ano, para seguir depois a tendncia contrria at chegar ao equincio de Outono.

Depois do equincio de Outono, os dias so cada vez mais curtos, e o sol est cada vez mais baixo ao meio-dia. O nascer e o pr-do-sol do-se para o Sul (isto , tende a nascer cada vez mais para o Sudeste e a pr-se cada vez mais para o Sudoeste. Esta tendncia segue at ao solstcio de Inverno (21 de Dezembro), o dia mais curto do ano, para seguir depois a tendncia contrria at chegar ao equincio de Primavera.

Para se ter uma ideia, numa cidade tal como Cceres, nos equincios, a elevao alcanada pelo sol ao meio-dia so uns 50 sobre a horizontal. Avanando at ao solstcio de Vero, o sol cada vez se eleva mais, at os 74 (nunca chega a estar vertical), e avanando at ao solstcio de Inverno, o sol cada vez est mais baixo, at os 27. Em quanto que o nascer e pr-do-sol, no solstcio de Inverno, chega a atingir 31 para o Sul, no solstcio de Vero atingem 21 para o Norte.

Tambm h que ter em conta que o horrio solar no o horrio oficial. Por exemplo, em Cceres, para calcular a hora solar h que tirar da hora oficial 2h 25 no Vero e 1h 25 no Inverno.

Estas trajectrias solares que acabamos de descrever tem uma consequncia clara sobre a radiao recebida pelas fachadas verticais: no Inverno, a fachada Sul recebe a maioria da radiao, pelo facto do sol estar baixo. No Vero, muda, o sol est mais vertical ao meio-dia e a fachada Sul recebe menos radiao directa, ao contrrio das manhs e as tardes que castigam especialmente as fachadas Este e Oeste, respectivamente.

Radiao Directa, Difusa e Reflectida

A energia solar incidente numa superfcie terrestre se manifesta de trs maneiras diferentes:

A Radiao Directa , como seu prprio nome indica, a que provem directamente do sol.

A Radiao Difusa aquela recebida da atmosfera como consequncia da disperso de parte da radiao do sol sobre ela. Esta energia pode representar aproximadamente uns 15% da radiao global nos dias soalheiros, mas nos dias nublados, em que a radiao directa muito baixa, a radiao difusa atinge uma percentagem muito maior. Por outro lado, as superfcies horizontais so as que recebem mais radiao difusa, j que "vm" toda a semi-esfera celeste, ao contrrio, das superfcies verticais que recebem menos porque s "vm" a metade da semi-esfera celeste.

A Radiao Reflectida como seu prprio nome indica, aquela reflectida pela superfcie terrestre. A quantidade de radiao depende do coeficiente de reflexo da superfcie, tambm chamado albedo. Por outro lado, as superfcies horizontais no recebem nenhuma radiao reflectida, porque no "vm" superfcie terrestre, ao contrrio das superfcies verticais que so as que mais recebem.

Para se ter uma ideia, em Cceres, num dia mdio de Maro, a energia directa atinge 2,09 kWh/m2, enquanto que a energia difusa de 1,91 kWh/m2, que dizer, a difusa uns 48% do total. Pelo contrrio, num dia mdio de Agosto, a directa atinge 6,00 kWh/m2, enquanto que a difusa uns 2,08 kWh/m2, neste caso, uma percentagem de 25%. Isto se deve a que em Agosto est menos nublado que em Maro.

Formas de Transmisso de Calor

importante ter presentes os mecanismos de transmisso do calor para compreender o comportamento trmico de uma casa. Microscopicamente, o calor o estado de agitao molecular que se transmite de uns corpos a outros de trs formas diferentes:

a) - Conduo. O calor transmitido atravs da massa do prprio corpo. A facilidade com que o calor "viaja" atravs de um material define-o como condutor ou como isolante trmico. Exemplos de bons condutores so os metais, e de bons isoladores, os plsticos, madeiras, ar. Este o fenmeno atravs do qual as vivendas perdem calor no Inverno atravs das paredes, o que se pode reduzir colocando um material que seja isolante. O coeficiente de conduo trmica de um material uma medida de sua capacidade para conduzir o calor.

b) - Conveco. Se consideramos um material fluido (em estado lquido ou gasoso), o calor, alm de transmitir-se atravs do material (conduo), pode ser "transportado" pelo prprio movimento do fluido. Se o movimento do fluido for produzido de forma natural, pela diferena de temperaturas (ar quente sobe, ar frio desce), a conveco natural, e se o movimento produzido por algum outro fenmeno (ventilador, vento), a conveco diz-se forada.

c) - Radiao. Todo o material emite radiao electromagntica, cuja intensidade depende da temperatura a que se encontre. A radiao infravermelha provoca uma sensao de calor imediata (parece uma estufa de butano, por exemplo). O sol fornece-nos energa exclusivamente por radiao.

Capacidade Calorfica e Inrcia Trmica

Se fornecermos calor a um corpo, este eleva a sua temperatura. Se isto acontecer lentamente dizemos que tem elevada capacidade calorfica, uma vez que capaz de armazenar muito calor por cada grau centgrado de temperatura. As diferenas de capacidade calorfica entre a gua e o azeite, por exemplo, (maior na gua do que no azeite) o que faz que, ao lume, a gua demora mais a aquecer do que o azeite, mas tambm que a gua "guarde" mais o calor.

Chama-se calor especfico de um material (em Kcal/KgC) a quantidade de calor que se tem de fornecer a 1 Kg desse material para elevar 1C a sua temperatura.

A capacidade calorfica e o armazenamento do calor despertam-nos para certos fenmenos. Por exemplo: numa casa, no Inverno, quando acendemos a lareira ou o aquecedor tarde, a habitao demora em alcanar uma temperatura agradvel, e quando a apagamos, noite, a temperatura da habitao permanece agradvel e no se arrefece imediatamente. Isto ocorre tambm nas estaes: no hemisfrio norte, dia 21 de Abril (equincio de Primavera) o sol est na mesma posio que no dia 21 de Setembro (equincio de Outono), e sem dvida, as temperaturas so maiores nesta ltima fase, pela simples razo de que a terra "guarda" o calor do Vero, que ir perdendo pouco a pouco no Outono. Esta "resistncia" da temperatura a reagir imediatamente ao fornecimento de calor o que chamamos de inrcia trmica.Este um conceito importante nas casas bioclimticas: se tem pouca inrcia trmica, reagir rapidamente a radiao solar, aquecendo-se prontamente durante o dia (falamos do Inverno), mas tambm pela noite arrefece mais rpido: o atraso entre os ganhos de calor e a temperatura alcanada pequeno. Em vivendas com grande inrcia trmica, a radiao solar no provocar uma subida rpida da temperatura da casa, porque o calor armazenado, e posteriormente ser libertado, lentamente, noite. Por isso, no se produzir uma diminuio brusca de temperatura; alm disso, as variaes de temperatura so atenuadas, no alcanando valores to extremos.

Assim sendo, a inrcia trmica de uma vivenda desperta-nos para dois fenmenos: o de atraso (da temperatura interior relativamente temperatura exterior), e a de atenuao (a variao interior de temperatura no to grande como a variao exterior).

Conforto Trmico

Muita gente a ideia intuitiva de que o nosso conforto trmico depende fundamentalmente da temperatura do ar que nos rodeia, e nada mais longe da realidade.

Podemos dizer que o nosso corpo se encontra numa situao de conforto trmico quando o ritmo ao qual produzimos o calor igual quele pelo qual o perdemos, para nossa temperatura corporal normal. Isto implica que, em termos de balano global, temos que perder calor permanentemente para sentirmos bem, mas ao "ritmo" adequado. vrios so os factores:

Factores que Influenciam o Ritmo de Produo de CalorActividade Fsica e Mental. Nosso corpo deve produzir calor para manter a nossa temperatura corporal, mas tambm o calor um "subproduto" de nossa actividade fsica e mental. Para uma situao de repouso, o nosso corpo consome cerca de 70 Kcal / hora, frente a uma situao de trabalho, pode consumir at 700 Kcal / h no caso de exerccio fsico intenso.

Metabolismo. Cada pessoa tem o seu prprio metabolismo e necessita de seus prprios ritmos para eliminar o calor.

Factores que Influenciam o Ritmo de Perda de Calora) - Isolamento Natural do Individuo. O tecido adiposo e os pelos, so "materiais" naturais que isolam e reduzem as perdas de calor. A quantidade de cada um deles depende do indivduo.

b) - Ropa de Abrigo. A roupa de abrigo mantm uma capa de ar entre a superfcie do nosso corpo e o tecido que nos isola termicamente. Apesar da roupa de abrigo provocar uma sensao de aquecimento do organismo, na realidade a nica coisa que faz reduzir as perdas de calor pois que, evidentemente, no consomem nenhuma energia e por tanto, no produzem calor. Como no consomem, o mecanismo mais barato energeticamente falando para regular a temperatura do corpo. Nas nossas preocupaes de climatizao das habitaes, devemos considerar esta soluo de uma maneira razovel, isto , por exemplo, no Inverno, to exagerado seria climatizar para estar sempre em camisola (os custos energticos disparavam-se), como para estar sempre com abrigo (demasiado incmodo). absurdo, mais do que ser um smbolo de status, pretender ter uma casa climatizada onde podemos estar no Inverno em manga curta e no Vero com jersey.

Temperatura do Ar. o dado que sempre se manipula mas, como j se disse, no o fundamental para alcanar o conforto trmico.

Temperatura de Radiao. um factor desconhecido, mas to importante como o anterior. Est relacionado com o calor que recebemos por radiao. Podemos estar confortveis com uma temperatura do ar muito baixa se a temperatura de radiao for alta; por exemplo, um dia moderadamente frio de Inverno, no campo, pode ser agradvel se estamos recebendo o calor do sol do meio-dia; ou pode ser agradvel uma casa na qual a temperatura do ar no muito alta (15C), mas as paredes esto quentes (22C). Isto importante, porque s ocorre nas casas bioclimticas, onde a temperatura do ar pode ser menor do que a temperatura das paredes, solos e tectos, que podem ter sido aquecidos pelo sol.

Movimiento do Ar. O vento interfere nas perdas do calor do organismo, de duas formas: por infiltrao, ao penetrar nas roupas de abrigo aumentando a camada de ar que nos isola; e por aumentar a evaporao do suor, que um mecanismo para eliminar o calor (ver mais adiante "calor de vaporizao").

Humidade do Ar. A humidade interfere na capacidade de transpirao que tem o organismo, mecanismo atravs do qual se elimina o calor. Uma maior humidade do ar corresponde a uma menor transpirao. Por isso mais tolervel um calor seco do que um calor hmido. Um valor quantitativo importante a humidade relativa, que a percentagem de humidade que tem o ar relativamente ao mximo que admitiria. A humidade relativa muda com a temperatura pela simples razo de que a mxima humidade que admite o ar mudar tambm com ela.

Efeito de Estufa o fenmeno pelo qual a radiao entra num espao e fica retida, aquecendo esse espao. Chama-se assim porque o efeito que ocorre numa estufa, que um espao fechado por um vidrado. O vidro comporta de uma maneira curiosa perante a radiao: transparente para radiao visvel (por isso vemos atravs dele), mas opaco perante a radiao de maior comprimento de onda (radiao infravermelha). Quando os raios solares entrarem numa estufa, a radiao absorvida pelos objectos no seu interior, que se aquecem, emitindo radiao infravermelha, que no pode escapar pois o vidro opaco mesma.

O efeito de estufa o fenmeno utilizado nas casas bioclimticas para captar e manter o calor do sol.

Fenmenos Convectivos Naturais

Como j se disse, a conveco um fenmeno atravs do qual o ar quente tende a subir e o ar frio a descer. possvel utilizar a radiao solar para aquecer o ar de tal maneira que, o ar ao subir escape para o exterior e tendo que ser substitudo por ar mais frio, provoca uma renovao do ar, que se denomina ventilao convectiva. O dispositivo que provoca este fenmeno denomina-se chamin solar.

Num espao fechado, o ar quente tende a situar-se na parte superior e o ar frio na parte inferior. Se este espao for muito alto, a diferena de temperaturas entre a parte alta e a parte baixa pode ser significativo. Este fenmeno denominado de estratificao trmica. Duas habitaes colocadas a diferentes alturas, mas que se comunicam entre si, pode-se verificar este fenmeno, sendo certo que a habitao mais alta est sempre mais quente que a mais baixa.

Calor de VaporizaoQuando um corpo passa do estado lquido a gasoso, necessita absorver uma quantidade de calor que se denomina calor de vaporizao. Assim a gua, ao evaporar-se, necessita de calor, que retira do seu meio envolvente que em consequncia arrefece. Por isso tambm, os lugares onde h gua esto mais frescos.

As plantas transpiram continuamente, eliminando gua na forma de vapor. Por isso, os lugares onde existem plantas esto tambm mais frescos.

A gua de um pote de barro permanece fresca apesar de haver calor, porque o barro permevel ao vapor de gua, permitindo assim a evaporao de parte da gua interior, que refresca a massa de gua restante.

Efeito Climtico do Solo

O solo tem muita inrcia trmica (j se explicou o que isto significa), o que reduz e retarda as variaes de temperatura entre o dia e a noite, e inclusivamente entre as estaes. A reduo da temperatura que se produz depende da profundidade e do tipo de solo. As espessuras para reduzir as variaes de temperaturas devem ser as seguintes:

- para reduzir as variaes dia noite, 20 - 30 cm;

- para reduzir as variaes entre dias de diferentes temperaturas, 80 a 200 cm;

- e para reduzir variaes Inverno - Vero, 6 - 12 m.

No entanto, na prtica no comum grandes profundidades em enterramentos de vivendas, mas tem surgido projectos de vivendas semienterradas para tratar de aproveitar esta capacidade de reduo do solo.

Perda de Calor em Edifcios (Inverno)

J se falou dos trs mecanismos de transmisso do calor. Numa vivenda, os trs funcionam para produzir perdas de calor. No interior da casa, o calor transmite-se entre os paramentos (muros, tectos, solos) principalmente por radiao, e entre os paramentos e o ar interior principalmente por conveco. O calor "viaja" atravs dos paramentos por conduo, para alcanar o exterior da casa, onde se dissipa por conveco e radiao. Para reduzir as perdas de calor, actua-se principalmente sobre o fenmeno de conduo atravs dos paramentos, intercalando uma capa de material termicamente isolante. Entretanto, deve-se ter ateno ao que chamamos de pontes trmicos, que so lugares de reforo ou juntas dos paramentos que podem ser construdos com materiais diferentes do resto, existindo por tanto uma descontinuidade da capa isolante. Estes lugares podem converter-se em vias rpidas de escape do calor.

Sem dvida, existe outra causa de perda de calor: a ventilao. Para que uma casa seja salubre necessita de um ritmo adequado de renovao de ar. Se esta renovao se realiza com o ar exterior, estamos perdendo ar quente e introduzindo ar frio. H que chegar a um compromisso entre a ventilao que necessitamos e as perdas de calor que podemos admitir, a no ser que se "preaquece" o ar exterior de alguma forma.

Mas mesmo que reduzamos a ventilao ao mnimo, uma baixa estanquecidade da casa pode forar a ventilao mesmo que no queremos, especialmente nos dias ventosos: so as infiltraes. Por isso, importante reduzir ao mximo este fenmeno, cuidando especialmente das juntas de fecho de portas e janelas.

Embora se reduza a ventilao e as infiltraes ao mnimo, quando h vento, a conveco forada, faz que o calor que se transmite do interior para exterior da casa se dissipe muito mais rapidamente no paramento exterior. A nica maneira de diminuir este fenmeno evitar que o vento galgue a casa, elegendo bem uma localizao onde a casa fica protegida dos ventos dominantes de Inverno, estabelecendo bem as barreiras naturais mediante a vegetao.

Microclima e LocalizaoO comportamento climtico de uma casa no s depende do seu desenho, como tambm est influenciado pela sua localizao: a existncia de acidentes naturais como montes, rios, pntanos, vegetao, ou artificiais como edifcios prximos, etc., criam um microclima que afecta o vento, a humidade, e a radiao solar que a casa recebe.

Assim, para se construir uma casa bioclimtica, o primeiro estudo tem que dedicar-se s condies climticas da regio e, depois, s condies microclimticas da localizao concreta.

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