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CRISTINA KANYA CASELLI
Fachada de edifício residencial em vidro no século XXI: clima, conforto e conservação de energia
Tese de Doutorado apresentada à Universidade Presbiteriana Mackenzie como requisito para obtenção de título de Doutora em Arquitetura e Urbanismo.
Orientadora: Prof. Dra. Gilda Collet Bruna
São Paulo
2011
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C337f Caselli, Cristina Kanya
Fachada de edifício residencial em vidro no século XXI: clima,
conforto e conservação de energia. / Cristina Kanya Caselli – 2011.
243 f. : il. ; 30cm.
Tese (Doutorado em Arquitetura e Urbanismo) - Universidade
Presbiteriana Mackenzie, São Paulo, 2011.
Bibliografia: f. 237-243.
1. Habitação. 2. Eficiência enérgica. 3. Fachada. 4. Vidro. I.
Título.
CDD 728
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CRISTINA KANYA CASELLI
Fachada de edifício residencial em vidro no século XXI: clima, conforto e conservação de energia
Tese de Doutorado apresentada à Universidade Presbiteriana Mackenzie como requisito para obtenção de título de Doutora em Arquitetura e Urbanismo.
Orientadora: Prof. Dra. Gilda Collet Bruna
Aprovada em: 2 de dezembro de 2011.
BANCA EXAMINADORA
__________________________________________________ Prof. Dra. Gilda Collet Bruna Universidade Presbiteriana Mackenzie
__________________________________________________ Prof. Dra. Maria Augusta Justi Pisani Universidade Presbiteriana Mackenzie
__________________________________________________ Prof. Dr. Dominique Fretin Universidade Presbiteriana Mackenzie
__________________________________________________ Prof. Dra. Cibele Haddad Taralli Universidade de São Paulo
__________________________________________________ Prof. Dr. Leonardo Marques Monteiro Universidade de São Paulo
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Ao Alexandre e Bruno
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AGRADECIMENTOS
Agradeço ao Fundo Mackenzie de Pesquisa pelo financiamento desta pesquisa, tanto para
impressões quanto concessão de bolsa de estudos.
Ana Carolina Granado, da Cebrace e Fernando Simões da Guardian pela atenção e
fornecimento de material sobre vidro e amostras.
Ao escritório Andrade & Morettin pelas informações disponibilizadas para a realização do
estudo de caso.
A Gilberto Luciano Filho, responsável técnico pela empresa Esquadrias Metálicas Califórnia,
pelas informações sobre peles de vidro.
Dominique Fretin, pelas conversas que tanto ajudaram a evolução da tese, e auxilio com os
gráficos solares.
Vânia Corrêa pelas correções.
Alexandre, por sua paciência e boa vontade em me ajudar durante todo o processo da
pesquisa e ao nosso Bruno, por nascer junto com este doutorado.
À minha família que com muito esforço, me fez chegar até aqui. Meus pais e irmão que
contribuíram cada um de seu jeito para enriquecer o trabalho.
À minha orientadora Gilda Collet Bruna, muito importante em todo o processo.
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Fachada de edifício residencial em vidro no século XXI: clima, conforto e conservação
de energia
Resumo
Os arquitetos têm fascínio pelo vidro, tanto que as peles de vidro estão por todas as cidades
do mundo, independente do clima local e uso da edificação. O vidro permite a integração do
interior com exterior e vice versa, sendo um importante instrumento para o projeto
arquitetônico se tornar vivo, útil. A solução da equação que abrange os fatores: fachada;
edifício residencial; vidro; clima; conforto e conservação de energia no século XXI está em
tirar vantagem das qualidades de transparência e resistência do vidro para criar fachadas
adaptadas a realidade climática local sem o prejuízo do conforto ambiental do usuário de
construções residenciais, voltadas ao mercado paulistano.
palavras chave: habitação, eficiência energética, fachada e vidro
Abstract
Architects have a fascination for the glass, as curtain walls are present on every city in the
world, regardless of the local weather and the usage of buildings. Glass allows the
integration between the interior and the exterior and vice-versa, playing an important role in
making an architecture project coming to life, useful. The solution for the equation that
involves: envelope; residential buildings, glass, weather, comfort and energy conservation on
21st century is taking advantage of the transparency qualities and resistance of the glass in
order to create envelopes fully adapted to the local climatic reality without harming the
environmental comfort of the residential buildings users, focused on the market from São
Paulo.
key words: housing, energy efficiency, and glass facade
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Sumário
Introdução ............................................................................................................. 9
1. Vidro .................................................................................................................13
1.1 Vidros empregados em fachadas 17
1.2 Características físicas do vidro 22
1.2.1 O vidro e o isolamento acústico 25
1.2.2 O comportamento do vidro diante da radiação solar: luz e calor 27
1.2.3 Vidro de controle solar 33
1.2.4 Vidros de controle solar disponíveis no mercado brasileiro 37
1.3 Considerações finais sobre o capítulo 40
2. Fachadas ..........................................................................................................43
2.1 Fachada residencial em vidro: conceito 45
2.2 Fachada como elemento de proteção do ambiente interno 47
2.3 Estruturas e sistemas de fachadas 51
2.3.1 Fachadas duplas ventiladas em vidro 64
2.3.2 Proteções solares para fachadas 68
2.5 Considerações finais sobre o capítulo 82
3. Clima e Conforto, componentes indispensáveis da arquitetura .................84
3.1 Clima ...............................................................................................................84
3.1.1 Classificações climáticas aplicadas à arquitetura 86
3.2 Conforto Ambiental ..........................................................................................93
3.2.1 O homem e o conforto 94
3.2.1.1 Referenciais numéricos de conforto 98
3.2.2 Conforto térmico 101
3.2.2.1 Insolação 101
3.3.2.2 Ventilação 109
3.2.2.3 Ventilação Natural 110
8
3.3 Conforto visual 119
3.3.1 Estratégias para utilização de iluminação natural (passiva) 123
3.4 Conforto acústico 132
3.5 Clima, conforto e fachadas 137
3.6 Considerações finais sobre o capítulo 143
4. Eficiencia energética .....................................................................................144
4.1 O consumo de energia no Brasil 149
4.2 PROCEL 151
4.3 Energia renovável: energia fotovoltaica 156
4.4 A produção de energia como elemento incorporado à arquitetura 162
4.5 Considerações finais 165
5. Panorama das fachadas envidraçadas na arquitetura residencial em São
Paulo ..................................................................................................................167
6. Estudo de Caso .............................................................................................175
7. Considerações Finais ...................................................................................215
Anexo A: Tabela de avaliação de envoltória do PROCEL Edifica .................222
Anexo B: Tabelas de radiação incidente geradas pelo programa Luz do Sol.223
Índice de figuras ................................................................................................225
Índice de gráficos ..............................................................................................232
Índice de quadros ..............................................................................................233
Índice de tabelas ...............................................................................................236
Referências ........................................................................................................237
9
Introdução
As edificações residenciais verticais apresentam tipologias mais restritas do que
edifícios comerciais e de uso institucional, não apenas em relação à complexidade
da sua forma, mas também quanto aos materiais utilizados em suas fachadas.
No Brasil, construções de edifícios residenciais são usualmente em alvenaria, com
caixilhos apenas nas aberturas. Mas, por que não experimentar outros materiais
também em fachadas residenciais?
Entre os materiais de alta tecnologia destaca-se o vidro, que já está consolidado no
mercado nacional, tanto em relação à confiabilidade de seu desempenho quanto ao
custo e disponibilidade para sua aquisição, motivo este que justifica a escolha do
vidro como material para fachadas de edifícios residenciais. Portanto destaca-se
como objeto da pesquisa, sistemas de fachadas envidraçadas para edifícios
residenciais verticais.
O vidro tem tido sua aplicação ampliada em edifícios residenciais no mercado
paulistano, principalmente em fechamentos de varandas e peitoris. Mas as peles de
vidro, isto é, a vedação vertical em vidro, com estrutura metálica independente do
edifício, ainda predomina em construções comerciais, aparecendo timidamente em
alguns lançamentos residenciais como o Ciragan, do arquiteto Itamar Berezin, e de
forma predominante no edifício Vitra, projeto do arquiteto Daniel Libeskind.
Mas por que utilizar o vidro em fachadas de edifícios residenciais? Uma das razões
para essa escolha é o fato de o vidro ser um material que tem alcançado avanços
quanto ao seu desempenho, quando aplicado à construção civil. Novos produtos,
como os vidros de controle solar, são fabricados no Brasil e estão disponíveis no
mercado. Outros tipos de vidros, que têm surgido com o propósito de ampliar ainda
mais a sua utilização em fachadas, são os vidros que, em sua tecnologia,
incorporam células fotovoltaicas, além dos vidros reativos que mudam suas
propriedades de transparência com as diferenças de temperatura e com descargas
elétricas (termocrômicos e eletrocrômicos) (KNAACK, KLEIN, et al., 2007, p. 122).
A diversidade dos produtos de vidro para fachadas tem aumentado, mas sua
utilização depende de conhecimento técnico para que a aplicação seja adequada à
realidade climática local. Um vidro utilizado de forma equivocada pode gerar
10
ambientes extremamente quentes, exigindo alto consumo energético para
compensar esse superaquecimento.
A grande questão que envolve o uso do vidro em fachadas residenciais em São
Paulo é a especificação do produto, para que se consiga melhor desempenho, sem
a necessidade da utilização de equipamentos mecânicos de condicionamento de ar.
Para tal, é necessário conhecer as características dos vidros e a insolação incidente
nas fachadas. Portanto, surgem as seguintes preocupações, quando se pensa no
uso de pele de vidro em edifícios das cidades de clima tropical, como São Paulo:
Superaquecimento
Ofuscamento
Alto consumo energético
Tipo de vidro e seu comportamento nas orientações das fachadas do edifício
O objetivo da pesquisa nesta tese é o conhecimento das possibilidades que cercam
a utilização do vidro em fachadas residenciais e das vantagens de uso desse
material. Tal conhecimento pode promover a diversificação de opções de tipos de
fachadas para edifícios residenciais, utilizando o potencial do vidro em relação ao
uso da iluminação natural e à produção de energia. Como objetivo específico
consideram-se os vidros cujas características atendem às necessidades de conforto
ambiental para residências na cidade de São Paulo.
Para o desenvolvimento desta pesquisa, parte-se da hipótese que o vidro é um
material com potencial para ser utilizado em fachadas de edifícios residenciais, sem
prejudicar o conforto ambiental de seus usuários, e que se mostra, ainda,
energeticamente eficiente, ou seja, independente do uso de equipamentos de ar
condicionado. Para tanto, buscam-se informações que comprovem ser o vidro um
material adaptável às necessidades da arquitetura, colaborando para o equilíbrio
entre conforto ambiental interno e eficiência energética.
Buscando comprovar essa tese, organizou-se a pesquisa de modo a verificar o
potencial do vidro em fachadas de edifícios residenciais em São Paulo, sem
prejudicar o conforto ambiental dos usuários, garantindo a eficiência energética. A
metodologia é qualitativa, baseada na análise de um único caso. Justifica-se a
escolha de um caso único devido a dificuldade de encontrar edifícios que se
enquadrem dentro dos parâmetros necessários, e a possibilidade de utilizá-lo como
11
um piloto para analise de outros edifícios (YIN, 2001). Esta metodologia tem como
objetivo tornar o caso analisado como exemplo para generalizações sobre estudo de
viabilidade de edifícios residenciais envidraçados sem comprometer o conforto
ambiental e consumo energético. Para tanto, metodologicamente, a pesquisa foi
dividida em cinco partes, as duas primeiras relativas ao revestimento de vidro de
fachadas e suas implicações quanto ao conforto, e as demais partes vinculando os
conhecimentos obtidos na primeira parte com a arquitetura residencial vertical:
1. Levantamento de referências bibliográficas sobre o vidro, analisando suas
características físicas e dados existentes em catálogos técnicos dos produtos
fabricados no Brasil.
2. Levantamento de referências bibliográficas relativas às variáveis que influem no
desempenho da arquitetura residencial envidraçada. Entre estas estão sistemas
de fachadas, conforto ambiental e clima local e, também, eficiência energética.
3. Análise do panorama das fachadas residenciais em empreendimentos lançados
na cidade de São Paulo.
4. Estudo de caso do edifício Fidalga 772, utilizando-o para análise do potencial
dos vidros, focalizando:
Levantamento de informações sobre o clima local e o entorno.
Quantificação da incidência da radiação sobre as fachadas.
Análise do volume arquitetônico.
Análise das qualidades dos vidros disponíveis no mercado brasileiro
que se enquadrem às necessidades da fachada do edifício utilizado
como exemplo.
Simulações de desempenho dos vidros, em situações distintas de
fachadas sob condições extremas de temperatura.
Parte qualitativa sobre as fachadas residenciais em vidro.
Análise e discussão dos resultados obtidos.
5. Considerações finais.
No primeiro capítulo são levantadas características físicas do vidro e os tipos
disponíveis no mercado brasileiro. A análise dos dados das duas empresas
produtoras, CEBRACE e Guardian, é importante para que se possam criar,
12
posteriormente, conexões com as respostas do vidro quanto à necessidade de
conforto ambiental, ao tipo de envoltória e à eficiência energética.
O capítulo 2 apresenta conceitos de fachada e sistemas estruturais que utilizam o
vidro como vedação. Nesse capítulo são ressaltadas formas de fixação e
consequentes diferenças de desempenho dos materiais empregados como estrutura
e vedação, resultando em reações diferentes quanto ao conforto ambiental e à
eficiência energética de ambientes internos.
O terceiro capítulo traz conceitos sobre o clima e a teoria sobre o conforto ambiental.
Esses conceitos são aproveitados para compreender a relevância das fachadas em
relação ao clima e ao conforto ambiental. O capítulo 3 traz informações para que,
através da análise do contexto climático e de necessidades de conforto, se
obtenham respostas positivas da arquitetura, isto é, um desempenho condizente
com o esperado.
A eficiência energética na arquitetura é retratada no capítulo 4, no qual se estipulam
conceitos e se levantam questões sobre a utilização da energia no âmbito
residencial. Detalhando inclusive a utilização da envoltória como fonte geradora de
energia renovável, como, por exemplo, o uso de componentes vítreos de fachada
com células fotovoltaicas incorporadas.
O capítulo 5 traz um panorama geral da arquitetura de edifícios residenciais em São
Paulo, mostrando tipologias e materiais empregados disponíveis no mercado. A
partir do levantamento de informações sobre empreendimentos lançados nos últimos
dois anos, na zona sul, é possível perceber uma tendência na incorporação do vidro
como elemento de fachadas, utilizado em varandas e peles de vidro, nas novas
construções.
O capítulo 6 apresenta um edifício como estudo de caso, para que se efetuem as
análises do potencial do vidro. O edifício Fidalga 772 tem o seu entorno observado,
para que se estipulem as interferências dos edifícios vizinhos na insolação do
mesmo. Em seguida, são levantados os períodos em que o sol atinge cada uma das
fachadas e a quantidade de radiação incidente. Tipos de vidros de controle solar
existentes no mercado nacional são analisados e seu desempenho testado, diante
de situações críticas, para checar o potencial do vidro como material de fachada em
uma construção residencial. Finalizando esse capítulo, seguem as análises e
discussões dos resultados encontrados durante a pesquisa.
13
1. Vidro
O vidro, tem qualidades que precisam ser conhecidas para se determinar como e
quando esse material pode ser utilizado em fachadas residenciais, para o
aproveitamento das vantagens que tem a oferecer. O estudo de tais qualidades está
associado à radiação solar e a transmissão do ruído, mostrando de que modo o
vidro reage a esses elementos, interferindo na sua capacidade de garantir o conforto
térmico1, ou seja, na determinação da relação entre clima interno e externo.
Como se observa, o vidro é um dos mais antigos materiais de construção. Estima-
-se que sua origem date de aproximadamente 500 A.C., na Mesopotâmia, e 400
A.C., no Egito (SCHITTICH, STAIB, et al., 2007, p. 10). Com o desenvolvimento de
ferramentas, tais como os sopradores, a produção do vidro foi revolucionada,
permitindo que se produzissem vasos, já em 200 A.C. Posteriormente, os Romanos
passaram a criar um método de fundição, ou modelagem, que possibilitou a
produção dos primeiros vidros translúcidos e planos (HERZOG, KRIPPNER e LANG,
2008, p. 183). Foi nessa época dos romanos que o vidro começou a ser utilizado em
molduras de madeira ou bronze, ou até mesmo sem caixilho. Foram encontrados
indícios de vidros utilizados na arquitetura nas Villas de Pompéia e Herculaneum e
em banhos públicos romanos. Os panos de vidro utilizados nas janelas da época
mediam em torno de 30cm x 50cm e eram translúcidos, permitindo a entrada da luz
sem a visualização do interior (SCHITTICH, STAIB, et al., 2007, p. 10)
Segundo Schittch e Staib (2007, p. 11), foi durante o século XVII que se iniciou a
popularização do vidro na arquitetura. O material deixou de ser exclusividade de
igrejas e monastérios, passando a ser utilizados em palácios e residências de
pessoas abastadas. Até então, o vidro ainda era um material caro, portanto
disponível para poucos.
Com o passar dos tempos, foram surgindo novas técnicas de produção, com o
intuito de melhorar a qualidade do produto. O vidro permaneceu um luxo até o
século XIX, quando se aprimoraram os processos de sua produção (SCHITTICH,
STAIB, et al., 2007, p. 11). O processo industrializado de produzir o vidro iniciou-se
no século XIX, quando seus produtores passaram a usar o carvão em vez de
madeira em seus fornos. Embora nessa evolução tecnológica tenha havido a
1 O conceito de conforto térmico será aprofundado no capítulo 3.2
14
redução da quantidade de combustível para gerar a energia necessária para a
produção, de fato o vidro ainda continuava curvo. Segundo Hegger, Auch-Schwelk e
Fuc (2006, p. 84), foi apenas em 1959 que os produtores conseguiram produzir vidro
realmente plano. O processo float de fabricação do vidro, criado por Alaistar
Pilkington, em 1952, foi o primeiro a conseguir como resultado o vidro plano. Este
novo processo utilizava um suporte de estanho derretido para o vidro líquido, para
que a massa se espalhasse uniformemente. Foi essa ideia que possibilitou que o
vidro, finalmente, resultasse realmente plano e com acabamento liso (WIGGINTON,
2004, p. 64).
Nos Estados Unidos, o edifício de apartamentos projetado por Mies Van Der Rohe,
Lake Shore Drive, em Chicago (1950-1951), foi um importante marco para a
arquitetura residencial multifamiliar (SCHOENAUER, 2000, p. 432). A fachada dos
dois edifícios que compreendem o Lake Shore Drive é bem marcada pela modulação
da estrutura (lajes e pilares) e, entre os pilares, por caixilhos de vidro que abrangem
todo o pé-direito (Figura 1). Esse foi um dos primeiros arranha-céus residenciais, no
qual foi utilizado o vidro em uma grande área da fachada. No entanto, esse uso
extensivo do vidro trouxe problemas de ganho de calor, principalmente na fachada
oeste, que recebia o sol da tarde, exigindo soluções posteriores à conclusão da
obra, tais como persianas internas e aparelhos de ar condicionado (SCHOENAUER,
2000, p. 434), trazendo à tona dúvidas quanto ao emprego do vidro em grandes
extensões de fachadas residenciais.
15
Figura 1: Fachada do Lake Shore Drive de Mies Van Der Rohe Fonte: (ZIMMERMAN, 2006, p. 66)
Durante a década de 1970, com a crise do petróleo, as fachadas de vidro foram
questionadas devido à sua dependência de energia para manter os ambientes
internos agradáveis, pois, até então, os vidros ainda não apresentavam
acabamentos que permitem a passagem seletiva da radiação solar. Esse receio do
mercado fez com que a indústria do vidro pesquisasse novos produtos, com
características que minimizassem os efeitos da radiação solar no interior dos
edifícios (SCHITTICH, STAIB, et al., 2007, p. 42).
Além da questão do consumo energético durante o uso do edifício envidraçado, a
produção do material requer alto gasto energético. A fim de compensar esse gasto, a
indústria percebeu que poderia trabalhar com a reciclagem, isto é, com a utilização
de cacos de vidro para a produção e, assim, diminuir consideravelmente o consumo
de energia (HEGGER, AUCH-SCHWELK e FUC, 2006, p. 85). Keneth Yeang (2008,
p. 374) aponta que a utilização de fragmentos de vidro na fabricação de novos
produtos pode reduzir em 32% o consumo total da energia necessária no processo,
além de reduzir em 20% a poluição do ar e em 50% a poluição da água. Importante
lembrar que a CEBRACE2 e a Guardian utilizam cacos na produção de vidros novos,
visando reduzir a quantidade de matéria prima e energia necessárias.
Aproximadamente 25% da matéria prima indispensável para a produção é composta
por fragmentos de vidro, cuja origem pode ser resultado da quebra durante o
2 Indústria de vidro visitada durante a pesquisa
16
processo produtivo ou retorno de cacos de vidros vendidos pela mesma fábrica ou,
ainda, produzido pela mesma indústria que irá reciclar esse vidro.
Observa-se, assim, que, além de reciclável, o vidro é um material de alto potencial
de reaproveitamento, pois, ao se demolir uma obra, as vidraças existentes em
caixilhos podem ser utilizadas em outra obra. A única dificuldade reside no fato de
alguns tipos de vidro como, por exemplo, o temperado, não permitirem cortes após o
processo da têmpera. O vidro comum pode ser 100% reciclável, acarretando, por
essa característica, uma diminuição dos gastos de energia e de matéria prima na
fabricação de novos produtos, além de diminuição da quantidade de resíduos cujo
destino são os lixões3.
O vidro era, a princípio, um material de preço elevado, consequência das
dificuldades de sua produção4. Por esse motivo, foi empregado inicialmente apenas
em edifícios comerciais, visto que grandes empresas possuem recursos suficientes
para arcar com essa despesa. Além do mais, a corporação pode se valer do
destaque alcançado no mercado pelo edifício, como um elemento promocional.
Pode-se citar como exemplo a torre envidraçada da Swiss Re (resseguradora), em
Londres, projeto do arquiteto Norman Foster, que se tornou uma marca da empresa.
No âmbito da habitação multifamiliar, dificilmente há viabilidade econômica da
aplicação de materiais de tecnologia de ponta e de preço elevado, visto que o
consumidor final é que vai arcar com o custo. Por esse motivo, diversas indústrias
estão produzindo vidros de controle solar coloridos e translúcidos, o que provocou a
popularização desse produto, diminuindo o custo e permitindo sua utilização,
inclusive em edifícios residenciais.
3 Disponível em: www.abividro.org.br/index.php/25. Acessado em: 03.06.2011.
4 Os processos principais de produção do vidro que permaneceram até o século XIX, foram o sopro de cilindro e
o processo crown. No processo de sopro de cilindro a bolha de vidro sofre ação da força centrípeta quando movimentado pelo homem criando cilindros que são cortados posteriormente para gerar planos de vidro. Já o processo crown consiste em soprar e girar, moldando uma bolha de vidro até transformá-la em um grande disco (SCHITTICH, STAIB, et al., 2007, p. 10). O processo crown, por causa do método de produção, tem no centro uma marca, chamada de olho de boi. Já o Float glass tem superfície plana, sendo resultado da flutuação do
vidro líquido, a uma temperatura de 1100ºC, em uma banheira com estanho derretido. O vidro flutua, por ser mais leve, solidificando-se lentamente. Rolos regulam a espessura das chapas, entre 1,5 mm e 12 mm. O maior tamanho de uma placa de vidro produzida por este processo é de 3,20 x 6,0 m. Estas informações foram adquiridas durante visita à fábrica da CEBRACE, unidade Caçapava, em 04 de fevereiro de 2010.
17
Figura 2: Edifício da Swiss Re, em Londres (1997-2004), projetado por Norman Foster Imagem disponível em: http://rickoshea.files.wordpress.com/2008/04/swissre.jpg. Acessado em:
14.10.2009
1.1 Vidros empregados em fachadas
Com a industrialização do processo produtivo do vidro, este passou a ser
empregado em todas as construções, sejam elas residenciais ou comerciais. Em
toda obra há pelo menos uma janela na qual o fechamento é feito em vidro. A
popularização do material, aliado a técnicas que o viabilizaram, possibilitou a sua
utilização em superfícies cada vez maiores, e vem ganhando espaço em fachadas
em todos os países do mundo.
Os tipos de vidro existentes no mercado são consequência de processos de
beneficiamento, quer seja pela aplicação de películas ou por tratamentos térmicos
(têmpera) ou químicos. No Quadro 1 foram separados os tipos de vidros comumente
utilizados na arquitetura e algumas de suas características. O vidro float, que é
resultado de um processo produtivo que gera vidros planos transparentes, é um dos
mais populares no mercado, podendo inclusive receber tratamentos para adquirir
propriedades de controle solar, muito úteis na utilização do material em fachadas.
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TIPO DE VIDRO CARACTERÍSTICAS
Float Glass5 Vidro de alta qualidade, plano. Ele é a base de praticamente todos os vidros utilizados em fachadas. O tamanho máximo da placa é 3,21 m por 6,0 m e espessuras entre 2 e 19 mm.
Sheet Glass (folha de vidro)
Vidro manufaturado industrialmente e transparente, de qualidade um pouco inferior ao float glass, o que pode ser atribuído ao método de ―modelagem‖ do vidro. As corrugações e ondulações são perpendiculares ao sentido do vidro, visíveis quando se olha pelo vidro e por sua reflexão.
Rolled Glass (vidro com textura)
É um vidro produzido por um processo constante, no qual rolos são utilizados para produzir os painéis de vidro e permitem todo tipo de textura e superfícies. Esse tipo de vidro é muito utilizado quando há necessidade de privacidade e de conseguir a difusão da luz do dia. O tamanho depende do fabricante.
Wired Glass (vidro aramado)
Como o rolled glass, o aramado também é produzido entre rolos. A grande diferença entre esses dois processos é que, durante o processo, é inserida uma tela metálica. Essa tela tem a função de melhorar a segurança e a resistência ao fogo. O metal corre o risco de enferrujar, havendo a necessidade de proteger as regiões fora da massa do vidro, para que o aumento de tamanho do metal, devido à oxidação, não quebre ou mude a cor do material. As dimensões máximas das placas são 1,98 m por 3,82 m.
Profiled glass (vidro perfilado - channel glass)
É produzido em um outro processo que compreende rolos, por onde a faixa de vidro, ainda quente, passa e é dobrada em formato de ―U‖. Esse formato permite grande resistência a cargas, possibilitando que fachadas sejam executadas sem barras estruturais.
Hollow glass block (tijolo de vidro)
Processo no qual dois meio-blocos são colocados juntos, ainda quentes. O resfriamento do ar dentro do bloco leva a um vácuo parcial, que melhora suas propriedades de isolamento térmico e previne a condensação de água. Paredes de tijolo de vidro não suportam cargas verticais e não podem ser consideradas portantes. O tamanhos são 15 cm x 15 cm e 30 cm x 30 cm, com espessura de 8 cm a 10 cm.
Thick pressed (vidro prensado)
É um bloco sólido de vidro produzido em um processo durante o qual o material é comprimido. Este tipo de vidro tem qualidades portantes, mas, devido ao seu baixo coeficiente de isolamento térmico, tem sua utilização restrita.
Vidro laminado O vidro laminado é composto por 3 camadas: 2 de vidro comum, nas superfícies externas, e uma película vinílica de Polyvinil Butyral (PVB) entre eles. É considerado um vidro de segurança, pois, quando quebra, os cacos permanecem unidos devido à existência da película de PVB. Este material oferece grande resistência a choques.
Vidro temperado O vidro temperado passa pelo processo de têmpera, que altera a temperatura do material de forma abrupta, melhorando o comportamento a rachaduras e aumentando sua resistência à tensão. Podendo ser portante, além de considerado de segurança.
Quadro 1: Tipos de vidros utilizados em fachadas e suas características. Quadro elaborado pela autora, com base em: HERZOG, 2008, p. 184-185.
5 O Float glass resulta em um vidro de alta qualidade, limpo e com superfície plana. Ele é produzido pela flutuação do vidro
líquido, a uma temperatura de 1100ºC, em uma banheira com estanho derretido. O vidro flutua, por ser mais leve, solidificando-se lentamente. O maior tamanho de uma placa de vidro produzida por este processo é de 3,20 x 6,0 m. Estas informações foram adquiridas durante visita à fábrica da CEBRACE, unidade Caçapava, em 04 de fevereiro de 2010.
19
Vidros texturizados, aramados e perfilados normalmente são utilizados quando não
há necessidade de transparência, isto é, quando a privacidade é primordial. Os
vidros aramados permitem que, em caso de quebra, os estilhaços permaneçam
unidos e, além disso, também resiste bem ao fogo (HEGGER, AUCH-SCHWELK e
FUC, 2006, p. 86), sendo um precursor dos vidros laminados em relação à
segurança. Porém, segundo a norma europeia DIN (Deutsches Institut für Normung -
Instituto Alemão de Normalização) 18361, esse vidro não pode ser considerado
seguro. Os blocos de vidro, por sua vez, comuns em detalhes de fachadas nas quais
se quer deixar a luz entrar e, ao mesmo tempo, manter a privacidade, não resistem a
esforços verticais, já que não têm características portantes; o vácuo existente em
seu interior, por outro lado, melhora suas qualidades térmicas e acústicas. Os blocos
prensados de vidro (sólidos) têm baixo coeficiente de isolamento térmico,
desestimulando o seu uso em fachadas.
Há também os vidros curvos que podem compor fachadas com volumes orgânicos,
como o exemplo do Innsbruck Nordpark Cable Railway (Figura 3), projetado por
Zaha Hadid. Essa maneira de moldar o vidro abre a possibilidade de formas nada
ortogonais à arquitetura, fato dificilmente alcançado com a alvenaria convencional,
limitada pelas possibilidades de curvatura alcançada com a colocação dos blocos.
Figura 3: Innsbruck Nordpark Cable Railway, projetado por Zaha Hadid, com vidros brancos curvos. Imagem disponível em: http://www.allcity7.com/attachment.php?attachmentid=2663&d=1297267216. Acessado em: 14.10.2009
Destaca-se, também, que o vidro comum é um material suscetível a quebras, tanto
por diferenças bruscas de temperatura quanto por choques mecânicos. Essa
fragilidade pode reduzir a segurança, no caso de fachadas de edifícios. Para tal uso
há também disponíveis no mercado vidros que apresentam maior resistência a
choques e não oferecerem riscos à segurança dos usuários quando entram em
colapso, visto que permanecem presos aos caixilhos.
20
Com o intuito de melhorar a resistência do vidro, de modo que possa receber
tratamentos térmicos ou químicos, desenvolveram-se alguns tipos de acabamentos
para esse material. Um deles é o tratamento térmico, que pode ser feito de duas
formas, sendo que, em uma delas, a temperatura é alterada bruscamente e, na
outra, lentamente, resultando em vidros iguais, mas com padrão de cacos diferentes
(SCHITTICH, STAIB, et al., 2007, p. 67). Outro tipo de tratamento é a têmpera6, que
consiste no aquecimento do vidro a aproximadamente 600ºC, seguido de
resfriamento abrupto, com uma rajada de ar frio, o que provoca um stress no
material, gerando uma tensão no centro e compressão nas superfícies. Esse tipo de
tratamento reduz o brilho do material, mas melhora o comportamento a rachaduras e
aumenta a resistência à tensão. O vidro temperado pode ser portante, além de ser
considerado seguro, já que a quebra se dá em pedaços muito pequenos que não
causam cortes (HEGGER, AUCH-SCHWELK e FUC, 2006, p. 87). Há também o
vidro laminado, que funciona com a sobreposição de camadas de vidro comum e
película vinílica de Polyvinil Butyral (PVB), combinando a dureza e a durabilidade do
vidro com a flexibilidade do plástico. Uma das grandes vantagens desse material é a
segurança, pois, quando há quebra, os cacos permanecem unidos devido à
existência da película de PVB. A resistência a choques também é grande, resistindo
a tiros de revólver e até mesmo a explosões (WIGGINTON, 2004, p. 263). Existem
também vidros que podem ter suas características quanto à resistência alteradas
quimicamente. Nesse processo há uma troca iônica, isto é, acontece a imersão da
chapa de vidro em uma substância de sais derretidos, na qual os íons de sódio,
presentes na superfície do vidro, são substituídos por íons maiores do sal,
aumentando a resistência a choques mecânicos e térmicos das superfícies e bordas
do material (SCHITTICH, STAIB, et al., 2007, p. 68).
Os vidros de segurança (aramados, laminados ou temperados) são exigidos para o
uso em fachadas, quando houver vidraças acima do pavimento térreo. Sua utilização
é dispensada quando aplicado sobre parapeito de 1,1 m de altura acima do térreo. A
norma busca garantir a integridade física dos usuários do edifício e dos pedestres
(NBR7199, 1989).
Uma das mais recentes conquistas da indústria do vidro foi a incorporação de
células fotovoltaicas, com o intuito de produzir energia (ROAF, FUENTES e
6 nome dado ao tratamento térmico ao qual o vidro é submetido.
21
THOMAS, 2001, p. 167). No caso do New Meyer Hospital7, células fotovoltaicas
foram integradas às vidraças que envolvem o edifício (Figura 4), integrando a
produção de energia ao projeto arquitetônico.
Existem três pontos importantes a serem observados em relação à aplicação de
vidros em fachadas: em primeiro lugar, a resistência do vidro em relação a choques
e impactos; em segundo, suas características de segurança; e, por último, suas
propriedades em relação aos ruídos e à radiação solar, respectivamente
responsáveis pelo conforto acústico e térmico.
O bom funcionamento de um sistema de fachada envidraçada depende, além da
integração entre estrutura e arquitetura, da vedação com o vidro especificado,
considerando aspectos formais (arquitetura) e funcionais (insolação). Esse tipo de
decisão deve contar com o auxílio de um especialista que especifique a melhor
opção de material, segundo as condições locais do clima e de projeto, buscando o
melhor desempenho em termos acústico, térmico e energético (Modificações nas
normas devem redesenhar mercado de esquadrias, 2010).
Figura 4: New Meyer Hospital, em Florença, Itália. A cobertura de vidro recebe película que contem células fotovoltaicas. Imagem disponível em: http://www.acca.it/euleb/en/p16/index_s7.html. Acessado em: 14.10.2009
A importância do vidro permanece alta, quando se pensa nas fachadas do futuro,
devido à multifuncionalidade que o vidro tem alcançado. Já se pode perceber uma
série de desenvolvimentos para aumentar o desempenho do vidro, adaptando um
7 Informações no site European high quality low energy buildings. Disponível em:
http://www.acca.it/euleb/en/p16/index_s7.html. Acessado em: 25.02.2011
22
mesmo produto a diversas funções simultâneas, como controle solar e produção de
energia. Esses novos produtos para fachadas envidraçadas estão sendo
desenvolvidos de forma que não haja perda de sua característica básica, que são a
pouca espessura, transparencia e a translucidez, possibilitando a criação de
materiais que reajam de acordo com as situações climáticas, permitindo o controle
do calor, da luz e até mesmo da privacidade, tudo em um mesmo material.
1.2 Características físicas do vidro
O vidro era um material tradicionalmente frágil e quebradiço, porém, através dos
tempos, transformou-se em um material de construção de alto desempenho
(resistência à choques mecânicos, superfície plana e transparência) e versatilidade,
podendo inclusive ser portante e também parte importante do controle do clima
interno de uma edificação (SCHITTICH, STAIB, et al., 2007, p. 50).
Amorfo, o vidro é feito de material cru e inorgânico, podendo assim ser chamado de
Líquido Solidificado. A composição do vidro é basicamente areia, soda e cal, que
são derretidos para a sua produção. O processo produtivo do vidro consiste,
primeiramente, no derretimento de areia de quartzo sob alta temperatura (1700ºC).
Esta pode ser reduzida para 1200ºC ou 1600ºC, quando misturada a elementos
como o carbonato de sódio (Na²CO³) ou carbonato de potássio (K²CO³), reduzindo a
quantidade de bolhas de ar e a quantidade de energia consumida na sua produção.
O vidro semilíquido, ainda quente, é moldado sobre base líquida de estanho, ou
soprado, depois resfriado e, por último, cortado no tamanho e forma desejados. O
corte do vidro é feito com uma roda de corte de diamante ou aço de extrema
resistência; o grande problema, nesta etapa do processo, é o surgimento de
rachaduras, que podem ser evitadas utilizando-se o corte molhado (HEGGER,
AUCH-SCHWELK e FUC, 2006, p. 85).
Wiggington (2004, p. 243) destaca uma série de características físicas do vidro
aplicado à construção civil: capacidade de transmitir, refletir e absorver a radiação
(luz e calor); índice de refração; propriedades térmicas; resistência; dureza e
resistência à abrasão; durabilidade química; resistência ao clima; peso específico
(densidade); resistência ao fogo e capacidade de atenuar o som.
23
O Quadro 2 mostra uma separação, feita pela autora, das características físicas do
vidro, de acordo com áreas de atuação, observando quando há: relação com a
transparência do material; relação com a resistência a danos que possam ocorrer;
problemas decorrentes da manipulação e capacidade de isolar o som. Apenas as
características relacionadas à transparência e ao som têm relação direta com esta
pesquisa, detalhadas a seguir.
GRUPO CARACTERÍSTICA DESCRIÇÃO
Transparência Capacidade de transmitir, refletir e absorver a radiação (luz e calor)
Quanto de radiação passa pelo vidro.
Índice de refração Quanto a luz é deslocada de sua trajetória inicial.
Resistência Propriedades térmicas Responsável pelo desempenho mecânico do vidro em relação à mudanças bruscas de temperatura
Resistência Capacidade de suportar tração, compressão, flexão, torção e cisalhamento.
Dureza e resistência à abrasão
Resistência a riscos e desgaste.
Durabilidade química Resistência a produtos químicos, principalmente os utilizados para limpeza.
Resistência ao clima Resistência à exposição ao tempo
Fogo O vidro simples usado em janelas não suporta o fogo, mas a associação com películas aumenta sua capacidade de resistência.
Manipulação Peso específico Relação com o manejo do material, transporte, concertos e suportes (sustentação). Essa pode ser uma característica aproveitada no isolamento acústico.
Isolamento Capacidade de atenuar o som
O uso de uma única folha de vidro tem desempenho limitado quanto ao isolamento acústico, mas a combinação de duas folhas pode levar a bons resultados quanto ao isolamento acústico.
Quadro 2: Características físicas do vidro como é aplicado à construção civil. Elaborado pela autora com base em: (WIGGINTON, 2004)
24
Uma das características do vidro, de maior interesse para a arquitetura, é a maneira
como se dá a transmissão da luz. Um feixe de luz incidente sobre uma superfície de
vidro (Figura 5) é parcialmente refletido, sendo o restante absorvido. A parcela
absorvida tem o feixe desviado, ou refratado, fenômeno que ocorre devido à maior
densidade do material; mesmo assim, parte da energia luminosa é perdida por
absorção durante a passagem pelo vidro. Na superfície oposta, a reflexão e refração
se repetem, havendo novo desvio no caminho da luz.
O índice de refração anuncia em que medida o vidro acaba distorcendo as imagens
e a própria luz, dependendo do comprimento de onda da radiação incidente e das
características do vidro, quanto à sua capacidade de alterar a velocidade da energia
da onda de luz8.
Figura 5: Feixe luminoso através de vidro comum. Disponível em: http://osfundamentosdafisica.blogspot.com/2010_12_01_archive.html. Acessado
em: 16.05.2011, alterado pela autora. F - feixe de luz incidente R1 - refração quando a luz entra no vidro R2 - refração quando a luz sai do vidro X - luz refletida A - parcela da energia luminosa absorvida
A transmissão do calor através do vidro acontece de três formas: por condução
(transferência do calor entre dois corpos em contato); por convecção (transmissão
do calor entre o vidro e o ar) e por radiação (troca de calor entre corpos com
diferentes temperaturas). Todas essas trocas de calor sempre acontecem no sentido
do corpo mais quente para o mais frio, e este fluxo térmico depende da
condutividade do material, no caso do vidro 1,0W/(m.K)9.
8 Informações disponíveis em: http://www.rc.unesp.br/igce/petrologia/nardy/mon.html. Acessado em
18.02.2011. 9 Informações disponíveis no site da Indústria produtora de vidros Saint Gobain: http://pt.saint-gobain-
glass.com/upload/files/3.1.5_o_vidro_e_o_isolamento_t_rmico.pdf. Acessado em: 20.02.2011
X
A
X R2 R1
F
25
O vidro como isolamento acústico tem, no caso de folha simples, um desempenho
limitado, mas quando em sistemas múltiplos, isto é, quando combinadas diferentes
espessuras de vidro, há maior controle das vibrações das frequências críticas,
amortecendo seletivamente o som. O espaçamento entre vidros duplos
convencionais, ainda com uma camada de material absorvente, pode proporcionar
um bom desempenho acústico (GIACOMINI, 2004).
A seguir apresentam-se as propriedades do vidro em relação ao som, luz e calor,
características diretamente relacionadas ao desempenho de uma edificação, quanto
ao conforto e eficiência energética.
1.2.1 O vidro e o isolamento acústico
O som é um tipo de energia transmitida por meio de ondas, seja pelo ar ou pelo
meio, resultando em percepção auditiva, sendo que o ruído se afirma quando essa
percepção é desagradável (MILANI e ANDREASI). Portanto, o ruído pode atrapalhar
o conforto acústico em um espaço interno, tanto pelo ar quanto pela própria
construção. Visando estabelecer parâmetros para que a arquitetura busque
eficiência no conforto acústico, foi criada a NBR 15575/ 2008, tratando do
desempenho de edifícios habitacionais de até cinco pavimentos. A norma avalia o
desempenho acústico referente às divisões internas, pisos e fachadas de edifícios
residenciais (NETO e BERTOLI, 2008).
O conforto acústico pode ser alcançado de duas formas: utilizando materiais que
isolam o som, impedindo sua passagem, ou materiais que absorvem, minimizando a
reflexão. Os materiais isolantes normalmente são pesados e densos, como é o caso
do concreto, do chumbo e do vidro. Os absorventes, pelo contrário, são porosos,
leves e fibrosos, como o isopor e a cortiça.
Portanto, o vidro, sendo um material denso, pode satisfazer as necessidades de se
atenuarem os ruídos externos, funcionando como isolante. Até mesmo o vidro
simples, aliado a sistemas de fixação com boa vedação, pode ter serventia como
isolante acústico. O ideal para que se consiga um controle de sons e vibrações é o
vidro duplo, com camadas. O vidro laminado também apresenta boa capacidade
acústica, quando comparado ao vidro simples (WIGGINTON, 2004, p. 247).
26
O Quadro 3 mostra a capacidade dos diversos tipos de vidro em atenuar o ruído.
Para tal é utilizada o STC (Sound Transmission Class) que é uma escala que
classifica superfícies de acordo com sua capacidade de atenuar o som em uma faixa
de frequência entre 125 - 4000 Hz10. Quanto maior o valor do STC (Sound
Transmission Class) maior é a capacidade do material de barrar ruídos. A diferença
entre os valores do STC de um vidro comum e do vidro duplo pode chegar a 10 STC
(Sound Transmission Class), havendo melhor desempenho, comparativamente, do
vidro laminado em relação ao duplo. Dos três vidros laminados constantes no quadro
acima, dois deles têm STC de 37 e um deles de 35, enquanto o vidro duplo tem STC
de 31, 35 e 37. A combinação de vidro duplo com laminado é a mais eficiente, por
oferecer a melhor capacidade de barrar ruídos. Pode-se citar como exemplo uma
combinação de vidro duplo com laminado, que pode alcançar STC de 41,
demonstrando ser possível o isolamento do som, transformando gritarias em
murmúrios11.
Quadro 3: Quadro relacionando os tipos de vidro e sua capacidade de isolar o som em diversas frequências. 1. Vidro monolítico; 2. Vidro laminado; 3. Vidro duplo; 4. Vidro duplo laminado.
Erro! A referência de hiperlink não é válida.. Acessado em: 19.05.2011.
O isolamento acústico de sistemas de fachadas e caixilhos geralmente não depende
apenas das características do vidro em si, mas também da estrutura e da instalação
dos mesmos. Outro ponto crucial para a manutenção do conforto acústico é a
vedação das partes da janela que se abrem (SCHITTICH, STAIB, et al., 2007, p. 81).
10
Informações disponíveis em: http://www.stcratings.com/. Acessado em: 06.12.2011 11
Informações disponíveis em: www.soundproofingcompany.com/library/articles/understanding_stc/. Acessado em: 19.05.2011.
4
3
2
1
27
1.2.2 O comportamento do vidro diante da radiação solar: luz e calor
A transparência do vidro é uma característica importante do material, mas é também
essa característica que pode prejudicar seu desempenho quando aplicado às
vedações verticais na construção civil. O vidro é um dos poucos materiais
transparentes ou translúcidos que permitem a passagem da radiação. Por essa
razão, devem-se conhecer as propriedades dessa fonte de energia, para que se
possa projetar sem que haja prejuízo do conforto.
Em um primeiro momento, é importante entender como funciona a radiação solar,
para que se possa vinculá-la ao desempenho do vidro. A radiação solar é a principal
fonte de luz e calor, elementos essenciais para o planejamento da arquitetura
residencial. O conhecimento do comportamento dessa forma de energia pode gerar
melhor aproveitamento, tanto da luz natural quanto do aquecimento passivo
(radiação solar como fonte de calor) da construção, nos períodos frios do ano.
A radiação solar compreende a energia eletromagnética proveniente do sol, que
atinge a Terra, sendo responsável por trazer luz e calor. Há dois componentes na
radiação solar: radiação direta e difusa. A radiação direta é a maior parte da energia
que chega à superfície terrestre sem passar por obstáculos como nuvens (moléculas
e partículas suspensas na atmosfera), por exemplo. A radiação difusa, por sua vez,
é resultado da radiação que sofre reflexão, devido à presença de nuvens, e
espalhamento de partículas atmosféricas e aerossóis. A somatória das radiações
difusa e direta é chamada de radiação global, e representa toda a radiação recebida
pela superfície terrestre (MOURA, 2010, p. 37).
A radiação ou espectro solar que atinge a Terra pode ter diferentes comprimentos de
onda, quais sejam: radiação ultravioleta (onda curta - 1 a 400nm); luz visível
(captada pelo olho humano - onda curta - de 400 a 780nm) e radiação infravermelha
(que pode ser de onda curta - de 760 a 3.000 nm - caso seja proveniente
diretamente da radiação solar, ou de onda longa - maior do que 4.000nm - quando é
emitida pela Terra ou corpo existente na superfície) (VILELA, 2010, p. 15-16).
O vidro é um material que permite a transmissão da energia contida na radiação
solar entre os comprimentos de onda de 400 a 5.500nm (vidro comum), em
diferentes proporções. Comprimentos de onda abaixo de 300nm são transmitidos
apenas quando o vidro tem baixo conteúdo de ferro, e raramente transmite energia
28
acima de 3000nm. Por tal motivo, o calor proveniente de corpos aquecidos que
emitem calor de ondas longas (comprimento de onda maior que 4.000nm) não
consegue atravessar o vidro, ficando aprisionado nos ambientes internos e
causando o efeito estufa (WIGGINTON, 2004, p. 250).
Materiais opacos, como tijolos, não permitem que a radiação solar os atravesse, mas
o calor absorvido é transmitido para o interior, de acordo com suas características de
reter ou liberar calor (massa térmica). O vidro, por sua vez, transmite a radiação
incidente de onda curta, permitindo que o calor e a luz penetrem nos ambientes
internos, mas sua opacidade às ondas longas provoca o aprisionamento do calor
(efeito estufa).
A quantidade de calor que entra em um edifício ocorre em função da quantidade de
luz do dia e da radiação solar incidente. O espectro solar apresenta valores em torno
de 44%, de raios infravermelhos. Esse tipo de radiação penetra pelo vidro da mesma
forma que a luz visível, mas não contribui para a iluminação do ambiente,
contribuindo apenas para o acúmulo de calor. Alguns tipos de vidros podem não
permitir a passagem da radiação infravermelha como, por exemplo, o vidro pintado,
que a evita, mas, mesmo bloqueando a passagem da radiação, o calor é absorvido
pelo material, que o emite para o interior e exterior, podendo também ser
responsável pelo aquecimento do ambiente (LECHNER, 2009, p. 392-393).
Cada tipo de vidro tem características ópticas específicas em relação à capacidade
de absorver (α), refletir (ρ) e transmitir (τ) a radiação solar. Essas características
dependem do comprimento de onda e do ângulo de incidência da radiação
(LAMBERTS, DUTRA e PEREIRA, 1997, p. 67), além da composição do vidro.
A Figura 6 ilustra em que medida a radiação solar incidente é refletida, absorvida e
transmitida, em três tipos distintos de vidros. No primeiro caso, o vidro pouco
reflexivo e absorvente transmite 87% da radiação diretamente para o interior, e
apenas 3 % do calor absorvido pelo material é irradiado para o interior. Nesse caso,
90% da energia existente na radiação atinge e aquece o interior. No segundo caso,
o vidro é pouco reflexivo e muito absorvente, há transmissão direta de 43% da
radiação, mas o ambiente interno recebe 37% do calor pela irradiação do vidro,
recebendo 80% da energia incidente. No terceiro caso, no qual o vidro é muito
reflexivo, a transmissão direta cai para 30% e a absorção irradia apenas 20% do
calor para o interior. Nessa situação, apenas 50% do calor atravessa o vidro. Essa
29
última é a situação mais interessante para países quentes, visto que metade do calor
fica do lado de fora.
Os vidros simples comuns são facilmente encontrados no mercado e têm custo
acessível. Esse material é altamente transmissivo, permitindo que toda a radiação
de onda curta penetre nos ambientes, sendo pouco reflexivos tanto para ondas
curtas quanto longas. Na Figura 7, as setas coloridas mostram os tipos de onda que
passam pelo vidro (ondas curtas e luz). Como as ondas longas provenientes do
interior têm dificuldade de passar pelo vidro, o calor fica preso e acaba provocando o
superaquecimento do espaço interno (LAMBERTS, DUTRA e PEREIRA, 1997, p.
68).
Figura 6: Mostra o comportamento da radiação solar incidente sobre três tipos de vidros diferentes, o primeiro pouco reflexivo e absorvente; o segundo pouco reflexivo e muito absorvente; e o terceiro muito reflexivo. Disponível em: (LECHNER, 2009, p. 247).
Figura 7: esquema da penetração da radiação em um vidro simples
(LAMBERTS, DUTRA e PEREIRA,
1997, p. 68)
Figura 8: esquema da penetração da radiação em um vidro verde
(LAMBERTS, DUTRA e PEREIRA,
1997, p. 68)
Figura 9: esquema de vidros absorventes e películas (fumês)
(LAMBERTS, DUTRA e PEREIRA,
1997, p. 69)
30
Vidros com qualquer tipo de pigmentação têm alteração em sua capacidade de
transmitir a radiação. O vidro verde, por exemplo, é considerado absorvente, sendo
pigmentado com a finalidade de diminuir a transmissão de onda curta, aumentando
ligeiramente a absorção da parte visível da radiação (ondas curtas) (LAMBERTS,
DUTRA e PEREIRA, 1997, p. 68). A Figura 8 mostra que parte das ondas é
absorvida e irradiada para o exterior, resultando em menos luz e calor no interior.
Segundo Keneth Yeang (2008, p. 207), no entanto, os vidros tingidos, quer sejam
verdes, bronze ou acinzentados, podem causar transtornos, como dores de cabeça,
aos ocupantes e já foram associados a problemas de saúde nos usuários, podendo-
se questionar a eficácia desses materiais na manutenção do conforto ambiental.
Os vidros absorventes e as películas (fumês) têm como objetivo diminuir a
transmissão das ondas curtas, aumentando a absorção desse comprimento de onda,
tendo como consequência a diminuição da luminosidade nos espaços internos
(transmissividade da luz visível) (Figura 9). A redução da entrada da luz natural pode
levar a um aumento de consumo de luz artificial. Esse material também é altamente
absorvente, no que diz respeito à radiação de ondas longas, e pouco reflexivo, tanto
em relação a ondas longas quanto curtas (LAMBERTS, DUTRA e PEREIRA, 1997,
p. 69).
Películas e vidros reflexivos são compostos por uma camada metálica e outra
transparente, resultando em um aspecto espelhado. Existem películas mais
reflexivas a ondas longas, outras a ondas curtas e algumas reflexivas para ambos os
tipos de ondas. Películas que reduzem a entrada de ondas curtas diminuem a
entrada de calor (ideal para locais quentes). As que reduzem a passagem de ondas
longas evitam a perda de calor (lugares frios). Esse tipo de vidro também causa a
diminuição da quantidade de luz que penetra no ambiente (LAMBERTS, DUTRA e
PEREIRA, 1997, p. 69), prejudicando o aproveitamento da luz natural.
A Figura 10 mostra o comportamento da radiação quando incide sobre o vidro
dotado de película reflexiva. Parte da luz e das ondas curtas é refletida, diminuindo a
luminosidade e o calor no interior do edifício. Sua característica de refletividade
também funciona para as ondas longas provenientes do interior, diminuindo a
parcela que é absorvida e irradiada para o exterior, aumentando ainda mais o calor
interno.
31
Figura 10: esquema de vidro e película reflexivos
(LAMBERTS, DUTRA e PEREIRA, 1997, p. 69)
Figura 11: esquema de vidros multicamadas (LAMBERTS, DUTRA e PEREIRA, 1997, p. 70)
Camadas múltiplas de vidro, vidros duplos ou laminados podem proporcionar
resultados distintos dos apresentados anteriormente. Como se pode observar na
Figura 11a, em um vidro no qual a película reflexiva é aplicada em seu exterior, a
onda longa, proveniente do interior, é absorvida, e o calor é dissipado tanto para fora
quanto para dentro. Caso a camada reflexiva fique do lado interno (Figura 11b), a
onda longa, além de absorvida, é refletida, diminuindo as perdas de calor
(LAMBERTS, DUTRA e PEREIRA, 1997, p. 70). A situação da Figura 11b é ideal
para locais frios, já que diminui perdas de calor para o exterior.
Como se pode observar nas Figura 7, Figura 8, Figura 11, Figura 12 e Figura 13, as
propriedades dos vidros são classificadas de acordo com a quantidade de radiação
transmitida, refletida ou absorvida pelo material. Por essas características é possível
quantificar a passagem de luz e calor pelo vidro. Para facilitar a análise das questões
físicas relativas à transmissão, reflexão e absorção da luz e calor provenientes do
sol, existem termos comuns a catálogos de fornecedores de vidros, que descrevem
as propriedades do vidro em relação à transmissão, absorção e reflexão da
radiação, descritos no Quadro 4, a seguir:
32
Terminologia Descrição
Transmissão da luz visível
Porcentagem da luz visível existente no espectro solar, que é transmitida através do vidro.
Refletância da luz visível Porcentagem da luz visível existente no espectro solar, que é refletida pela superfície do vidro.
Transmitância solar Porcentagem de luz visível, radiação infravermelha e ultravioleta que atravessam o vidro.
Refletância solar Porcentagem da radiação solar refletida pela superfície do vidro.
Absortância solar Porcentagem da radiação solar incidente que é absorvida pelo vidro
Coeficiente de sombra É medido pelo ganho de calor através do vidro, a partir da radiação solar. Quanto menor o coeficiente maior é a redução do ganho de calor.
Coeficiente de ganho solar (SHGC) ou Fator Solar (FS)
Razão entre o ganho de calor que acontece por uma abertura ou superfície envidraçada e a radiação incidente. Quanto menor o coeficiente melhor é o isolamento térmico do fechamento.
U-value ou R-value (valor - U)
Ganho ou perda de calor através de um vidro devido às diferenças de temperatura entre interior e exterior.
Quadro 4: Termos utilizados para descrever as propriedades do vidro em relação à radiação solar. Elaborado pela autora, com base em dados Glass Association of North America, disponível em: www.glasswebsite.com/aia/Glass%20in%20Today's%20Architecture.pdf. Acessado em: 24.04.2011
Para o projeto arquitetônico, os principais pontos a serem considerados são: o fator
solar, a transmissão da luz visível e a refletância. O fator solar (FS), ou Coeficiente
de Ganho Solar, é a quantidade total de energia solar que atravessa uma janela e
seus componentes indiretos (reirradiado ou conduzido). Esse é um conceito
importante para o cálculo do calor que penetra em um ambiente através de uma
abertura. O fator solar depende do tipo da abertura e do ângulo de incidência da
radiação solar (LAMBERTS, DUTRA e PEREIRA, 1997, p. 71). Pode-se citar como
exemplo o caso de um vidro simples, sem proteção, que recebe radiação direta
normal em sua superfície, cujo fator solar é de 0,87, ou seja, 87% da radiação
penetra no ambiente.
Como o Fator Solar representa todo o calor que vai atravessar o vidro, atingindo o
interior, configura-se como um dado importante para o projeto de superfícies
envidraçadas, visto que pode comprometer o conforto térmico do ambiente interno.
No caso dos países quentes, como o Brasil, é interessante que o fator solar seja
baixo, evitando o superaquecimento dos espaços internos e, consequentemente,
33
diminuindo a utilização de aparelhos de ar condicionado para manter os níveis de
conforto dos usuários12.
A transmitância da luz visível é o fator que quantifica a parcela de luz visível que
passa por um material translúcido. Seus valores variam de 0.9 (vidro claro) a menos
de 0.1, para vidros altamente reflexivos e pintados (LECHNER, 2009, p. 393). A
permeabilidade à luz natural pode determinar o quanto a edificação vai depender ou
não da iluminação artificial, incorrendo em maior ou menor consumo energético.
A refletância solar é apoiada na capacidade do vidro de refletir a radiação. Essa
característica pode refletir tanto ondas provenientes do interior quanto do exterior. O
maior benefício dessa propriedade é a possibilidade de se manter o excesso de
calor e de luminosidade fora dos ambientes internos, porém sempre com aspecto
espelhado. Os vidros reflexivos, da mesma forma que mantêm o calor do lado de
fora, diminuem consideravelmente os níveis de iluminação natural, prejudicando o
seu aproveitamento no interior de edifícios e exigindo maior consumo de energia.
Além das propriedades do vidro em relação à transmissão, reflexão e absorção da
radiação, a proporção da região de uma fachada revestida de vidro, orientação,
inclinação do plano e características construtivas da edificação podem interferir no
ganho térmico e na quantidade de luz que atravessa o vidro. Tais fatores, em
conjunção com as características de controle solar do vidro, determinam quanta
energia será recebida através da incidência da radiação solar (SCHITTICH, STAIB,
et al., 2007, p. 127 - 129).
1.2.3 Vidro de controle solar
Os primeiros vidros que apresentaram algum tipo de influência sobre a passagem de
calor pelo material foram os vidros verdes, fumê e bronze, criados ainda na década
de 1950. No caso das vestimentas, quando a pele está coberta com roupas claras,
em um dia de sol, a sensação térmica é menor do que no caso de as roupas serem
escuras. Os vidros respondem da mesma forma, de maneira que, quanto mais
escuro for um vidro, maior será sua absorção do calor e menor será sua
transmissão.
12
Os níveis de conforto serão citados no capitulo 3.2 Conforto Ambiental
34
Características de controle solar em vidros são alcançadas por meio de tratamento
do material, posterior à sua produção, seja em forma de revestimento, processo
físico ou tratamento químico, conhecidos como processos off line. Existem também
processos que podem ser concluídos durante o período em que o vidro ainda está
sendo resfriado, on line, nos quais substâncias ou vapores químicos são
pulverizados sobre a superfície do material (WIGGINTON, 2004, p. 253).
Os processos on line ocorrem durante o processo produtivo do vidro float. Durante a
etapa de resfriamento, o material recebe pulverização de um óxido metálico. Tais
óxidos metálicos conferem ao vidro boas características de controle solar, reduzindo
as emissões de radiação através dele (SCHITTICH, STAIB, et al., 2007, p. 64).
O processo off line de revestimento de vidro consiste em submeter o painel pronto a
uma pulverização catódica, durante a qual acontece a aceleração dos elétrons livres
em um campo elétrico, ocorrendo a colisão com moléculas de gás. Essa
movimentação provoca a incorporação de partículas à superfície do vidro. A Figura
12 ilustra um processo de revestimento off line, também conhecido como magnetron
sputtering (SCHITTICH, STAIB, et al., 2007, p. 64).
Figura 12: esquema do processo off line de revestimento do vidro. Disponível em: www.sa.pt.sunguardglass.com/IntroToAdvancedArchitecturalGlass/IntroducaaoVidrodeControleSolareEficienciaEnergetica/index.htm. Acessado em: 22.04.2011
Existem outros processos off line que consistem na utilização de películas e imersão
em compostos químicos líquidos (sol-gel-process), que podem ser usados para
alterar as características do vidro em prol de melhor desempenho em relação à
insolação. Estes são aplicados à superfície do material já pronto (SCHITTICH,
STAIB, et al., 2007, p. 64)
35
Acabamentos desenvolvidos para a superfície do vidro também podem alterar suas
características físicas em relação à passagem da luz e de calor. Schittich et al (2007,
p. 65) levantam três tratamentos possíveis para a superfície do vidro, que têm
consequências para a luminosidade e o calor de espaços interiores. No primeiro
deles, a superfície do vidro recebe uma camada cerâmica (Figura 13) pulverizada,
ou por serigrafia, que altera a capacidade de absorção de calor do material e diminui
a quantidade de luz que o atravessa. Na segunda opção, o vidro pode ser submetido
a tratamento com ácidos, que conferem ao material acabamento acetinado,
alternado sua transparência e, consequentemente, suas propriedades físicas quanto
à transmissão de luz e calor. Por último, há tratamentos com jatos de areia, outra
forma de se alcançar o efeito acetinado (translúcido) na superfície dos vidros.
Figura 13: Vidro com inserção de cerâmica, com o intuito de controlar o ganho de calor Disponível em: www2.dupont.com/SafetyGlass/en_US/whats_new/sentry_glass_bowling_green.html. Acessado em: 09.11.2010
Vidros de controle solar recebem acabamentos que alteram suas características
quanto à transmissão, reflexão ou absorção de calor, com o propósito de controlar o
clima interno. Segundo Schittich et al (2007, p. 77), os vidros de controle solar
devem ter índices de transmitância térmica menor do que 50% e transmitância de luz
maior do que 40%, consequentemente, permitindo o máximo de passagem de luz
com o mínimo de calor.
Lechner (2009, p. 393) aponta que o vidro mais eficiente, em relação ao conforto
térmico e à iluminação natural, é o seletivo, conhecido como spectrally selective low-
e glazing, que tem uma baixa absorção de calor e alta transmissão de luz natural.
Esse vidro também evita a entrada dos raios ultravioleta, responsáveis pelo
desbotamento de materiais. Películas e acabamentos especiais para vidros podem
filtrar 100% da radiação ultravioleta, mas a qualidade da reprodução de cor da luz
natural diminui, principalmente da luz azul.
Os vidros low-e foram criados para substituir envidraçamentos triplos utilizados em
residências de países de clima frio. As películas duplicam a resistência térmica da
36
janela, em comparação a uma janela equivalente não revestida. A grande vantagem
é a obtenção do mesmo desempenho com menos material e menor peso.
Determinados produtos low-e têm fator solar tão baixo quanto os vidros reflexivos,
mas com aspecto de vidro incolor comum, sem o efeito espelhado13.
Para que se possa conhecer e comparar os diferentes vidros de controle solar, é
importante especificar os fatores pertinentes a uma avaliação que permita a análise
da eficiência térmica e de iluminação natural, para casos específicos da construção
civil. Segundo Wigginton (2004, p. 247), as propriedades físicas do material, em
relação à transmissão da radiação solar e da luz visível, são responsáveis por dar
funções de controle do conforto a determinados tipos de vidro.
Em um futuro próximo, haverá mais opções de acabamentos para fachadas em
vidro, que se adéquem às condições climáticas locais. Nesse caso, as peles de vidro
se alteram automaticamente ou não, dependendo da necessidade do usuário
(HEGGER, AUCH-SCHWELK e FUC, 2006, p. 89).
Atualmente existe tecnologia de vidros que se adaptam às condições externas, ou
até mesmo se aproveitam dela. A aplicação de camadas termocrômicas, ao vidro,
permite que ele reaja à luz solar, ou seja, torna-se escuro conforme o aumento da
luminosidade, como os óculos de sol fotocrômicos. Esse revestimento funciona
como uma autoproteção ao sol, sem a necessidade de aparatos externos ou
internos para tal (KNAACK, KLEIN, et al., 2007, p. 122).
Outra tecnologia que abrange os vidros eletrocrômicos consiste em um filme
polimérico (espessura de 1 mm), contendo óxidos de metal (óxido de tungstênio,
níquel óxido ou irídio óxido) que, por meio de corrente elétrica, possibilita o controle
da quantidade de energia transmitida pelo vidro. A corrente elétrica pode deixar o
vidro transparente ou opaco, de acordo com a necessidade de controle do clima.
Esse produto pode ser eficiente tanto para o sombreamento quanto para evitar o
ofuscamento (HEGGER, AUCH-SCHWELK e FUC, 2006, p. 89).
Esse tipo de tecnologia, que possibilita a um mesmo material assumir diferentes
aspectos de acordo com estímulos externos, é extremamente útil para fachadas. O
controle automático, que quantifica a entrada de sol e luz pelo vidro, reduz
13
Informações disponíveis em: www.usp.br/fau/deptecnologia/docs/bancovidros/low.htm. Acessado em: 25.05.2011
37
consideravelmente o consumo de eletricidade, tanto relativo à iluminação artificial
quanto ao condicionamento de ar.
Existe uma infinidade de tipos de vidros no mercado mundial, com as mais diversas
aplicações e características físicas. A seguir, serão enfatizados os vidros de controle
solar disponíveis no mercado brasileiro, fabricados pela Cebrace e pela Guardian,
únicas indústrias produtoras, no país, de vidros de controle solar segundo a
ABIVIDRO14.
1.2.4 Vidros de controle solar disponíveis no mercado brasileiro
O mercado brasileiro conta com duas grandes empresas produtoras de vidros de
controle solar, a Guardian e a CEBRACE (joint-venture entre a NSG/Pilkington e
Saint-Gobain). Como, até o presente momento15, apenas as duas empresas são
responsáveis pela manufatura do material no país, serão citados os seus produtos
que atendem à demanda nacional.
As duas indústrias têm uma gama de produtos que utilizam pigmentos, camadas
metalizadas e/ou revestimentos para alterar as características físicas do material,
visando alcançar diversos coeficientes diferentes para a transmissão luminosa e
controle do calor que passa pelo vidro (fator solar).
Como o foco do trabalho é fachada envidraçada para edifícios residenciais, serão
discutidos os vidros laminados (vidro de segurança), em decorrência de exigências
de norma vigente no país. A norma técnica brasileira, a ABNT NBR 7199, relativa a
aplicações de vidros na construção civil, recomenda que vidraças em fachadas,
acima do pavimento térreo, sejam constituídas de vidros de segurança, sejam eles
aramados ou laminados. Vidros sem características de segurança podem ser
aplicados apenas sobre parapeito de 1,1 m de altura acima do térreo (NBR7199,
1989).
A CEBRACE comercializa seis tipos de vidros de controle solar no Brasil. São eles: o
Emerald, Cool Lite (reflexivo), Eco Lite, Reflecta Float (reflexivo), Cool Lite Knt 9
(importado) e Cool Lite skn (importado). Cada um deles pode apresentar variações
de desempenho, de acordo com espessura e cor da massa, lembrando que a cor da
14
Associação Técnica Brasileira das Indústrias Automáticas de Vidro (www.abividro.org.br/associados.php) 15
A japonesa AGC anunciou a entrada no mercado brasileiro com a construção de uma fábrica no interior do estado de São Paulo, com previsão do início das atividades para 2013 (SILVA, 2011).
38
massa foi a primeira medida tomada em relação aos vidros que permitiram uma
redução da entrada de calor e luminosidade16.
O Quadro 5 apresenta todos os tipos atuais de vidros laminados de controle solar da
CEBRACE e suas variações de coeficientes de transmissão luminosa e fator solar
(relativo à passagem de calor pelo vidro). O círculo vermelho no Quadro 5 ressalta
três dos menores coeficientes solares, que representam vidros com maior
capacidade de evitar a entrada de calor no ambiente interno. Os três tipos de vidros
destacados têm características reflexivas, de aspecto espelhado, o que nem sempre
é desejado pelo mercado. Esse tipo de vidro também diminui a quantidade de luz
que entra no ambiente para 13% e 18%, fatores que prejudicam o aproveitamento
da luz natural. Entre os tipos de vidros destacados, o Cool Lite SKN (círculo verde no
Quadro 5) apresenta índice de transmissão luminosa maior do que 50% e fator solar
de 34%, representando, portanto, a melhor relação entre a quantidade de luz e o
bloqueio ao calor.
Quadro 5: Tipos de vidros de controle solar laminados com espessura total de 8mm da CEBRACE. Informações disponíveis em: www.cebrace.com.br/v2/produtos-aplicacoes/produtos. Acessado em: 20.05.2011.
16
A pigmentação dos vidros, verde, fumê e bronze, representam as primeiras medidas encontradas pela indústria para reduzir a transmissão do calor e de luz através do vidro (Muitos graus acima de zero, 2007).
Produto laminado Espessura
total
Cor Transmissão
luminosa (%)
Fator Solar
Emerald (Emerald 4mm +
float incolor 4mm)
8mm verde 65 0,5
verde 30 0,4
prata neutro 13 0,27
prata 18 0,28
azul 13 0,28
cinza 26 0,37
incolor 54,4 0,57
verde 44 0,42
incolor 31,9 0,44
verde 28,6 0,37
cinza 19,5 0,39
incolor 47,8 0,43
verde 42 0,39
azul 35,8 0,39
Cool Lite skn (Cool lite skn
4mm + float incolor 4mm) 8mm
incolor 50,7 0,34
Cool Lite knt (Cool lite knt
4mm + float incolor 4mm)
8mm
Cool Lite (Cool lite 4mm +
float incolor 4mm)
8mm
Eco Lite (Eco lite 4mm +
float incolor 4mm)
8mm
Reflecta Float (Reflecta float
4mm + float incolor 4mm)
8mm
39
O Quadro 6, logo abaixo, apresenta a mesma configuração do Quadro 5, porém
utilizando os dados da Guardian, para que seja possível visualizar as diferenças
entre os produtos das duas fábricas. Conforme se pode analisar no Quadro 6, um
mesmo fator solar de 25, referente ao vidro Neutral 14, tem transmissão luminosa de
15%, ao passo que seus semelhantes da CEBRACE, Cool Lite nas cores prata e
azul, têm transmissão luminosa entre 13% e 18%, em produto com o mesmo fator
solar. O vidro Super Neutral 68 incolor (círculo verde no Quadro 6) tem transmissão
luminosa de 68% e fator solar de 40%, sendo a melhor relação entre proteção ao
calor e aproveitamento da luz natural da Guardiam.
Quadro 6: Tipos de vidros de controle solar laminados, com espessura total de 8mm, da Guardian. Informações disponíveis em: www.sa.pt.sunguardglass.com/stellentdev/groups/sunguardsouthamerica/documents/web_assets/gi_002781.pdf. Acessado em: 20.05.2011.
Existe uma gama de produtos que ora privilegiam a transmissão luminosa e ora o
fator solar. Cabe ao especificador decidir a prioridade pertinente à edificação em
questão, sempre atentando a fatores relativos à insolação local, orientação e uso da
edificação.
Produto laminado Espessura
total
Cor Transmissão
luminosa (%)
Fator Solar
incolor 15 0,28
verde 14 0,3
incolor 19 0,32
verde 17 0,33
incolor 34 0,44
verde 30 0,39
incolor 40 0,4
verde 35 0,39
incolor 35 0,39
verde 32 0,38
incolor 47 0,38
verde 42 0,39
cinza 29 0,36
incolor 66 0,59
verde 60 0,5
incolor 73 0,59
verde 65 0,51
cinza 45 0,5
incolor 69 0,4
Neutral 14 (neutral 14 4mm
+ incolor 4mm)
8mm
Silver 20 (Silver 20 4mm +
incolor 4mm)
8mm
Silver 32 (Silver 32 4mm +
incolor 4mm)
8mm
Neutral 40 (neutral 40 4mm
+ incolor 4mm)
8mm
Royal Blue 40 (Royal Blue 40
4mm + incolor 4mm)
8mm
Neutral Plus 50 (Neutral
Plus 50 4mm + incolor 4mm)
8mm
cinza 55 0,4
Light Blue 63 (Light Blue 63
4mm + incolor 4mm)
8mm
Neutral 70 (neutral 70 4mm
+ incolor 4mm)
8mm
Super Neutral 68 ( Super
neutral 68 4mm + incolor
4mm)
8mm
40
1.3 Considerações finais sobre o capítulo
O emprego do vidro em fachadas apresenta vantagens e desvantagens, como
qualquer outro material. Durante todo o capítulo 1, sobre vidros, foram apontadas as
características físicas do vidro e as reações frente à radiação solar, para que se
possam conhecer os problemas e as vantagens da utilização desse material. A
grande questão resume-se em: como aplicar o material adequado para determinado
local sem prejudicar o conforto do usuário. Para tal, exige-se do profissional que
tenha conhecimento suficiente a respeito da utilização do produto e a respeito do
clima local.
O clima paulistano é quente e úmido (mais informações no capitulo 3),
características essas que exigem o controle da entrada de radiação solar e a
constante ventilação dos ambientes internos. Esse não é o clima ideal para a
aplicação do vidro comum em fachadas, mas é possível usufruir das vantagens que
a transparência do vidro pode proporcionar, utilizando-se técnica e material
adequados.
Os dois principais problemas oferecidos pelo uso do vidro estão em controlar a
entrada de luz e de calor. A indústria do vidro, por esse motivo, desenvolveu
produtos com desempenhos distintos nos seguintes quesitos: transmissão luminosa
e fator solar. Há dificuldade em se estabelecerem fatores ideais para uma obra, com
respeito à quantidade de luz suficiente para que o usuário desempenhe suas
atividades, e a quanto calor é aceitável para que não prejudique o seu conforto.
O uso do vidro em fachadas residenciais não pode ser desprezado. Ele pode ser de
grande valia no aproveitamento da luz natural e, consequentemente, possibilitar a
diminuição do consumo de eletricidade destinada a iluminar ambientes internos,
além do fato de ser um material com alto índice de reciclagem, contribuindo para
diminuir tanto a geração de resíduos quanto o uso de energia durante o processo
produtivo. Deve-se destacar a importância de se equacionar a quantidade de luz e
calor que entram no edifício, sem que haja o superaquecimento nem o ofuscamento
que prejudique as atividades.
Novas tecnologias, como a dos vidros termocrômicos e fotocrômicos, são vislumbres
de uma ampliação ainda maior da utilização do vidro em fachadas, visto que
resolvem tanto os problemas do excesso de luz quanto de calor. Outra recente
41
tecnologia incorporada ao vidro diz respeito à possibilidade de se produzir energia
por meio de células fotovoltaicas aplicadas ao vidro, o que transforma a fachada em
um componente de produção de energia de fonte renovável.
Visando sintetizar todo o conhecimento gerado pelo estudo sobre os vidros e suas
características ante a radiação solar, a autora elaborou o Quadro 7, com o objetivo
de facilitar o entendimento dos componentes que compreendem a utilização do vidro
na construção civil, independente do tipo de vidro.
Fatores Prós Contras
Climáticos Material leve e delgado Fácil transmissão do calor
Iluminação natural Aquecimento/Ofuscamento
Vista da paisagem Falta de privacidade
Isolamento acústico A vedação leva ao superaquecimento
Aquecimento (vantajoso apenas no inverno)
Necessidade de alto consumo energético para climatizar ambientes internos durante os períodos quentes do ano
Econômicos/ ambientais
Possibilidade de economizar energia utilizando resíduos (cacos)
Processo produtivo consome grande quantidade de energia
Possibilidade de incorporar células fotovoltaicas ao vidro
Diminui a transparência e a passagem da luz
Facilidade de reciclagem do vidro, diminuindo os custos da produção
Quadro 7: Prós e contras da utilização de vidro em fachadas. Elaborado pela autora, 2011.
A leveza do vidro oferece a vantagem de exigir uma estrutura mais delgada,
resultando em menor custo. Por outro lado, sua leveza é consequência da pequena
espessura, o que facilita a transmissão de calor, fato que leva à busca de decisões
projetuais que contornem a entrada do excesso de calor.
A transparência do vidro é sua característica principal, e permite que se aproveite a
luz natural e se tenha acesso à vista ao redor da construção. Mas, em contrapartida,
o excesso de luz pode trazer dois problemas: o calor e o ofuscamento,
comprometendo o conforto dos ocupantes dos ambientes internos. O calor nem
sempre é um aspecto negativo. No caso do inverno em São Paulo, por exemplo, o
efeito estufa pode ser bem-vindo, para manter interiores aquecidos sem que haja a
necessidade de calefação.
O vidro, quando utilizado adequadamente, oferece alto potencial quanto à economia
de energia. A iluminação natural e o aquecimento (efeito estufa) podem ser
42
instrumentos importantes para que se diminua o consumo da energia elétrica em
edifícios residenciais. Outra potencialidade do vidro, no campo energético, é o fato
de se poder utilizar o material como suporte para células fotovoltaicas, solução
eficaz para o aproveitamento da fachada como fonte de energia elétrica, diminuindo
os custos de utilização do edifício.
Outro aspecto interessante da utilização do vidro como material de construção é sua
fácil reciclagem e reaproveitamento. Já é comum, na indústria, o reaproveitamento
de cacos, utilizando-os como matéria prima. Os painéis de vidro usados também
podem ser reutilizados em outra obra, gerando menos entulho (residuos) e
consumindo menos material durante a produção.
Os fatores essenciais, quanto ao desempenho, a serem analisados quando se
projetar um edifício residencial envidraçado são: o fator solar, a reflexividade do
material e sua transmissão luminosa. Esses parâmetros determinarão o quanto de
luz e calor atravessa o vidro, influindo na qualidade do clima interno. A reflexividade
trará dados sobre o quão espelhado é o material, sendo este adequado ou não à
decisão estética do arquiteto.
O vidro é um material com alto potencial para a aplicação em fachadas residenciais,
porém, como todo material, requer cuidados no que diz respeito à sua aplicação em
vedações. O calor e a luz podem ser ora benéficas ora prejudiciais, mas o potencial
para reduzir o consumo energético (luz natural e aquecimento passivo) e a
possibilidade de se produzir energia através do vidro, tornam-no versátil.
43
2. Fachadas
No século XIX surgiram materiais, como o vidro, o aço e o concreto armado, frutos
do desenvolvimento da indústria da construção civil, que propiciaram grandes
mudanças na forma de construir e de conceber fachadas (KOCH, 1985, p. 121). A
evolução dos sistemas estruturais das edificações residenciais também permitiu que
se projetassem vãos de abertura que superassem os limites das vergas,
possibilitando maior aproveitamento da luz natural, além de ampliar a relação entre o
interior e o exterior.
Foi a partir dessas condições técnicas que o movimento moderno introduziu novos
conceitos, como por exemplo janelas em fita e lajes planas, revolucionando a forma
de produzir arquitetura. A ornamentação entrou em desuso (TEIGE, 2002, p. 232) e
a era da máquina caracterizou-se pela produção em massa e pelo conceito de Mies
Van Der Rohe: ―less is more‖. Ainda no século XX, a construção civil passou a usar
materiais diversificados e variados. A descoberta de materiais sintéticos, como
aqueles comumente usados nas tubulações de água e esgoto, além de caixilhos de
PVC (cloreto de polivinila) e coberturas de policarbonato, ampliaram as
possibilidades da arquitetura. Novos processos de beneficiar metais permitiram a
produção de telhas, caixilhos e sistemas estruturais mais leves, aliviando as cargas
incidentes na estrutura principal do edifício e agilizando o processo de construção.
As grandes aberturas horizontais17 foram consequência das estruturas com pilares e
vigas, que retiraram das paredes a função de sustentação. A popularização do vidro,
resultado dos avanços de seu processo produtivo, concorreu para que o material
fosse utilizado em grandes panos de vidros, inseridos ou não em caixilhos.
Esse aumento da utilização do vidro nas construções levou a um processo de
mudança na aparência das edificações. Independente de variáveis climáticas,
construções com grandes aberturas e fechamentos em vidro passaram a fazer parte
da paisagem das cidades do mundo inteiro, permitindo a universalização da
arquitetura proposta por arquitetos modernistas18. Até então, não se discutia a
17
As janelas horizontais, ou em fita, estavam dentro dos cinco pontos de uma nova arquitetura, que fizeram parte de um documento publicado por Corbusier e P. Jeanneret, em 1926. Estes abrangiam também os pilotis, os tetos-jardim, planta livre e fachada livre (BENEVOLO, 2006, p. 431-434). 18 Em 1929, no II CIAM arquitetos de vários países europeus concluíram que deveria haver um rompimento
com os princípios formais de épocas passadas e as estruturas sociais anteriores. Segundo eles, o arquiteto deveria passar a atuar de acordo com sua época, atento aos novos materiais e métodos de produção,
44
questão energética nem o superaquecimento dos interiores das habitações, pois os
aparelhos de ar condicionado garantiam o conforto ambiental e a energia elétrica
ainda era oferecida a preços baixos. Essas modificações projetuais ocorreram em
vários locais do mundo, por exemplo, em Chicago, na década de 1950, foi
construído o empreendimento residencial Lake Shore Drive, com fachada
envidraçada, que apresentou aumento da temperatura dos ambientes interiores, de
tal modo, que foi preciso utilizar maciçamente o ar condicionado, para viabilizar a
permanência humana nos ambientes construídos, nos meses quentes do ano.
O uso extensivo do vidro só veio a ser questionado quando a relação entre consumo
e produção de energia entrou em desequilíbrio. Esse cenário é típico da crise do
petróleo ocorrida na década de 1970, levando a sociedade a repensar as estratégias
de projeto arquitetônico19.
A introdução da preocupação ambiental, ainda no século XX, aliada às inovações da
tecnologia na construção civil, gerou edifícios com alto grau de complexidade, com
componentes exercendo mais de uma função, como painéis de fachada que vedam
e ao mesmo tempo produzem energia, ou permitem a exaustão do ar viciado. As
técnicas de vedação externa de um edifício têm relação direta com o desempenho
da fachada, em função do conforto térmico e da eficiência energética. Nessa
situação, a variável importante é a harmonia entre o sistema estrutural da fachada e
o material utilizado na vedação. Nesta pesquisa, o vidro é o material de vedação
estudado.
Neste capítulo 2, analisam-se os tipos de fachadas, com ênfase na utilização do
vidro como material de vedação. Inicia-se com a discussão a respeito dos conceitos
sobre os termos técnicos, destinados a designar superfícies externas verticais que
envolvem o edifício, referindo-se à envoltória e à fachada e, também, à sua
influência no conforto e proteção do usuário.
estabelecendo uma nova conexão entre arquitetura e sociedade. Foi demonstrado, durante o congresso, que os problemas habitacionais dos diversos países participantes eram similares, percebendo-se a necessidade de uma união internacional do movimento moderno (CASELLI, 2007, p. 42). 19
Essa crise energética fez com que diversos países criassem programas de eficiência energética, como o PROCEL, no Brasil, iniciando discussões sobre a questão ambiental e as consequências das construções sobre o consumo energético. Neste cenário, surgiram certificações, a exemplo do LEED (Leadership in Energy and Environmental Design- 1994 - EUA), do HQE (Haute Qualité Environmentale - 1996 - França) e do AQUA (Alta Qualidade Ambiental- 2008 - Brasil). Esses programas criam diretrizes para construções mais eficientes, com baixo impacto ambiental e, assim, promovem a conscientização da população sobre a importância da preservação dos recursos naturais.
45
2.1 Fachada residencial em vidro: conceito
Alguns termos são utilizados para designar as superfícies externas de um edifício,
como: vedação vertical, fachadas, envoltórias, paredes externas e vedos. As
palavras fachada e envoltória podem suscitar dúvidas quanto à aplicação e
abrangência dos termos. Assim é que se entende a palavra envoltória como
derivada de envelope, termo de origem da língua inglesa que, em sua tradução para
a língua portuguesa, acabou sendo usada como sinônimo de fachada 20, mas,
segundo definição do Dicionário Houaiss, trata-se de superfície que tangencia cada
uma das superfícies de uma família monoparamétrica de superfícies, tratando mais
de curva ou superfície, termo genérico que pode ou não ter relação com arquitetura.
Órgãos estrangeiros, como o American Council for an Energy-Efficient Economy21,
definem envoltória como as paredes externas, janelas, cobertura e pisos que
compreendem um edifício, ou seja, todos os componentes que compreendem o
exterior da obra e que têm relação direta com o meio ambiente externo. O National
Institute of Building Sciences22, por seu turno, considera toda e qualquer superfície,
seja ela portante ou não, como envoltória, abrangendo, assim, desde os primeiros
abrigos humanos, incluindo paredes e coberturas. Entre os órgãos brasileiros, o
INMETRO (Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial)
aponta envoltória como:
"Conjunto de planos que separam o ambiente interno do ambiente externo, tais como fachadas, empenas, cobertura, aberturas, assim como quaisquer elementos que os compõem. Não estão incluídos pisos, estejam eles ou não em contato com o solo" (INMETRO, 2010, p. 9).
Tanto os órgãos internacionais supracitados, assim como o INMETRO concordam
que envoltória é toda e qualquer superfície que envolve a estrutura do edifício,
independente do tipo, material empregado ou técnica construtiva, incluindo
coberturas e vedações verticais. O único diferencial do American Council for an
20
Definição do Dicionário Houaiss da língua portuguesa": curva que tangencia cada uma das curvas de uma família monoparamétrica de curvas (...); superfície que tangencia cada uma das superfícies de uma família monoparamétrica de superfícies - Etimologia fem.subst. de envoltório (adj., supondo-se subentendido um subst. 'curva' ou 'superfície')" 21
Informações disponíveis em: www.aceee.org/topics/building-envelope. Acessado em: 10.06.2011 22
Informações disponíveis em: www.wbdg.org/design/env_introduction.php#evol. Acessado em: 10.06.2011
46
Energy-Efficient Economy, em relação aos demais, é que este órgão acrescenta
como envoltória também os pisos.
Outro aspecto dessa discussão focaliza o termo fachada, definido, segundo a
Enciclopédia de Arte citada por Braun (2008, p. 7), historicamente, como qualquer
uma das paredes externas, em particular a da frente, usualmente onde está a porta
principal de entrada, que dá acesso ao público por uma rua ou praça23. O termo
fachada é derivado da palavra em latim facies ou do italiano faccia que significa face
(BRAUN, 2008, p. 7).
Segundo tese de Luciana Oliveira (2009, p. 19), fachada é uma vedação externa,
que também pode ser chamada de invólucro, e componente da construção, que
promove a separação entre ambientes externos e internos, controlando a ação de
agentes indesejáveis (clima, segurança), incluindo caixilhos e revestimentos.
O termo fachada está contido no conceito de vedos verticais, e compreende
paredes, platibandas, portas, esquadrias, vidraças, conforme a NBR 13532/1995. Na
definição do INMETRO, fachadas são "superfícies externas verticais ou com
inclinação superior a 60º em relação à horizontal. Incluem as superfícies opacas,
translúcidas, transparentes e vazadas" (BRASIL, 2010, p. 10). A definição da NBR
13352/1995 busca incluir todos os componentes que se inserem no conceito de
fachada. O INMETRO trata de superfícies e planos verticais, completando o conceito
de fachada24.
Frente a essas considerações, adotou-se o termo fachada para determinar todas as
paredes verticais de edifícios residenciais (incluindo caixilhos e qualquer tipo de
elemento acoplado), que constituem a transição entre ambiente interno e externo em
um edifício.
23 Antigamente fachada era um termo utilizado apenas para as paredes principais das casas respeitáveis, as casas comuns não tinham esse privilégio (BRAUN, MARKUS SEBASTIAN, 2008, p. 8) 24 Importante definir também o que compreende as fachadas-cortina, segundo a NBR 10820, são "caixilhos interligados e estruturados, com função de vedação, que formam um sistema contínuo, desenvolvendo-se no sentido da altura e/ou da largura na fachada da edificação, sem interrupção pelo menos por dois pavimentos". As fachadas-cortina também são conhecidas como pele de vidro, pelo fato de formarem uma cobertura continua ao redor do edifício.
47
2.2 Fachada como elemento de proteção do ambiente interno
A fachada é a parte mais visível da arquitetura, quando se caminha pelas ruas das
cidades, relacionando-se com referências de estilos e de formas percebidas pelo
olho humano. Além dessa função de se comunicar com o exterior, as fachadas
intermediam a relação entre o ambiente interno e externo, protegendo os usuários
do edifício de variações bruscas do clima e garantindo-lhes privacidade.
Por essa razão, as fachadas significam a relação do edifício com o espaço público,
sendo, assim, vitais para se criar uma identidade com a comunidade na qual estão
inseridas. Assim é que, ao se construir uma edificação, informa-se ao mundo, por
meio de sua fachada, sua identidade que forma um contexto construído (HERZOG,
KRIPPNER e LANG, 2008, p. 12-13). Um exemplo significativo de fachadas que se
comunicam com o contexto urbano são as fachadas da Broadway, em Nova Iorque.
Neste caso específico, destacam-se os painéis luminosos que fazem propaganda de
peças de teatro, musicais, lutas, produtos de consumo, formando todo o ambiente
que se tornou a marca registrada dessa rua nova-iorquina (Figura 14).
Figura 14: Imagem da
Broadway, na cidade
de Nova Iorque Arquivo
pessoal, setembro de
2010.
Em termos históricos, a primeira razão para se construir uma barreira entre interior e
exterior foi a necessidade de proteção contra o clima (frio, calor, chuva) e
hostilidades (invasores, animais, ladrões). Outras necessidades foram adicionadas a
essas funções de proteção, tais como prover iluminação e renovar o ar no ambiente
interior, promover relação visual com o entorno, mas ao mesmo tempo criar um
limite entre espaço público e privado (HERZOG, KRIPPNER e LANG, 2008, p. 19). A
48
fachada funciona como uma camada ou filtro separando interior e exterior, ou seja,
natureza e espaço interior ocupado por pessoas.
Van Timmeren (2009, p. 34) define, como principais componentes de um edifício, a
fachada e a cobertura, pois é nelas que as forças externas (intempéries) se
encontram com os ideais internos de conforto. As paredes externas, por sua vez,
têm como objetivo minimizar a utilização de energia e de materiais, reagindo, assim,
aos efeitos do clima.
Nesse sentido, para que se compreenda o papel de uma fachada na edificação é
necessário atentar para os seus três campos de atuação: o externo, a própria
fachada e o interno. Cada um desses campos recebe influência de três grupos de
estímulo: o primeiro deles compreende o clima, o entorno e o contexto urbano no
qual está inserida; o segundo inclui intervenções no microclima25, tais como
proximidade de corpos d'água e vegetação; e o terceiro trata da infraestrutura
incorporada aos componentes de fachada. O Quadro 8 apresenta esses três grupos
de estímulo, suas variáveis externas e respectivas consequências, tanto para a
fachada propriamente dita quanto para o ambiente interno.
25
O microclima refere-se ao clima na escala do lote ou quadra (LAMBERTS, DUTRA e PEREIRA, 1997, p. 34), mais detalhes no capítulo 3.
49
EXTERIOR FACHADA INTERIOR C
on
diç
ões
es
pecíf
icas
do
lo
cal
Radiação solar Temperatura Umidade Precipitação (chuvas) Ventos
FUNÇÕES DE PROTEÇÃO TANTO PARA CONDIÇÕES PERMANENTES QUANTO VARIÁVEIS Atenuação da insolação Barreiras Filtros Armazenamento Redirecionamento Barreira física
Faixas de temperatura e umidade agradáveis Quantidade e qualidade da iluminação Taxas de renovação do ar e velocidade confortável Níveis confortáveis de ruído
Fontes de ruídos na vizinhança Quantidade de gases e poeira Cargas mecânicas Radiação eletromagnética
Relação visual com o entorno Limites entre áreas públicas e privadas Proteção contra danos mecânicos Proteção contra fogo Limitação de emissões tóxicas
Entorno urbano Recursos locais Contexto sociocultural
FUNÇÕES REGULATÓRIAS Controlar/regular Reação/mudança
Me
did
as c
om
ple
me
nta
res
co
m e
feit
o d
ire
to
Medidas que influenciam o microclima, como por exemplo vegetação e corpos d’água
Isolamento térmico Sombreamento por meio de brises, persianas, entre outros
Proteção antirreflexo Privacidade Redirecionamento da luz do dia Uso de componentes internos, como pisos, paredes e forros, para armazenamento e posterior liberação de energia tanto para aquecimento quanto para resfriamento.
Se
rviç
os
pre
dia
is
co
mp
lem
en
tare
s Coletores externos
(aquecedor solar) Painéis fotovoltaicos Tubulação de aquecimento, sondas de calor, entre outros
FACHADAS COM SERVIÇOS ESSENCIAIS Coletores de ar e água Paredes solares Recuperação de calor
Aquecedores ou resfriadores Iluminação artificial Ar condicionado, quer seja central ou não
Quadro 8: Quadro sobre fachadas e suas especificidades. Elaborado pela autora, com base
em informações (HERZOG, KRIPPNER e LANG, 2008, p. 18)
Uma fachada de edifício, exposta à radiação solar, tem a função de atenuar essa
radiação, a fim de garantir uma temperatura agradável no interior, segundo os
parâmetros de conforto térmico ajustados aos usuários. De maneira análoga ocorre
em relação ao ruído urbano, sendo à fachada que se atribui a função de vedar a
construção frente ao barulho de origem externa, garantindo o conforto acústico no
interior. Há também fatores complementares, como a vegetação e os corpos d'água,
que alteram o microclima do entorno próximo e têm efeito direto na qualidade do
ambiente interno. A fachada pode incluir componentes de controle de entrada de
50
radiação, como por exemplo brises e persianas, ou até mesmo ser constituída de
material isolante, melhorando as condições de conforto do ambiente interno.
O ambiente interior também pode conter artifícios de proteção antirreflexo,
redirecionamento da luz do dia (light shelves), pisos, paredes e forros absorventes
com função de armazenamento e posterior liberação de energia (aquecimento ou
resfriamento), criando condições para o desempenho das atividades quotidianas do
usuário do ambiente.
Os serviços prediais complementares podem estar tanto na parte externa quanto na
interna, ou ainda na própria fachada, gerando ganho de espaço útil interno.
Coletores externos – como painéis fotovoltaicos e tubulação de aquecimento solar
de água e ar – devem ser acoplados na parte exterior do edifício, devido à sua
dependência do contato com o meio externo, pois precisam da radiação para gerar
energia ou calor. Os serviços complementares acoplados aos componentes da
fachada podem garantir as funções de recuperação de calor ou ventilação, e até
mesmo coletar água de chuva. No que se referem ao ambiente interior, os serviços
complementares podem incluir equipamentos de ar condicionado ou aquecedores de
ar e sistema de iluminação artificial.
Sintetizando essas questões, Van Timmeren (2009, p. 38-40) observa: para que uma
fachada integre design e clima, deve englobar conforto termoacústico, ventilação
natural ou artificial, iluminação natural, uso racional de materiais,
flexibilidade/adaptabilidade tanto aos novos usos quanto a novos sistemas e
tecnologias. Deve também conter partes móveis resistentes a agentes externos,
deve possibilitar o aproveitamento máximo da superfície de fachada, assim como a
fácil utilização das partes móveis da fachada, como é o caso dos brises, e viabilizar
a manutenção do sistema como um todo (substituição de painéis de vedação e
partes da estrutura) e, por último, atender à qualidade estética, importante para a
permanência e para a valorização do edifício no mercado imobiliário.
Observa-se, assim, que a envoltória é o elemento responsável por manter o interior
do edifício confortável, com o menor uso de energia possível, permitindo adaptações
a novas tecnologias que aumentem a eficiência da construção, além de empregar
sistemas de fachadas que permitam substituições de componentes, para que o
edifício sempre se mantenha atrativo e competitivo no mercado imobiliário, não
51
apenas no que tange os aspectos estéticos, mas também quanto ao custo de
manutenção.
Note-se que o Quadro 8 pode ser útil na análise de fachadas envidraçadas,
levantando problemas decorrentes da ação de agentes externos, como clima, ruído
e pó. Além disso, permite considerar possibilidades de infraestruturas incorporadas
aos componentes de vedação. Também por esse quadro é possível interconectar as
informações sobre clima e infraestrutura, com soluções de fachadas pertinentes à
manutenção do equilíbrio entre conforto e consumo energético.
2.3 Estruturas e sistemas de fachadas
As estruturas e sistemas para a implantação de fachadas de vidro de alta tecnologia
têm um funcionamento específico, pois conforme a técnica empregada obtém-se um
desempenho da arquitetura, com sua forma de prover conforto ambiental e eficiência
energética. Nesse sentido, entende-se que a fachada deve reagir aos estímulos do
clima, determinando a qualidade interna do ambiente construído.
As fixações do vidro têm três principais funções: estruturar, prover segurança aos
usuários e transeuntes e manter o conforto interno. Desse modo, a partir dessas
funções relativas à construção de caixilhos, vários arquitetos buscam desenhar
produtos que atendam às necessidades de utilização do vidro e de obtenção de
conforto interno e, ao mesmo tempo, permitam desenvolver suas concepções
formais nas obras.
Obras de alguns arquitetos podem ser tomadas como paradigmas, por terem
desenvolvido componentes para fachadas, com o objetivo de incorporar formas de
controle do clima interno. Destaca-se a de Alvar Aalto, que projetou um sistema de
caixilhos duplos envidraçados e ventilados, para o Hospital Paimio (1930 a 1933), na
Finlândia, que foi precursor dos sistemas atuais de fachadas duplas. Como se pode
observar na Figura 15, os vidros duplos têm aberturas para a entrada do ar na parte
superior (vide círculo vermelho no corte da janela) e persianas externas, para
controlar a entrada da radiação solar. Esse sistema de vidro duplo fundamenta o
princípio do conceito de fachadas ventiladas existentes atualmente.
52
Figura 15: Detalhes das janelas do Hospital Paimio, na Finlândia, Projetado por Alvar Aalto. (EHRSTROM, JETSONEN, et al., 2005, p. 35).
Observa-se, ainda, que o arquiteto brasileiro Joaquim Guedes, em alguns de seus
projetos, utilizou janelas bipartidas, que se tornaram marca de seu trabalho.
Também foram introduzidos caixilhos bipartidos, com vidros temperados e
estruturados com montantes em concreto, na Casa Dalton de Toledo (Figura 16), em
Piracicaba (1962). O intuito era privilegiar a entrada de ventilação e iluminação
naturais (GRAÇA, 2007, p. 60), garantindo o conforto térmico e visual no interior.
Nesse mesmo período, o arquiteto Carlos Millan, ao detalhar o projeto de caixilhos
de suas obras, procurava que estes fossem estanques a vazamentos de ar
(CAMARGO, 2005).
Figura 16: Casa Dalton de Toledo,projeto de Joaquim Guedes (1962). (GRAÇA, 2007, p. 61)
53
Os arquitetos Mies van der Rohe e Gordon Bunshaft já buscavam formas de explorar
fachadas de vidro, em meados dos anos 1950. Mies Van Der Rohe foi pioneiro ao
construir um edifício residencial envidraçado em Chicago, o Lake Shore Drive (1948-
1951). O arquiteto americano Gordon Bunshaft também foi adepto do vidro como
vedação, trabalhando para o escritório Skidmore, Owings and Merrill, tendo sido
responsável pelo projeto do edifício de escritórios Lever House (1951-52), em Nova
Iorque (Figura 17) (NAKAMURA, 2008). Este foi um edifício construído com um dos
primeiros sistemas estruturais de fachadas envidraçadas dependendo de caixilhos
metálicos para prender todas as bordas dos panos de vidro, criando uma fachada
modulada marcada pela estrutura.
Figura 17: Edifício Lever House (1951-52) em Nova Iorque projeto do escritório Skidmore, Owings and Merrill . Predomina estrutura metálica
vertical, sempre aparente na
fachada. Imagem de Jochen
Kratschmer disponível em:
http://en.structurae.de/photos/inde
x.cfm?JS=57157
Com a crescente utilização do vidro em fachadas, começou-se a identificar uma
demanda dos arquitetos para utilizar sistemas de vedação com um perfil mínimo
visível, deixando aparente apenas o vidro. Assim, as peles de vidro surgiram como
uma resposta da indústria ao mercado (Balanço dos avanços tecnológicos, 2005). A
criação de tipos diferentes de fachadas tem como objetivo atender também às
necessidades distintas, relacionadas ao isolamento térmico, acústico, ao efeito
visual, à ventilação, à iluminação natural e eficiência energética.
Assim foi que surgiram as paredes ou fachadas-cortina (curtain wall) envidraçadas,
que foram definidas pela Norma Brasileira NBR 10820 como: "Caixilhos interligados
e estruturados com função de vedação, formando um sistema contínuo e
desenvolvendo-se no sentido da altura e/ou da largura na fachada da edificação,
sem interrupção, pelo menos por dois pavimentos". Pode-se dizer, ainda,
54
complementando a definição da norma 10820, que parede-cortina é uma envoltória
esbelta, com moldura de alumínio, cujo preenchimento pode ser de vidro, mas
também de pedra ou metal. É importante observar que essa estrutura metálica não
tem função estrutural, pois as cargas resultantes da pressão do vento e do peso
próprio são transferidas diretamente para a estrutura do edifício (VIGENER e
BROWN, 2010).
Com a popularização das fachadas em vidro, desenvolveram-se novas formas de
aplicá-las aos edifícios, incluindo os sistemas simples os duplos. No Quadro 9,
encontram-se sintetizadas as características relativas aos materiais utilizados, bem
como as vantagens e desvantagens da implantação das fachadas envidraçadas
simples e duplas. As fachadas simples criam uma pele única, ou seja, uma única
camada de vedação, enquanto as duplas trabalham com duas camadas de vedação,
uma de vidro e outra não necessariamente de vidro, com uma camada de ar entre
estas, atuando como um filtro que retém o calor e serve, ainda, como duto de
ventilação.
Com a inserção de elementos industrializados nas construções, como painéis de
vedação em vidro, atuando como fechamento nas fachadas estruturadas em aço ou
alumínio, as obras ganharam agilidade. A rapidez de montagem deve-se ao fato de
os painéis de vedação chegarem prontos à obra, podendo ser imediatamente
montados sobre a estrutura da fachada, eliminando cortes e uso de argamassa,
reduzindo, assim, o tempo para conclusão do serviço. Esses componentes são ainda
mais leves do que a alvenaria convencional, exigindo menos esforços das
estruturas.
As fachadas duplas ventiladas envidraçadas diferem das paredes-cortina quanto
ao número de camadas entre o meio externo e interno. A fachada dupla, como o
próprio nome diz, é constituída de duas camadas que podem ser de vidro e de
outros materiais (cerâmica, granito, plástico e metal). A grande vantagem dos
sistemas duplos é a possibilidade de diminuir o calor irradiado para o interior,
aproveitando o efeito chaminé que se estabelece nesse espaço entre a fachada
interna e a externa do sistema. Esse efeito chaminé pode ser auxiliado por
equipamentos mecânicos. No entanto, o custo desse tipo de fachada é elevado
devido à quantidade de material e à complexidade do sistema.
55
TIPO FACHADA MATERIAL VANTAGENS DESVANTAGENS F
AC
HA
DA
SIM
PL
ES
PA
RE
DE
-CO
RT
INA
Estrutura metálica
usualmente em
alumínio com
fechamento em vidro,
pedra ou metal. Os
caixilhos podem ser
aparentes,
envolvendo o vidro;
ocultos, com vidro
colado; ou
inexistentes, no caso
dos spiders.
É um sistema que
tende a ser de
montagem muito
rápida, principalmente
se a fachada já estiver
modulada, com o vidro
instalado. É muito leve
e utiliza menor
quantidade de material
do que as fachadas
duplas.
Muitas vezes esse tipo de
fachada não tem aberturas, o
que prejudica o conforto
ambiental, já que não se pode
aproveitar o efeito da
ventilação natural. Esse
sistema deve ater- -se às
características do vidro e dos
caixilhos, tanto para controlar
a entrada de radiação solar
quanto o vazamento de calor
ou frio pela estrutura.
FA
CH
AD
A D
UP
LA
FA
CH
AD
A V
EN
TIL
AD
A
A subestrutura do
revestimento é de aço
inoxidável ou
alumínio. O
revestimento das
fachadas ventiladas
pode ser de: granito,
mármore,
porcelanatos,
cerâmicas, placas
compósitas de metais
ou laminados
melamínicos e até
mesmo vidro.
Evita o acúmulo de
umidade e a
condensação de água,
oferece maior conforto
térmico devido à
circulação de ar entre a
camada externa e a
parede do edifício, é de
fácil montagem, o vão
livre entre a parede e a
fachada ventilada pode
ser utilizado para a
passagem de
tubulações e
cabeamentos, a
manutenção é
simplificada pela
substituição dos painéis
com problemas e pode
ser instalada até em
edifícios existentes.
Alto custo em relação aos
sistemas convencionais,
diminuição do espaço útil da
construção, custos extras de
manutenção e operacionais,
eventuais erros de projeto
podem provocar
superaquecimento, não
admite improvisos, não há
normas brasileiras que
regulamentem o uso desse
tipo de fachada, inexistência
de construções que
apresentem fachada ventilada
no Brasil, escassez de
empresas que comercializem
painéis para fachadas
ventiladas, resumindo-se a
apenas duas empresas: a
KeraGail e a HunterDouglas
(NBK ceramic), ambas em
cerâmica.
Quadro 9: Síntese dos materiais utilizados, vantagens e desvantagens de fachadas envidraçadas simples e duplas. Quadro elaborado pela autora com base em: http://engenhariacivil.files.wordpress.com/2008/01/dossiereconomico.pdf sobre fachada ventilada, Dra. Telma Galvão, Madeicávado; http://www.revistatechne.com.br/engenharia-civil/144/fachadas-respirantes-fachadas-ventiladas-combinam-funcoes-esteticas-com-bom-128934-1.asp (MOURA, 2010); (TORCELLINI, et al., 2004 p. 1); (LANHAM, et al., 2004 p. 27); (POIRAZIS, 2004)
As paredes-cortina são classificadas de acordo com o método de sua produção e
instalação. Conforme Silvana Rosso (2008), Viegener e Brown (VIGENER e
BROWN, 2010), podem ser classificadas em dois grupos: Stick e Unitizados. No
Sistema Stick, os montantes verticais e horizontais são montados peça a peça na
56
obra, e os painéis de vidro são instalados por último (Figura 18). Como os módulos
são montados na obra, há certa flexibilidade para ajustes feitos durante a
montagem, mas o processo executado in loco pode trazer as desvantagens de não
ter sido produzido sob o controle de qualidade do processo industrial.
Os Sistemas Unitizados (Figura 18 - Sistema Unitizado) apresentam módulos de
fachada que chegam prontos à obra, já envidraçados, devidamente vedados e
acabados. Esses componentes de fachada normalmente têm a altura do pé direito e
a largura corresponde à modulação horizontal da esquadria. Nesse sistema de
fachada, um painel acopla-se ao outro e requer equipamentos especiais para a
montagem.
Silvana Rosso (2008) aponta que existe também um sistema híbrido, que une o
sistema de infraestrutura vertical do sistema Stick aos módulos Unitizados. No
primeiro passo, as colunas verticais, que servem de estrutura, são instaladas;
depois, os módulos são envidraçados (Figura 18 - Sistema Híbrido). A grande
vantagem do Sistema Híbrido em relação ao Stick é a menor necessidade de mão
de obra. Quando comparado ao processo Unitizado, a vantagem é o fato de não
exigir equipamentos especiais para a instalação.
Figura 18: Ilustração sobre os sistemas Stick, Unitizado e Híbrido, de fachadas-cortina em vidro. Imagens disponíveis em: (ROSSO, 2008).
Com relação à classificação de fachadas Stick e Unitizadas, existem subgrupos que
abrangem formas específicas de fixar o vidro, como as Peles de Vidro, Structural
Glazzing e Fachadas Suspensas, podendo-se destacar a predominância dos
sistemas não modulados, executados no canteiro, nos quais a estrutura a receber os
57
componentes envidraçados é montada na obra. O Esquema 1, abaixo, mostra
visualmente essa separação em subgrupos, e o Quadro 10 ilustra os diferentes tipos
de fixação.
Esquema 1: Classificação das fachadas- -cortina. Elaborado pela autora.
Na categoria das peles de vidro, podem-se identificar dois sistemas, ambos
trabalhando com uma estrutura interna à camada de vidro. Tem-se, assim, a fachada
encaixilhada (Quadro 10 - fachada encaixilhada - exemplo do edifício Sul América
Seguros, no Rio de Janeiro) que utiliza perfil, deixando-o visível na fachada, ao
passo que o sistema structural glazing (Quadro 10 - fachada structural glazing –
exemplo: Office Building Löwenbräu) utiliza os painéis colados sobre a estrutura,
deixando visível apenas o vão entre os vidros, aumentando a impressão de um pano
único de vidro.
As fachadas suspensas estabelecem soluções mais transparentes, devido à
ausência de montantes estruturais visíveis. No caso do uso de braçadeiras (Quadro
10 - fachada suspensa - exemplo edifício Willis Faber & Dumas), grandes panos de
vidro são fixos por peças metálicas colocadas apenas nos cantos das placas
(braçadeira), necessitando, nesses pontos, de uma ligação com a estrutura da
fachada.
As aranhas (spider glass) são peças articuladas em forma de ―X‖, em alumínio ou
aço inox, parafusadas nas extremidades do vidro, cuja furação é específica para tal
componente26. As furações utilizadas pelas aranhas devem respeitar raios
adequados, para que o material não entre em colapso. Esse sistema permite
inclusive sua utilização como fachada ventilada, no caso da ausência de vedação
(silicone) entre os painéis.
26
Informações disponíveis em: www.arq.ufsc.br/arq5661/trabalhos_2006-1/fixacoes/fixacoes.doc. Acessado em: 21.02.2010
58
Os sistemas de fachadas Unitizadas (Quadro 10 - fachada Unitizada - exemplo
edifício do Banco de Boston27, em São Paulo) vieram como resposta a uma
demanda de obra, procurando agilizar o processo de montagem dos caixilhos e a
fixação dos vidros. Os módulos unitizados trabalham com perfis pré-fabricados, que
já vêm com todos os acessórios para a instalação do vidro, como borrachas e
gaxetas28, que são instaladas na obra entre os vãos dos pavimentos e,
posteriormente, o vidro é colocado pela parte externa da fachada.
Pe
le d
e v
idro
Encaixilhada
O perfil é oculto, mas seu formato prende
o vidro sem adesivo, deixando indícios do
caixilho no exterior. Exemplo: Edifício Sul
América Seguros, na cidade do Rio de
Janeiro. Disponível em:
www.revistatechne.com.br/engenharia-
civil/159/imagens/i201177.jpg. Acessado
em: 20.04.2011
Structural glazing
O perfil é oculto e o vidro é colado a ele.
Os intervalos entre os vidros apresentam
apenas fina camada de silicone, visível
externamente. Exemplo Office Building
Löwenbräu, do escritório alemão
BETZ ARCHITEKTEN. Disponível em:
www.betz-
architekten.de/html/projects/loewenbraeu_
05.html. Acessado em: 20.04.2011
27
Nos dias de hoje, esse edifício abriga escritórios de diversas empresas, não sendo mais propriedade do Banco de Boston. 28
Junta flexível que auxilia a movimentação das partes envolvidas, além de promover a vedação.
59
Fach
ad
a s
usp
en
sa
Braçadeiras
O sistema apoia painéis de vidro em
braçadeiras, estas fixas em rolamentos
articulados. As cargas são distribuídas
através dos pontos de suspensão. O
maior exemplo desse sistema é o edifício
Willis Faber & Dumas (1971-75), projetado
por Norman Foster. Disponível em:
www.fosterandpartners.com/Projects/0102
/Default.aspx. Acessado em: 20.04.2011
Aranhas ou Spider glass
Esse tipo de fixação de vidros acontece
por meio de peças articuladas em formato
de "x", fixadas em outra estrutura
portante. Esse tipo de fachada foi
desenvolvido para ser ventilado, mas no
Brasil funciona como pele única, e o vão
entre os vidros é vedado com silicone.
Imagem disponível em:
(SCHITTICH, STAIB, et al., 2007, p. 55)
Fachada Unitizada
Sistema estrutural pré-fabricado cujos vãos
abrangem o pé-direito, montados na obra,
recebem os painéis de vidro a serem colados. O
primeiro exemplar do sistema foi o Bankboston
em São Paulo. Disponível em:
http://i2.photobucket.com/albums/y37/gutooo/da
%20ponte/daponte015.jpg. Acessado em:
20.04.2011
Quadro 10: Tipos de estruturação para fachadas envidraçadas. Elaborado pela autora com base em: Modificações nas Normas devem redesenhar mercado de esquadrias, 2010, Balanço dos avanços tecnológicos, 2005 e SCHITTICH, STAIB, et al., 2007, p.52- -55.
A forma de fixar os painéis à edificação pode resultar em processos construtivos
mais ágeis ou não, dependendo do que foi especificado para a obra. Por exemplo,
60
a utilização de painéis unitizados garante ao componente de fachada os padrões de
qualidade inerentes ao processo industrial, além de diminuir o tempo de obra.
Quanto maior a garantia da qualidade dos componentes da fachada, menor é a
possibilidade de incorrerem defeitos que possam prejudicar a estanqueidade do
sistema como um todo, fato este essencial para a garantia do conforto térmico e
acústico dos espaços interiores da edificação. Por outro lado, a rigidez do processo
industrial não permite ajustes, porque a infraestrutura para receber os painéis deve
estar exatamente do tamanho requerido pelos módulos.
A estrutura das paredes-cortina (curtain wall) tanto quanto as camadas externas das
fachadas duplas são tradicionalmente em alumínio. A escolha desse material se dá
em função de sua resistência à corrosão, à variedade de acabamentos e ao baixo
custo do processo de fabricação por extrusão. Além do mais, os formatos dos perfis
de alumínio produzidos têm grande precisão, permitindo encaixes adequados dos
vidros, propiciando uma vedação eficiente (ALLEN e IANO, 2009, p. 840). Os
caixilhos que formam fachadas ou apenas caixilhos de janelas, no entanto, podem
ser também de madeira, ferro ou PVC.
A aplicação de perfis de alumínio na construção civil é facilitada por suas conexões
simples e pela leveza do material. Além disso, o alumínio pode receber diversos
acabamentos, ampliando a gama de opções dos arquitetos. Entre as possibilidades
de beneficiamento do alumínio estão: a anodização, (além de colorir aumenta a
resistência do material ao tempo e à perda de tonalidade) (ALLEN e IANO, 2009, p.
845-846), a pintura ou revestimento com materiais plásticos, o polimento mecânico
(convencional ou de lustração), as texturas decorativas aplicadas por processos
mecânicos, as lavragens (realizadas por cilindros gravados em relevo) e o
acabamento acetinado (escovamento, jateamento ou aplicação de um polimento
sem gordura).
Os perfis de alumínio disponíveis no mercado brasileiro29 apresentam três opções de
fixação: encaixilhado (o vidro é fixo entre montantes), colado externamente com
silicone, ou fixo por pontos, por meio de peças articuladas (spiders). Essas três
soluções têm resultados visualmente distintos, como se pode apreciar nas Figura 19
29
No Brasil, o site da Associação Brasileira do Alumínio cita sete empresas que trabalham perfis de alumínio para fachadas em pele de vidro, entre elas a Alcoa, Anobril, Asa, Belmetal, CDA, Perfileve e Novelis. Mas seus produtos atendem basicamente o mercado de fachadas para edifícios comerciais, aparecendo como opção para edifícios residenciais apenas caixilhos de janelas e portas-balcão.
61
e Figura 20. Essas formas de fixação do vidro são incorporadas em edifícios
residenciais, mas deveriam obedecer aos critérios de conforto, para evitar a
exposição excessiva ao sol. Deve-se utilizar o vidro apropriado para a finalidade
proposta.
Figura 19: Torre Almirante (2004), situada no Rio de
Janeiro, projeto do arquiteto Davino Pontual. Neste
caso foi utilizado sistema de fachada em módulos
pré-fabricados.
Disponível em:
http://papodeobra.blogspot.com/2008/08/fachada-da-
torre-almirante-rio-de.html. Acessado em: 04.03.2011
Figura 20: Rochaverá Corporate
Tower (2006-2008), edifício
comercial projetado por Aflalo &
Gasperini, em São Paulo, com
estrutura da fachada oculta pelo
vidro colado com silicone.
Disponível em:
www.aflaloegasperini.com.br/projet
o_detalhe.php?lang=ENG&id=127.
Acessado em: 04.03.2011
Outro fator importante para a implantação das fachadas-cortina é a vedação, ou sua
capacidade de ser estanque à água e ao ar, porque o vazamento destes dois fatores
pode prejudicar o desempenho térmico e acústico do sistema de fachadas. Segundo
Rosso (2008), a falta de vedação normalmente é consequência de falha de projeto
(erro no cálculo de resistência aos fatores do clima), erros durante a produção
62
industrial ou instalação. Como os materiais utilizados nos módulos de fachada em
vidro são impermeáveis, os problemas ocorrem predominantemente nas junções.
Os caixilhos necessitam de elementos flexíveis que possam ser responsáveis pela
vedação dos sistemas, para que água e ar não entrem prejudicando o equilíbrio do
clima interno. Inicialmente, a borracha de neoprene foi utilizada com essa função,
em edifícios como o Lever Building, em Nova Iorque. Depois a vedação em sistemas
de fachadas cortina passou a ser com borracha (EPDM - etileno-propileno-dieno),
silicone ou fita dupla face. Os três elementos servem para vedar e fixar os painéis na
estrutura metálica que compõe o sistema de fachada.
Com a entrada do silicone30 no mercado, este foi incorporado como selante flexível
(vedação) e também como adesivo para fixação do vidro. Como parte da fachada-
cortina, o silicone estrutural passou a ter um papel importante na transferência de
esforços decorrentes dos ventos na estrutura. O silicone é um produto plástico,
inorgânico, com resistência a raios ultravioleta e a grandes variações de temperatura
(entre – 45ºC e + 145ºC)31. Outra virtude do silicone é a possibilidade que este
oferece de se obter peles de vidro com um mínimo de contorno visível, como no
caso mostrado no Quadro 10, com o Structural Glazing.
Na Figura 21, o corte em um caixilho de vidro duplo permite a visualização do perfil,
que mescla o alumínio com peças em borracha. A borracha (círculo vermelho da
Figura 21) mostra que o alumínio não entra em contato com a superfície do vidro, a
borracha dá flexibilidade e evita que o calor absorvido pelo metal seja transmitido
para o vidro. O círculo azul, na Figura 21, mostra peça plástica que isola o metal
exposto às intempéries, do lado que fica em contato com o ambiente interno,
evitando a passagem de frio ou calor através do perfil.
30
O silicone foi introduzido no mercado internacional na década de 1960. Informações disponíveis em: www.usp.br/fau/deptecnologia/docs/bancovidros/. Acessado em: 18.03.2011 31
Informações disponíveis em: www.usp.br/fau/deptecnologia/docs/bancovidros/. Acessado em: 18.03.2011
63
Figura 21: Corte do perfil de alumínio de um caixilho, no caso de vidro duplo insulado. Disponível em: http://betterbricks.com/CaseStudies.aspx?ID=1137. Acessado em: 09.11.2010
A relação entre a estrutura da fachada e os painéis de fechamento em vidro deve
ser bem isolada para não haver perda de calor ou frio pelos vãos existentes nos
montantes. Dependendo da situação climática, isto é, grandes diferenças entre a
temperatura interna e externa, o caixilho deve ser isolado para evitar a condensação
do vapor (ALLEN e IANO, 2009, p. 840). Por exemplo, em climas quentes e úmidos,
edifícios condicionados artificialmente têm temperatura interior mais baixa que a
exterior, podendo provocar condensação nas janelas no lado de fora. Os caixilhos
são pontos delicados de uma fachada, já que são suscetíveis a vazamentos de ar,
de água e perda de calor ou frio.
O desempenho térmico de uma fachada-cortina depende diretamente do tipo (vidro
de controle solar) e espessura do vidro e da estrutura (alumínio, ferro, PVC ou
madeira). Como os metais são usualmente de alta condutividade térmica, a
geometria dos perfis que envolvem os painéis de vidro, aliados a materiais
complementares, como borrachas e outros componentes do caixilho, podem auxiliar
na redução da transmissão de calor pelos perfis (VIGENER e BROWN, 2010).
A necessidade de se criarem fachadas envidraçadas de alto desempenho leva ao
estudo de caixilhos mais eficientes. Em busca desse objetivo, procuram-se criar
componentes que não permitam vazamentos de ar e água, além de incluir aparatos
internos (cortinas e persianas) ou externos (brises e cobogós) que controlem a
entrada do calor e da luz. Deve-se considerar, ainda, a possibilidade de aproveitar a
ventilação e a iluminação natural de forma a minimizar o uso de ar condicionado e
luz artificial (OESTERLE, LIEB e LUTZ, 2001).
Com a grande variedade de sistemas de fachadas, passou a ser possível escolher
aquele que seja mais adequado ao clima local, forma e uso da edificação. Além de
64
incorporar componentes que permitem que se aproveite a ventilação natural, em
arranha-céus, ao mesmo tempo em que se utilizam elementos de sombreamento
protegidos da ação do vento, artifício que garante o conforto ambiental, sem a
necessidade do uso de equipamentos mecânicos de compensação climática (ar
condicionado, ventilação mecânica e calefação). Para o projeto de uma fachada, a
definição de sua geometria e forma é essencial para a determinação da melhor
tecnologia a ser empregada, visando garantir um bom desempenho térmico e de
consumo energético (WATTS, 2009, p. 90).
Mesmo havendo uma grande variedade de componentes para vedação, esses
sistemas têm restrições de tamanho, o que gera unidades modulares que se
repetem, definindo proporções e ritmos para as fachadas (KNAACK, KLEIN, et al.,
2007, p. 42). Esse tipo de modulação não é uma necessidade técnica e sim
financeira, visto que painéis de tamanhos diferentes exigem estruturas com
variações de dimensões, resultando em aumento do custo. Sistemas especiais de
fachadas normalmente são desenvolvidos e produzidos para arranha-céus, já que a
grande quantidade de peças viabiliza a produção, enquanto os prédios
convencionais precisam utilizar o que está disponível no mercado (KNAACK, KLEIN,
et al., 2007, p. 46).
2.3.1 Fachadas duplas ventiladas em vidro
Uma variação das paredes-cortina é a fachada dupla ventilada. Essa técnica usa a
sobreposição de camadas, para alcançar o conforto ambiental com menor
dependência de ar condicionado e calefação. A fachada ventilada é um sistema que
tem a função de proteger e revestir. Funciona com duas camadas, uma interna e
outra externa, com câmara de ar entre as duas (LONCOUR, DENEYER, et al., 2004,
p. 18). No caso das fachadas ventiladas em vidro, a cavidade pode variar entre 20
cm e 200 cm, permitindo inclusive a circulação para manutenção ou passagem de
infraestrutura do edifício (POIRAZIS, 2004, p. 16).
Do ponto de vista estrutural, a fachada dupla ventilada consiste de três camadas
funcionais: fachada exterior, normalmente composta de vidro simples; cavidade e
caixilho interno, este muitas vezes duplo. A distância entre o vidro externo e interno
varia de acordo com as decisões do projetista e com as necessidades de
construção.
65
O objetivo é utilizar o espaço entre as duas camadas da fachada como filtro,
havendo necessidade de abertura de ventilação, na fachada interior ou exterior, ou
em ambas. O espaçamento entre as placas da fachada externa varia entre 4 e
10mm, o que reduz consideravelmente a infiltração de água na cavidade interna,
evitando que a umidade danifique e acelere o processo de envelhecimento dos
componentes da fachada (Figura 22 e Figura 23). Essa folga de 4 a 10 mm é
importante também para que dilatações dos materiais utilizados aconteçam sem
trincas ou quebra (BARKKUME, 2007).
Figura 22: Esquema do funcionamento de uma fachada ventilada em vidro disponível em: http://engenhariacivil.files.wordpress.com/2008/01/dossiereconomico.pdf. Acessado em: 23.02.2011
Figura 23: Detalhe das aberturas entre os painéis de uma fachada ventilada e a passagem do ar disponível em: http://engenhariacivil.files.wordpress.com/2008/01/dossiereconomico.p
df. Acessado em: 23.02.2011
Outra função dessa camada de ar entre as fachadas é a exaustão tanto do ar
viciado como do aquecido pelo sol. Essa exaustão acontece pelo efeito chaminé
(forçada ou natural) que é consequência do movimento de ascensão natural do ar
aquecido que, ao provocar sua movimentação, suga o calor e o ar viciado interno à
edificação. Portanto, é uma forma de ventilar o interior dos ambientes (KNAACK,
KLEIN, et al., 2007, p. 93). Tanto a exaustão do calor quanto da umidade pode
acontecer de forma passiva, isto é, devido a ações físicas do efeito chaminé, ou
66
ativa, por meio de ventiladores, e, por último, de forma híbrida, mesclando
ventiladores com o efeito chaminé (BARKKUME, 2007).
No caso das fachadas ventiladas em vidro, para que não ocorra superaquecimento
provocado pela passagem da radiação solar pelo vidro transparente, deverá haver,
próximo a este, venezianas ou persianas móveis. A persiana deve ser posicionada a
uma distância da fachada externa, que corresponda a 1/3 da dimensão da cavidade
(ROELOFSEN, 2002, p. 22). Esses anteparos devem permitir a livre passagem de ar
por ambos os lados, para que a função de exaustão da fachada ventilada continue a
acontecer (BARKKUME, 2007).
Segundo Poirazis (POIRAZIS, 2004, p. 43), a dimensão da cavidade pode beneficiar
a eficiência da fachada. No caso de locais frios, o ideal é que se tenham cavidades
mais estreitas, para que o fluxo do ar seja limitado, provocando o aumento da
temperatura. No caso de locais quentes, Poirazis não chegou a uma conclusão,
mas, em locais quentes, os anteparos de sombreamento serão aquecidos e emitirão
calor, e a temperatura do ar na cavidade será elevada, aumentando a necessidade
de uma vazão maior de ar.
No caso do Brasil, o sistema de fachadas ventiladas poderia ser utilizado para
remover o calor da cavidade entre as duas vedações, a externa e a interna,
permitindo maior conforto térmico, tanto em situações de janelas internas vedadas
quanto no caso das não vedadas. No caso de janelas que abrem para a cavidade, o
efeito chaminé pode auxiliar na ventilação dos espaços internos, "puxando" para fora
o ar quente. No caso de janelas vedadas, o colchão de ar formado entre as fachadas
interna e externa retarda a entrada do calor, caso a radiação não adentre o
ambiente.
As fachadas duplas ventiladas são classificadas segundo três aspectos, baseados
no modo de funcionamento: tipo de ventilação, partição da fachada e modos de
ventilação da cavidade. A partir desses três grupos, são criados diversos subgrupos
para melhor classificação.
O Esquema 2, abaixo, mostra a classificação das fachadas ventiladas segundo três
critérios diferentes: a) tipo de ventilação; b) partição da fachada; e c) modos de
ventilação da cavidade. Cada um desses três critérios dá origem a outras
classificações e, desse modo, as fachadas ventiladas, segundo o tipo de ventilação
(a), classificam-se em: ventilação natural, ventilação mecânica e ventilação híbrida.
67
Segundo a partição da fachada (b), classificam-se em: a janela dupla ventilada e a
fachada dupla ventilada, sendo que esta última engloba a shaftbox, a dividida por
pavimentos, a sem divisão por pavimentos e, finalmente, a sem divisão por
pavimentos mas fachada externa com brises. A fachada dupla ventilada dividida por
pavimentos engloba, ainda, a fachada corredor e os módulos justapostos. Segundo
os modos de ventilação (c), as fachadas ventiladas classificam-se em: cortina de ar
externo, cortina de ar interno, exaustão de ar e sem ventilação da cavidade.
Esquema 2: Classificação das fachadas ventiladas Esquema criado pela autora, 2011, com base em informações disponíveis em: (LONCOUR, DENEYER, et al., 2004, p. 8-13).
A complexidade do sistema de ventilação das fachadas duplas acaba
comprometendo a privacidade em edifícios residenciais, devido à possível mistura
de odores e ruídos, impactando negativamente. Além disso, a complexidade do
sistema resulta em um custo elevado tanto de construção como de manutenção. Por
esse motivo, as fachadas duplas ventiladas são predominantemente utilizadas em
edifícios comerciais.
Fachada ventilada
Tipo da ventilação
Ventilação natural
Ventilação mecânica
Ventilação híbrida
Partição da fachada
Janela dupla ventilada
Fachada dupla
ventilada
Shaft box
Dividida por pavimentos
Fachada corredor
Módulos justapostos
Sem divisão por
pavimentos
Sem divisão por
pavimentos, mas fachada externa com
brises
Modo de ventilação da
cavidade
Cortina de ar externo
Cortina de ar interno
Suprimento de ar
Exaustão de ar
Sem ventilação da
cavidade
68
A seguir, são analisados alguns exemplos de edifícios residenciais com fachada de
vidro.
2.3.2 Proteções solares para fachadas
Fachadas com amplas superfícies envidraçadas estão sujeitas ao excesso de
exposição ao sol. Em períodos quentes do ano, até mesmo em países frios o
superaquecimento é um fator negativo para o conforto térmico da edificação. Uma
solução arquitetônica encontrada é a utilização de anteparos internos ou externos
que auxiliem no controle do clima interno.
Pode-se citar como componentes externos de sombreamento: os beirais; light-
shelves; brises e cobogós (elementos vazados - Figura 24). Esses elementos de
proteção permitem a entrada da luz, mas não a da radiação, nos períodos mais
críticos do dia. Para que esses componentes sejam eficazes, devem ser projetados
com o auxílio do gráfico solar, resultando em peças com ângulos que evitem a
incidência da radiação solar direta no interior, durante os períodos críticos, sem que
a iluminação natural seja prejudicada.
A Figura 25 mostra como os brises fixos têm diferentes resultados diante de
diferentes ângulos de incidência do sol. Não apenas o ângulo dos brises, mas
também o seu tamanho e a distância entre as placas podem resultar em proteções
distintas. É importante a definição dos horários em que a radiação solar não deve
entrar nos ambientes e, para isso, o gráfico solar, aliado a conhecimentos do clima
local são de grande valia.
O light shelf é um outro tipo de proteção solar cuja abertura é dividida em duas
partes: a de cima tem a função de reduzir a incidência da radiação no interior e
auxiliar na iluminação natural, redirecionando a luz do sol para o forro; a parte de
baixo do light-shelf, sombreada, tem a função de ventilar e manter o contato visual
com o exterior (Figura 26). Esse tipo de proteção solar permite a redução do ganho
de calor e uniformiza a distribuição da luz natural no ambiente interno (LAMBERTS,
DUTRA e PEREIRA, 1997, p. 71).
As proteções solares internas são normalmente as cortinas e persianas, que são
fáceis de manejar de acordo com a necessidade do usuário. Estes artifícios, porém,
não evitam a ocorrência do efeito estufa, pois a radiação que os atinge transforma-
69
se em ondas longas, que ficam "aprisionadas" dentro do ambiente (LAMBERTS,
DUTRA e PEREIRA, 1997, p. 71), bloqueando apenas a luz e não o calor.
Figura 24: Exemplos de cobogós. Disponível em: www.minhacasaminhacara.co
m.br/wp-
content/uploads/2010/11/imag
em-11.jpg. Acessado em:
26.03.2011
Figura 25: Duas situações, uma na qual a luz do sol é barrada pelo brise (imagem superior) e a outra em que a inclinação dos raios de sol permite sua passagem pelo brise (imagem inferior) Disponível em: www.edifique.arq.br/images/q
uebrasol.gif. Acessado em:
26.03.2011
Figura 26: Ilustração do funcionamento de uma light shelf (LAMBERTS, DUTRA e
PEREIRA, 1997, p. 71)
70
Quadro 11: Fator solar das proteções solares externas e internas ao edifício. Adaptado de (LAMBERTS, DUTRA e PEREIRA,
1997, p. 73)
O Quadro 11 mostra o fator solar de cada um dos tipos possíveis de proteção solar,
quer sejam elas internas ou externas. Observando o Quadro 11 pode-se perceber
que as proteções internas são normalmente menos efetivas em relação à proteção
ao calor, visto que seus coeficientes de fator solar32 são mais altos, com exceção do
light shelf espelhado e do tampão de madeira, que têm valores compatíveis com os
sistemas internos de proteção. Os elementos externos mais eficientes para barrar o
calor são as venezianas de madeira ou plástico e as esteiras de madeira, ambos
com coeficiente de fator solar de 0,09, ao passo que, entre os elementos internos, as
cortinas opacas e semitranslúcidas apresentam valores em torno de 0,35 e 0,4.
A vegetação também pode ser utilizada para reduzir a incidência de raios solares na
fachada de um edifício, mas essa medida se aplica a construções cuja altura possa
ser coberta pela copa das árvores utilizadas como obstáculo ao sol. No entanto, o
uso de vegetação como elemento de sombra pode prejudicar a passagem do vento
e, consequentemente, comprometendo a ventilação. Assim sendo, o paisagismo
deve ser planejado juntamente com o conforto, para que se possa alcançar o
máximo de eficiência.
2.4 Fachadas envidraçadas adotadas pelo mercado de edifícios residenciais
O vidro foi um artefato de luxo até que os meios de produção alcançaram eficiência
para que se pudessem praticar preços acessíveis. A partir da metade do século XX,
32
Fator solar é o coeficiente que mede o ganho de calor. Este tema será detalhado no capítulo 6 - Vidro.
71
com a descoberta do processo float33 de produção do vidro, este material passou a
ser cada vez mais utilizado na arquitetura. Os arquitetos modernistas foram os
responsáveis por inserir janelas cada vez maiores e, posteriormente, por investir em
fachadas totalmente revestidas de vidro.
Segundo Kragh (2001), a transparência sempre foi considerada um aspecto
importante para a arquitetura, mas, para concretizar este desejo dos arquitetos,
muitas vezes o desempenho térmico dos edifícios foi comprometido, devido ao fato
de o comportamento do vidro, em relação à radiação, propiciar o superaquecimento
em locais quentes e a perda de calor em locais frios. Em busca de uma arquitetura
transparente e voltada à eficiência energética e ao conforto ambiental, foram
desenvolvidos componentes para fachadas que buscam aliar a transparência
desejada ao desempenho térmico e energético.
O uso extensivo do vidro provocou todo um processo de adaptação das técnicas
construtivas, cuja motivação deveu-se ao advento da pele de vidro, que tem um
comportamento diferente, tanto em relação à vedação quanto à fixação e às
necessidades estruturais, quando comparada a uma alvenaria sólida em tijolos, por
exemplo. Houve a necessidade da criação de uma série de componentes, tais como
estruturas metálicas e elementos de fixação, que não existiam nas paredes
convencionais.
A demanda por componentes de fachada para superfícies envidraçadas exigiu
novos estudos, para que se criassem produtos que acompanhassem as
necessidades de conforto e a eficiência do mercado. A Universidade de Delft, na
Holanda, desenvolveu uma pesquisa chamada International Facade, com o intuito
de determinar pontos essenciais para o desenvolvimento de fachadas para
diferentes climas. O objetivo não é criar um componente de fachada que sirva em
qualquer lugar, mas, sim, um guia que auxilie no projeto desde o início, facilitando a
especificação do sistema mais adequado à concepção arquitetônica desejada
(BILOW, 2009, p. 80).
A tecnologia atual de componentes para fachadas permite que nelas se incorporem
diversas funções, entre as quais a de redirecionar a luz natural, o sombreamento, o
aquecimento, a refrigeração e até mesmo a geração de energia. Com o aumento das
33 O processo float consiste no uso de um suporte de estanho derretido para o vidro líquido, com o objetivo de garantir ao vidro a forma plana e o acabamento liso (WIGGINTON, 2004, p. 64).
72
especializações de funções e componentes, as vedações verticais estão ficando
mais complexas (KNAACK, KLEIN, et al., 2007, p. 101). Essa complexidade exige
maior especialização de projetistas34: mão de obra de execução, limpeza e
manutenção e, devido às possibilidades de controle individuais, acabavam exigindo
maior conhecimento por parte do usuário.
Um dos principais objetivos do mercado de componentes para fachadas é criar
produtos que tornem possível um projeto que seja suscetível ao clima. O edifício tem
sua fachada como elemento intermediário entre a demanda e o suprimento de
energia e, assim, a fachada passa a representar a síntese entre conforto e eficiência
energética, por meio de soluções de desenho. As fachadas podem, inclusive,
incorporar formas de aproveitar as fontes de energia disponíveis no local como, por
exemplo, o vento e o sol. (VAN TIMMEREN, 2009, p. 59)
Lieverse (2009, p. 67) define essas fachadas que se adaptam às variações do meio
ambiente como fachadas vivas, e considera a vedação vertical como um sistema
vivo e inteligente, que se altera de acordo com a demanda do clima ou do conforto
do usuário, podendo, inclusive, ser utilizada para alterar o aspecto do edifício. No
entanto, as fachadas têm um caráter transitório, com o qual se combatem e regulam
todos os tipos de efeitos extremos ou indesejados que o clima externo exerce sobre
o interno e vice-versa. Por isso mesmo, as fachadas têm a capacidade de se adaptar
e de se regular para alcançar o equilíbrio (LIEVERSE, 2009, p. 67). O exemplo do
Instituto do Mundo Árabe em Paris (Figura 27) mostra uma tentativa de se utilizarem
componentes de fachadas, constituídos de diafragmas que se movimentam com a
maior ou menor incidência de luz, regulando a quantidade desta que entra no
espaço. Vale ressaltar que esses diafragmas são metálicos e internos ao vidro,
sendo aquecidos pela radiação que passa pelo vidro, irradiando calor para o interior
do edifício.
34 Bilow (2009, p. 80) compara a atividade de projetar de forma eficiente com o viajar sobre a água. Qualquer um pode pilotar um barco movido a motor, mas velejar exige conhecimentos dos ventos e das técnicas sobre como aproveitar o poder do vento para mover o barco na direção desejada, ou seja, projetar baseando o conforto ambiental em equipamentos de climatização mecânicos é fácil, o difícil é não contar com eles e, mesmo assim, conseguir bons resultados.
73
Figura 27: Instituto do mundo
Árabe (1981-1987), Paris, Jean
Nouvel. Arquivo pessoal, Paris
2007.
Para cada localidade e uso da edificação existem necessidades de conforto
distintas. A arquitetura, em se tratando especificamente da fachada, tem um papel
essencial para que a construção seja eficiente, tanto em relação ao conforto, quanto
ao consumo de energia. A especificação dos materiais da fachada, bem como o
sistema e a forma a ser utilizada no projeto arquitetônico são decisivos no
desempenho da edificação. Isso fica claro quando o trabalho da envoltória do
edifício, como isolante térmico, exige alta eficiência, como em casos de grandes
diferenças entre o clima externo e a temperatura de conforto interno. Por outro lado,
em regiões onde o clima externo está muito próximo da zona de conforto das
pessoas, a capacidade de isolamento da fachada pode ser reduzida (HERZOG,
KRIPPNER e LANG, 2008, p. 9).
Além do clima, o uso da edificação, seja ele residencial ou comercial, direciona de
forma distinta as decisões quanto à sua arquitetura. A fachada de uma construção
voltada para moradias deve garantir conforto o dia todo, ao passo que um prédio de
escritórios pode apresentar as fachadas preparadas para garantir conforto do
usuário durante o expediente de trabalho, portanto no período diurno. Escritórios
possibilitam o aproveitamento do fluxo de ar mais fresco durante a noite, para a
refrigeração de todo o edifício, preparando-o para o dia seguinte.
Com o intuito de vincular as possibilidades de tecnologias aplicadas a fachadas em
vidro de edifícios residenciais (revestimento) com o desenho arquitetônico, foram
escolhidos para estudo alguns edifícios ao redor do mundo, conforme as diversas
regiões climáticas, tais como: Dubai (Emirados Árabes), Gifu (Japão), Paris (França),
Sidney (Austrália) e São Francisco (EUA), com o objetivo de mostrar diferentes
soluções de fachadas envidraçadas, com ou sem anteparos de proteção ao sol.
74
Burjum Center - (Dubai - 2005)
O Burjum Center, em Dubai, é um edifício residencial, projeto do escritório KPF, no
qual foram utilizadas chapas perfuradas que se movem para proteger do calor a
fachada envidraçada. Esses painéis são motorizados e permitem que o
sombreamento acompanhe a trajetória do sol.
Os painéis de sombreamento cobrem todo o edifício (Figura 30), mas permitem que
se descortine a vista, devido à baixa densidade de seus painéis de tela metálica
perfurada (Figura 28). Pode-se perceber, na Figura 28, na parte superior da imagem,
a projeção da sombra na parede e as diferentes intensidades de sombras,
resultantes das sobreposições de painéis. As perfurações do painel também
permitem a ventilação natural durante o inverno, servindo como um anteparo às
rajadas de vento, diminuindo a velocidade destes.
Watts (2009, p. 101-103) ressalta que o sombreamento motorizado permite o
aumento da abrangência da proteção da fachada em edifícios localizados em climas
quentes. No caso do Burjum Center, em Dubai (Figura 29), conforme o ângulo dos
raios de sol se modifica, o brise também se adapta à nova configuração. Pode-se
questionar a utilização desses sistemas devido à relação entre o consumo
energético necessário para a movimentação dos componentes e a economia gerada
pelo sombreamento. Mas, segundo Watts (2009, p. 101-103), o sistema se mostrou
eficiente em fachadas que recebem insolação em apenas parte do dia.
Figura 28: Imagem do interior do edifício
Burjum Center, Dubai, projeto do escritório
KPF. Disponível em:
www.kpf.com/project.asp?R=4&ID=193.
Acessado em: 11.11.2010
75
Figura 29: Fachada do edifício Burjum
Center, Dubai, projeto do escritório
KPF. Disponível em:
www.kpf.com/project.asp?R=4&ID=193
Acessado em: 11.11.2010
Figura 30: Fachada do edifício Burjum
Center, Dubai, projeto do escritório KPF.
Disponível em:
www.kpf.com/project.asp?R=4&ID=193
Acessado em: 11.11.2010
Gifu Apartments (Guifú – 1994/1998)
O edifício residencial Gifu, projeto da arquiteta Kazuyo Sejima & Associates e
Yamasei Sekkei, tem estrutura em concreto armado e panos de vidro na fachada sul.
A preocupação com a insolação fez com que se projetassem a cozinha e os
dormitórios voltados para a face mais ensolarada (sul), voltando as galerias de
acesso e as escadas para o Norte.
Segundo French (2006, p. 180), esse projeto foi muito criticado no que diz respeito à
sustentabilidade, visto que o edifício é constantemente climatizado, pelo fato de
apresentar praticamente toda a fachada sul envidraçada, como se pode constatar na
Figura 31. Vê-se, na Figura 32, a incidência do sol na fachada envidraçada e a
ausência de anteparos externos para amenizar a entrada da radiação, fazendo com
que os moradores colocassem cortinas.
76
Figura 31: Fachada sul envidraçada do Edifício Gifu (1994/1998) Disponível em: http://www.flickr.com/photos/naoyafujii/2396435112/lightbox/. Acessado em 18.02.2008
Figura 32: Detalhe da face envidraçada do edifício Gifu, com o sol incidindo sobre a fachada. (FRENCH, 2006, p. 181)
Logements sociaux rue de Picpus – Paris XII (Paris - 2005)
O conjunto habitacional Logements sociaux rue de Picpus, projeto de ECDM
Architects, localizado em Paris, na França, caracteriza-se por amplas janelas com
vidros coloridos que se abrem para varandas. Cada uma das fachadas teve um
material diferente especificado, devido à orientação do sol. As vedações voltadas
para o pátio do conjunto são isoladas com estrutura de alumínio pintado e com
painéis de vidro translúcido ou esmaltadas (branco, cinza) (Figura 33: flechas cor de
rosa). A fachada exterior, voltada para a Rua Picpus, possui diferentes tonalidades
de vidro verde (Figura 35) e tem estrutura em alumínio cinza, com vidros duplos,
claros e isolantes. Os fechamentos dos andares alternam placas de vidro
transparente, translúcido ou opaco, de acordo com as necessidades da vista, da luz
77
e de privacidade. O objetivo dos painéis de vidro é garantir uma entrada generosa
de luz, mesmo que a construção tenha uma orientação Nordeste 35 (fachada pouco
ensolarada no inverno, no hemisfério norte).
Figura 33: Implantação do conjunto habitacional Logements sociaux rue de Picpus. As flechas azuis mostram as fachadas voltadas para o exterior. A flecha rosa aponta as fachadas para o pátio interno. Disponível em: http://ecdm.eu/wp-content/uploads/2010/10/0828.jpg. Alterado pela autora. Acessado em: 15.04.2011
Figura 34: Fachada envidraçada
do edifício residencial
Logements sociaux rue de
Picpus – Paris XII (Paris - 2005).
Imagem disponível em:
www.dezeen.com/2009/01/29/paris-
social-housing-by-ecdm/. Acessado
em: 06.01.2011
35 Documento disponível no site do órgão Paris Habitat: www.parishabitatoph.fr/OPAC/Documents%20Biliothque/DP_picpus.pdf. Acessado em: 11.06.2011
N
78
Figura 35: Detalhe da fachada
envidraçada do edifício
residencial Logements sociaux
rue de Picpus – Paris XII (Paris -
2005). Imagem disponível em:
www.dezeen.com/2009/01/29/paris-
social-housing-by-ecdm/. Acessado
em: 06.01.2011
Macquarie Apartments (Sidney - 2000)
O edifício Macquarie Apartments, projeto do arquiteto Renzo Piano, é uma
construção multifuncional que apresenta uma área residencial na fachada leste,
volume mais baixo, na Figura 36, e outra comercial na fachada oeste, volume mais
alto, na mesma figura.
O arquiteto projetou a fachada do edifício residencial como uma releitura de uma
varanda, transformando toda a fachada leste em um jardim de inverno. O
fechamento acontece por meio de painéis horizontais de vidro, operáveis, que
ocupam todo o pé-direito (Figura 37). Dessa forma, cinco desses painéis permitem a
abertura, de acordo com o controle do morador, sendo apenas um deles fixo,
garantindo uma vista ininterrupta da paisagem. O sistema da fachada engloba ainda
sensores que, em caso de tempestade, fecham todos os painéis de vidro
automaticamente.
A preocupação com o clima consta em duas referências apontadas por French
(2006): em primeiro lugar, a inclusão de persianas no interior. Na Figura 36, algumas
unidades aparecem com as persianas fechadas. Em segundo lugar, a existência de
uma camada de vidro interna, fechando os ambientes voltados para a varanda,
visando garantir uma zona de transição, com o intuito de preservar o conforto. Na
Figura 38, uma visão do interior mostra portas de correr internas e os painéis
horizontais da fachada ao fundo. O alcance da radiação no interior, porém, coloca
em dúvida a eficiência quanto ao superaquecimento.
79
Figura 36: Edifício
Macquarie, Sidney (2000)
projeto de Renzo Piano
Disponível em:
www.sydneyarchitecture.com/c
bd/cbd024-07big.jpg. Acessado
em: 20.02.2011
Figura 37: Edifício Macquarie,
Sidney (2000), projeto de
Renzo Piano, detalhes dos
painéis de vidro operáveis.
(abertos)
Disponível em:
http://www.sydneyarchitecture.c
om/cbd/cbd024-22big.jpg.
Acessado em: 20.02.2011
persianas internas no
corpo residencial do
edifício
edifício comercial
edifício residencial
80
Figura 38: Edifício Macquarie,
Sidney (2000), projeto de
Renzo Piano, vista do interior
da unidade habitacional.
(FRENCH, 2006, p. 173)
Yerba Buena Lofts (São Fancisco - 2002)
O conjunto de Lofts Yerba Buena, projetado por Stanley Saitowitz, contém unidades
com pé-direito duplo, nos quais as fachadas voltadas para o exterior são
completamente cobertas com vidro, ora de channel glass36 ora transparente. A
variação do tipo de vidro acontece de acordo com o volume. Reentrâncias
apresentam caixilhos e vidros transparentes e as bay windows37, como o próprio
arquiteto chama as protuberâncias da fachada, são revestidas com o channel glass.
A Figura 39 e a Figura 40 mostram os volumes que compõem a fachada, as
reentrâncias e as diferenças de textura que os dois tipos de vidro utilizados
apresentam.
O uso de vidros translúcidos na fachada permitiu que o interior das unidades fosse
banhado pela luz natural sem prejudicar a privacidade, além de ter reduzido a
quantidade do calor que entra pela vedação. A Figura 41 mostra o interior de uma
unidade iluminada naturalmente, sem ofuscamento nem incidência direta de
radiação.
36
O channel glass consiste em perfis em "c", de vidro autoportante, que dispensam o uso de
caixilho, podendo ser utilizado tanto na vertical quanto na horizontal. O vidro translúcido capta até
85% da iluminação natural. Informações disponíveis em: http://www.vidros.inf.br/instalacao-a-tendencias/channel-glass-no-centro-municipal-de-artes-e-educacao.php. Acessado em: 20.04.2011 37
Informações disponíveis no site do arquiteto: http://www.saitowitz.com/portfolio.html. Acessado em: 20.04.2011
81
Figura 39: Fachada do Yerba
Buena Lofts (2002), projeto
de Stanley Saitowitz para
São Francisco.
Disponível em:
http://www.saitowitz.com/portf
olio.html. Acessado em:
23.01.2011
Figura 40: Yerba Buena
Lofts (2002), projeto de
Stanley Saitowitz para São
Francisco
Disponível em:
http://www.saitowitz.com/portf
olio.html. Acessado em:
23.01.2011
Figura 41: Interior de unidade no Yerba Buena Lofts (2002), projeto de Stanley Saitowitz para São Francisco Disponível em:
http://www.saitowitz.com/portf
olio.html. Acessado em:
23.01.2011
82
2.5 Considerações finais sobre o capítulo
Este capítulo traz os conceitos que cercam o tema das fachadas em edifícios,
abordando dados que relacionam as fachadas a outros três aspectos essenciais:
vidro, eficiência energética e conforto ambiental. Esses conceitos vinculam-se à
estrutura externa do edifício (aparência) e ao clima existente no espaço urbano no
qual o edifício se localiza.
Observa-se que as fachadas têm papel essencial na intermediação entre o ambiente
externo e interno, funcionando, portanto, como um filtro que procura amenizar ou
potencializar os efeitos do clima e sua relação com o meio urbano. O material e a
técnica empregados nas fachadas são primordiais para garantir que os espaços
interiores não sofram com os excessos de frio ou de calor.
Com o objetivo de proporcionar um controle sobre o clima interno existem diferentes
opções, que englobam desde o aproveitamento das condições externas, como os
obstáculos (naturais ou criados pelo homem), até os anteparos acoplados à fachada
(brises) ou elementos internos (persianas e ar condicionado).
Entender esses mecanismos e o seu funcionamento em relação à otimização do
conforto ambiental é imprescindível. Essa questão é explicitada nos exemplos
apresentados, podendo-se destacar edifícios que utilizam anteparos externos, como
painéis perfurados, outros que trabalham componentes internos, como é o caso das
cortinas e do ar condicionado, sendo que essas decisões de uso foram tomadas
conforme a localização geográfica.
Buscando uma forma de analisar fachadas de edifícios residenciais em vidro,
encontraram-se parâmetros que contribuem para o desempenho das vedações
verticais como um todo, tais como: o sistema de fachada empregado que permitirá
maior ou menor rapidez na montagem do edifício, consequentemente, interferindo
no seu custo; o material de vedação utilizado - o vidro - indica a permeabilidade da
fachada quanto à luz e calor; a estrutura dos caixilhos e o seu comportamento frente
à transmissão de energia térmica, resistência a choques mecânicos e a efeitos do
clima (por exemplo, ventos), sendo possível à estrutura permitir ou não ventilação
natural; a vedação, que é responsável pela estanqueidade do sistema para o ar
(quente ou frio) e água; a existência ou não de elementos de controle do clima, de
grande importância em termos de desempenho quanto à manutenção do conforto
ambiental.
83
Na análise desses elementos procurou-se sintetizar os principais parâmetros a se
considerar em fachadas de edifícios de uso residencial, e suas variáveis, estes
apresentados no Quadro 12, abaixo:
PARÂMETROS VARIÁVEIS
sistema de fachada
unitizado
stick
material de vedação vidro
material da estrutura
aço
alumínio
ferro
madeira
PVC
sistema de vedação dos caixilhos (material)
borracha
silicone
fita dupla face
artifícios de controle do clima
externo
na fachada
interno
Quadro 12: Check list de parâmetros para análise de fachadas quanto à estrutura e vedação. Elaborado pela autora.
Cada um desses parâmetros corresponde à estrutura e vedação de um sistema de
fachada, permitindo que sejam avaliados quanto à sua eficiência diante das
condições do local em que o edifício está implantado. O desempenho de um edifício
está relacionado diretamente à forma com que a fachada reage aos estímulos do
clima, o que torna essa combinação primordial para a determinação da eficiência de
uma fachada em relação ao conforto ambiental e ao consumo energético.
84
3. Clima e Conforto, componentes indispensáveis da arquitetura
O conhecimento sobre o clima de uma região é muito importante para que se possa
projetar uma arquitetura adaptada às necessidades de conforto da população local.
O clima é um dos componentes do conforto ambiental, pois está relacionado com as
fachadas de um edifício, resultando em maior ou menor conforto. Este capítulo
relaciona as informações sobre clima com o conforto ambiental interno ao edifício,
resultando em estratégias para se conceber fachadas eficientes com o mínimo de
energia necessária para compensar as variações de temperatura.
3.1 Clima
O conhecimento sobre o clima de uma região, incluindo dados sobre horas de sol e
ângulos do sol, direção e intensidade dos ventos, além de umidade e regime de
chuvas, é essencial para se projetar uma arquitetura que crie ambientes
confortáveis, independente do uso de artifícios mecânicos para climatização.
Conhecer e saber utilizar essas variáveis climáticas é uma questão vital para que o
arquiteto possa criar uma fachada que reaja positivamente às influências do clima.
Olgyay (1998, p. 1) aponta que o clima é regido pelo ciclo da Terra, dividido entre
dias e noites, e o eixo inclinado da Terra é responsável pela divisão do ano em
estações diferentes e consequentes temperaturas. A maior ou menor distância do
equador, com seus diferentes ângulos de inclinação do sol em relação ao solo
(latitude), resultam na divisão da Terra em três zonas climáticas: tropical, temperada
e ártica (LECHNER, 2009, p. 72). Como a radiação solar incide sobre a superfície
terrestre com angulações diferentes, aquecendo-a de forma desigual, formam-se
áreas de pressões distintas, levando à movimentação de ar (ventos) sempre na
direção dos locais mais quentes (ar mais leve) (LECHNER, 2009, p. 72). Com esse
conhecimento é possível criar uma arquitetura que busque extrair o máximo de
vantagens do clima existente.
Existem três escalas de clima: o macroclima, o mesoclima e o microclima. As
variáveis do macroclima podem ser medidas em estações meteorológicas e
descrevem as características gerais de uma região ou zona climática em relação ao
sol, às nuvens, à temperatura, aos ventos, à umidade e às precipitações
85
(LAMBERTS, DUTRA e PEREIRA, 1997, p. 28). No mesoclima, componentes do
ambiente como vegetação, topografia, tipo de solos e obstáculos naturais ou
construídos irão influenciar as condições do clima da região. Por exemplo, a falta de
vegetação pode diminuir a umidade do ar, provocando uma alteração na percepção
da temperatura, sendo que as construções também podem alterar a direção dos
ventos na cidade.
O microclima corresponde à escala do lote ou quadra (LAMBERTS, DUTRA e
PEREIRA, 1997, p. 34), sendo esta a escala do clima local que é pertinente à
arquitetura. Como o microclima atua bem próximo à edificação, ele tem relação
direta com as superfícies que envolvem a construção, interferindo na qualidade do
conforto vivido dentro da edificação.
Lechner (2009, p. 75-77) aponta cinco fatores do microclima que atuam diretamente
sobre as edificações influenciando no desempenho das mesmas. O primeiro deles é
a altitude, que é um facilitador de perda de calor à medida que a cota aumenta
(quanto mais alto, mais frio). Em segundo lugar, o relevo pode aumentar a exposição
ou proteção de uma fachada em relação ao sol ou vento. Em terceiro lugar, o tipo de
solo pode influenciar o microclima graças às suas características de armazenamento
de calor e umidade, reduzindo variações diárias de temperatura (amplitude térmica).
Em quarto lugar, a presença da vegetação pode reduzir a temperatura do solo,
proporcionando um aumento da umidade38 do ar, devido às suas características
biológicas de transpiração e de sombreamento. Em último lugar, as estruturas
construídas pelo homem podem alterar tanto o sentido como a velocidade dos
ventos, reduzindo em até 20% a radiação solar incidente devido à poluição, além de
diminuir em até 6% a umidade relativa do ar.
Um novo fator que tem influenciado o clima urbano são as ilhas de calor, resultados
da ocupação humana. São Paulo é uma metrópole que sofre as consequências de
uma urbanização com poucas áreas verdes, com excesso de áreas construídas e
38
É importante ressaltar que o ar úmido é repleto de partículas de água, que são aquecidas pela radiação solar. Essas partículas funcionam como uma barreira para a radiação, durante o dia, e, à noite, dificultam a dissipação do calor do solo, além de liberarem o calor absorvido durante o dia (FROTA e SCHIFFER, 2007, p. 67). Resumindo, as partículas de água absorvem calor durante o dia e liberam à noite, mantendo uma variação diária de temperatura pequena. Em locais com o ar seco, porém, a ausência das partículas de água não permite que haja a retenção do calor diurno, havendo maior amplitude térmica, isto é, altas temperaturas durante o dia e baixas durante a noite.
86
com milhões de carros em circulação despejando poluição e calor no meio ambiente.
Augusto José Pereira Filho (2000) desenvolveu pesquisa na qual atribui às ilhas de
calor, em São Paulo, o aumento das precipitações, constatando que os efeitos das
ilhas de calor paulistanas são ainda potencializados pela brisa fria e úmida oriunda
do mar, responsáveis pelo aumento da instabilidade.
As ilhas de calor têm, portanto, provocado alterações climáticas em centros urbanos,
e essas mudanças devem ser consideradas no projeto arquitetônico. Por exemplo, a
mudança nos regimes de chuvas e ventos afeta uma arquitetura adaptada a um
clima local, fazendo com que esta possa perder sua eficiência, não sendo mais
possível aproveitar a ventilação natural. A partir do excesso de chuvas pode surgir
uma necessidade de novos componentes voltados para a proteção do interior da
edificação contra as enchentes.
3.1.1 Classificações climáticas aplicadas à arquitetura
Os dados meteorológicos, quando disponíveis, não são direcionados para a solução
dos problemas de projeto de edificações, fazendo com que os profissionais da área
muitas vezes os ignorem, segundo Goulart, Lamberts e Firmino (1998, p. 1). Este é
um trabalho sobre o projeto de arquitetura, portanto, discussões sobre o clima
devem estar vinculadas ao projeto de construções, sendo importante ressaltar a
dificuldade em se encontrar uma base única confiável para se estabelecer como guia
para a arquitetura.
Existem diversas classificações climáticas, como a carta bioclimática de Olgyay
(1963), Zona de conforto da ASHRAE, Carta bioclimática para edifícios de Givoni
(1969), classificação climática de Koeppen, Ano Climático de Referência39 (TRY –
Test Reference Year) e Normais climatológicas. Cada uma delas prioriza um aspecto
do clima que pode ser utilizado para analisar a arquitetura em relação ao seu
desempenho.
A carta bioclimática de Olgyay (OLGYAY, 1998, p. 22-23) (Gráfico 1) trata das
relações entre os elementos climáticos, expressando as necessidades das áreas
39
O Ano Climático de Referência é baseado na eliminação de dados que contenham temperaturas médias mensais extremas, sejam elas altas ou baixas, até chegar a um ano com dados climáticos horários padronizados (PIETROBON, LAMBERTS e PEREIRA, 1999, p. 2-3).
87
que se encontram fora da zona de conforto de verão (clima moderado americano)
(mancha verde clara no Gráfico 1) ou de inverno (tracejada). Quando são cruzadas
as informações de temperatura de bulbo seco40 (ºC) e umidade relativa do ar (%)
encontra-se um ponto no gráfico. Caso esse ponto localize-se fora da zona de
conforto, haverá a necessidade de se tomarem medidas para amenizar os efeitos do
clima. Por exemplo, em um caso de temperatura de 32,2ºC e umidade de 50%,
haverá a necessidade de ventilação com velocidade de 2,54m/s, para garantir o
conforto interno.
Gráfico 1: Carta bioclimática de Olgyay para zona de clima moderado nos EUA (OLGYAY, 1998, p. 22)
40 Temperatura de bulbo seco - temperatura medida em um termômetro comum, que mede o ar seco
(MORAES e RODRIGUES, 2006)
88
O ASHRAE41 55 (2004) aponta que pode ser determinada uma zona de conforto a
partir de dados como: umidade, velocidade do ar, taxa metabólica (necessidades
energéticas para manter o corpo humano em funcionamento) e isolamento dado
pelas vestimentas dos usuários. Uma zona de conforto deve fornecer uma faixa de
temperatura adequada para que os usuários sintam-se confortáveis. O Gráfico 2
mostra zonas de conforto de inverno e verão, de acordo com os padrões da
ASHRAE. Este utiliza parâmetros de vestimenta (clo) para determinar os limites para
a zona de conforto, umidade e temperatura.
Gráfico 2: Zonas de conforto ASHRAE de inverno e verão para pessoas com vestimenta clo = 0,5 a 1,0. (ASHRAE Handbook—Fundamentals/ American Society of Heating, Refrigerating and Air-, 2009, p. 12)
A carta bioclimática de Givoni utiliza como variáveis parâmetros como temperatura
do ar, umidade (pressão de vapor), movimento do ar, radiação solar, taxa metabólica
e vestimentas. A carta original de GIVONI (1968) tinha sua aplicação limitada para a
determinação de zona de conforto em climas quentes, o que levou a um novo
modelo desenvolvido em 1992. Esse novo modelo, voltado a países tropicais e
mediterrâneos, ampliava os limites referentes à zona de conforto, e também
ampliava as possibilidades de estratégias de ventilação e massa térmica
(ANDRADE, 1996).
41American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers.
verão
inverno
89
A classificação climática de Koeppen que, segundo Szokolay (2004, p. 33), é a mais
utilizada com propósitos voltados para a arquitetura, baseia-se em índices médios
mensais relativos às chuvas e à temperatura, classificando, por exemplo, o clima da
cidade de São Paulo como Cwa42. O Cwa é caracterizado pelo clima tropical de
altitude, com chuvas no verão e seca no inverno, com a temperatura média do mês
mais quente superior a 22°C43.
No Quadro 13 são apresentadas as temperaturas máximas e mínimas médias e a
média de temperatura mensal, além dos índices pluviométricos, de acordo com a
classificação de Koeppen, para a cidade de São Paulo. Esses tipos de dados
auxiliam na percepção das condições climáticas mês a mês, em uma determinada
cidade, permitindo que a arquitetura utilize a interpretação dessas informações, a fim
de aprimorar o projeto em relação ao conforto térmico.
Quadro 13: Temperatura mínima média, máxima média e média de chuvas em milímetros, por mês, na cidade de São Paulo, utilizando-se a classificação climática de Koeppen. Disponível em: www.cpa.unicamp.br/outras-informacoes/clima_muni_565.html. Acessado em: 13.07.2010
Na opinião de Lamberts, Dutra e Pereira (1997, p. 29), a base mais precisa de dados
climáticos para uso em projetos arquitetônicos é o Ano Climático de Referência44
(TRY – Test Reference Year), que possibilita a avaliação da relação custo-benefício 42
Cwa é a sigla da classificação de Koeppen, na qual a letra C refere-se a clima temperado quente, o w à ocorrência de chuvas de verão e, por último, o a refere-se a temperaturas superiores a 22°C no mês mais quente. 43
Informações disponíveis no site Cepagri meteorologia da Unicamp: www.cpa.unicamp.br/outras-informacoes/clima-dos-municipios-paulistas.html. Acessado em: 13.07.2010 44
O Ano Climático de Referência é baseado na eliminação de dados que contenham temperaturas médias mensais extremas, sejam elas altas ou baixas, até chegar a um ano com dados climáticos horários padronizados (PIETROBON, LAMBERTS e PEREIRA, 1999, p. 2-3).
90
de opções arquitetônicas mais eficientes, com relação à eficiência energética. O fato
de não se considerarem dias de temperaturas extremas permite que um projeto seja
voltado para atender às condições mais comuns do clima, desviando o foco das
condições atípicas e, portanto mais raras, sendo essa a importância de se obterem
dados de referência.
Na classificação do Ano Climático de Referência (TRY), constam os seguintes dados
climáticos para um ano, que corresponde a 8.760 horas: Temperatura de Bulbo
Seco45 (TBS); Temperatura de Bulbo Úmido46 (TBU); Temperatura de Ponto de
Orvalho47; Direção do Vento; Velocidade do Vento; Pressão Barométrica48; Tempo
(precipitação, névoa, poeira, entre outros); Quantidade de nuvens, Tipo de Nuvens,
Altura de Nuvens; e Radiação Solar (PIETROBON, LAMBERTS e PEREIRA, 1999,
p. 3). O Quadro 14 traz os dados que representam o Ano Climático de Referência
para a cidade de São Paulo.
Quadro 14: síntese do TRY de São Paulo. Onde tbs é temperatura de bulbo seco; tbu temperatura de bulbo úmido e rad é radiação. Disponível em: www.labeee.ufsc.br/arquivos/arquivos_climaticos/csv_2005/resumo/SaoPauloTRY1954_05_resumo.pdf. Acessado em: 17.01.2011
O Gráfico 3 sobrepõe os dados climáticos do Ano Climático de Referência na Carta
Bioclimática. Esse gráfico é de grande utilidade para se projetar uma arquitetura
adaptada ao clima, obtendo-se as estratégias de projeto mais adequadas ao local.
"Estas cartas associam informações sobre a zona de conforto térmico, o comportamento climático do local e as estratégias de projeto indicadas para cada período do ano. As estratégias indicadas pela carta podem ser naturais
45
Temperatura de bulbo seco - temperatura medida em um termômetro comum, que mede o ar seco (MORAES e RODRIGUES, 2006)
46 Temperatura de bulbo úmido (Tbu) - mede a temperatura com termômetro comum, mas envolto por uma
malha úmida (MORAES e RODRIGUES, 2006)
47 Segundo definição existente no departamento de física da Universidade Federal do Paraná, a temperatura de
Ponto de Orvalho é a temperatura na qual o ar deveria ser resfriado, à pressão constante, para ficar saturado. Disponível em: http://fisica.ufpr.br/grimm/aposmeteo/cap5/cap5-3-3.html 48
Pressão barométrica é a pressão exercida pela atmosfera sobre um determinado ponto. Disponível em: http://www.esac.pt/estacao/conceitos.htm. Acessado em: 12.04.2011
91
(sistemas passivos) ou artificiais (sistemas ativos)" (LAMBERTS, DUTRA e PEREIRA, 1997, p. 9).
Como se pode observar no Gráfico 3, existem áreas demarcadas devidamente
numeradas, sendo que cada uma delas representa uma necessidade em relação ao
conforto na construção, em determinada época do ano. O número 1 indica a zona de
conforto, ou seja, as combinações de temperatura e umidade que estiverem dentro
dessa área representam espaços confortáveis, que não necessitam de estratégias
para amenizar o clima. Os demais campos numerados apresentam estratégias para
garantir o conforto ambiental interno, como: ventilação, resfriamento evaporativo,
massa térmica para resfriamento, ar condicionado, umidificação, massa térmica e
aquecimento solar passivo, aquecimento solar passivo; aquecimento artificial quer
sejam naturais ou artificiais.
1- Zona de Conforto; 2 - Ventilação; 3 - Resfriamento Evaporativo; 4 - Massa Térmica para Resfriamento; 5 - Ar Condicionado; 6 - Umidificação; 7 - Massa Térmica e Aquecimento Solar Passivo; 8 - Aquecimento Solar Passivo; 9 - Aquecimento Artificial.
Gráfico 3: Carta Bioclimática com TRY de São Paulo. Disponível em: www.labeee.ufsc.br/arquivos/publicacoes/dados_climaticos.pdf. Acessado em: 06.01.2011
A normal climatológica mede, em um local, durante um período de 30 anos,
determinando fatores absolutos como temperatura máxima e mínima, umidade,
precipitação e evaporação, obedecendo a critérios recomendados pela Organização
Meteorológica Mundial (OMM). O período de 30 anos é para que se tenha certeza de
92
que aquele valor encontrado é predominante49. Normais climatológicas não têm o
intuito de mostrar tendência de aumento de temperatura ou diminuição, o objetivo é
chegar a números que não considerem oscilações atípicas, criando uma base de
dados confiável para a análise do clima. No Quadro 15 são apresentadas as
Normais Climatológicas referentes à cidade de São Paulo.
Quadro 15: Normais climatológicas. (SÃO PAULO, 2000, p. 15)
São Paulo, por exemplo, é uma cidade que apresenta diferentes climas em seu
território. Tarifa e Armani (2000 p. 27) dividem a cidade, em documento para o Atlas
Ambiental do Município de São Paulo, em quatro macrounidades climáticas urbanas.
A primeira é a Unidade Climática Urbana Central, que abrange bairros do centro
expandido e adjacências, como Santo Amaro, Tatuapé e Butantã, áreas de maior
densidade demográfica. A segunda é a Unidade Climática Urbana Periférica, que
abrange bairros como São Miguel, Cidade Líder, Rio Pequeno, Capão Redondo,
Pedreiras e Grajaú. A terceira é a Unidade Climática do Urbano Fragmentado, que
corresponde a áreas pouco povoadas e áreas rurais, bem ao sul da cidade, próximo
às represas Billings e Guarapiranga. A última unidade climática é a Não Urbana, na
qual predominam áreas rurais, no extremo sul da cidade.
49
Disponível em: www.meteo.pt/pt/enciclopedia/clima/normais_clima/index.html . Acessado em: 12.01.2011
93
O clima da cidade de São Paulo sofre as consequências de uma ocupação desigual
em relação à densidade populacional e à quantidade de áreas verdes, podendo
gerar diferenças de temperatura dentro da cidade de até 12°C, como afirma Magda
Lombardo (apud SYLOS, 2009). As estruturas feitas pelo homem têm influência no
clima urbano, mudando a direção dos ventos e aprisionando o calor próximo à
superfície(YEANG, 2008, p. 161). A superioridade das temperaturas em centros
urbanos, em relação às suas adjacências rurais, é um fenômeno conhecido como
ilhas de calor, que alteram o regime de chuvas e ventos, prejudicando o conforto
térmico da população.
A realidade climática urbana é complexa, repleta de fatores, sejam eles naturais ou
construídos pelo homem, que alteram temperatura, umidade, regime de chuvas e
ventos. As propriedades geométricas do corpo dos edifícios criam volumes e
espaços nos quais a distância entre os blocos, a altura de cada edifício, a
rugosidade das superfícies, assim como a combinação com áreas verdes, além das
diferentes altitudes, possibilitam diferenças consideráveis quanto ao aquecimento e
emissividade térmica dessas construções, resultando em temperaturas ambientes
distintas em uma mesma cidade.
Em geral, São Paulo (Zona Bioclimática 3) tem um clima que exige as seguintes
estratégias para garantir o conforto ambiental de forma passiva, segundo o
Zoneamento Bioclimático Brasileiro (NBR 15220-3 2005): a orientação deve permitir
a otimização do aquecimento nos períodos frios, por meio da radiação solar; as
paredes pesadas utilizadas internamente podem auxiliar na retenção do calor; a
ventilação dos ambientes pode garantir a desumidificação e, consequentemente,
aumentar a sensação de conforto térmico; o uso de vedações com grande inércia
térmica, para evitar que o calor entre nos ambientes internos durante o dia.
3.2 Conforto Ambiental
O conforto ambiental abrange os estudos que permitem determinar em que
situações um indivíduo está em condição de neutralidade com o meio em que se
encontra, situação na qual o seu organismo está consumindo o mínimo de energia
para se manter funcionando. O homem, quando afetado pelas condições do clima,
de modo diferente dos outros animais tem dificuldades em se adaptar às variações
94
de temperatura e, por esse motivo, criou subterfúgios, como vestimentas e
construções, para manter-se dentro de sua margem de conforto (OLGYAY, 1998, p.
1-3). Sob esse aspecto, o conforto ambiental passou a ser uma importante disciplina
na área de arquitetura, tornando-se fundamental para que o arquiteto seja capaz de
projetar de acordo com as necessidades impostas pelo clima local. Porém, com as
facilidades proporcionadas pelos equipamentos de condicionamento de ar, aliados
ao baixo valor da energia, os arquitetos ficaram dependentes dessas máquinas,
criando arquiteturas ineficientes e grandes consumidoras de energia.
O conforto ambiental de edifícios comerciais difere do conforto ambiental de
residências. Em primeiro lugar os horários de utilização são distintos, residências
são utilizadas para as mais diversas atividades durante todo o dia, enquanto que em
escritórios a utilização se resume ao horário comercial. Ambientes comerciais tem
inúmeros equipamentos, como computadores, e grande quantidade de pessoas,
todos funcionando como fontes de calor, aumentando a temperatura interna do
ambiente. Enquanto que em residência o número de ocupantes e equipamentos é
inferior, havendo uma produção menor de calor. Outro fator que complica a
manutenção do conforto em edifícios comerciais é a quantidade e variedade de
usuários, isso porque cada um tem uma temperatura de conforto distinta, dificultando
a determinação de um padrão único para o ambiente.
3.2.1 O homem e o conforto
O conforto ambiental é uma forma de avaliar a relação do homem com o ambiente,
na qual o equilíbrio é essencial para o desempenho de tarefas sem que haja o
consumo excessivo de energia para manter o organismo funcionando. Conforme
Corbella, o conforto é um sentimento de neutralidade do homem em relação ao
ambiente físico:
"Uma pessoa está confortável em relação a um acontecimento ou fenômeno quando pode observá-lo ou senti-lo sem preocupação ou incômodo. Então, diz-se que uma pessoa está em um ambiente físico confortável, quando se sente em neutralidade com relação a ele." (CORBELLA e YANNAS, 2003, p. 30)
O ASHRAE (ASHRAE Handbook—Fundamentals/ American Society of Heating,
Refrigerating and Air-, 2009, p. 9.1) aponta que a sensação de conforto está
95
relacionada com a percepção de temperatura e umidade, que se sente sobre a pele,
e com o esforço necessário para regular a temperatura corporal.
Frota e Schiffer (2007, p. 17) e Lamberts, Dutra e Pereira (1997, p. 40) ressaltam
que as necessidades de conforto térmico do ser humano estão relacionadas ao
funcionamento do seu organismo. Para que as funções biológicas do ser humano
aconteçam normalmente, a temperatura corporal deve manter-se a 37ºC e, para tal,
o corpo se vale de mecanismos termorreguladores (suor e tremores por exemplo).
Os mecanismos termorreguladores são uma forma encontrada pelo corpo humano
de não sofrer superaquecimento nem resfriamento excessivo. No caso de excesso
de frio, a primeira reação do corpo para evitar a perda de calor é a vasoconstricção
periférica50, que diminui a temperatura das extremidades de forma que não haja
muita diferença entre a temperatura corporal e a do meio ambiente, evitando a perda
de calor por radiação ou convecção. A segunda reação acontece quando a pele se
arrepia. O movimento do músculo que provoca o arrepio aquece a pele por atrito,
aumentando a rugosidade (superfície), o que dificulta perdas de temperatura por
convecção. Se mesmo após o arrepio o frio continuar, pode ocorrer o aumento do
metabolismo (entre 30% e 100%), resultando no tremor dos músculos. A partir desse
momento, o homem passa a utilizar mecanismos para diminuir a superfície de
exposição, como encolher-se, esfregar as mãos, movimentar-se ou, até mesmo,
beber líquidos quentes (LAMBERTS, DUTRA e PEREIRA, 1997, p. 40-41).
No caso de excesso de calor, o primeiro mecanismo de controle da temperatura é a
vasodilatação periférica, que aumenta a temperatura da pele, favorecendo as trocas
de calor com o ar por convecção e radiação. O segundo mecanismo é o suor, que
evapora, aumentando as perdas de temperatura do corpo. Segundo Olesen (1982,
p. 6), cada mililitro de suor remove 2,43kj de calor (0,675 watts hora). Quando a
temperatura do corpo fica muito elevada, ou o ambiente está extremamente úmido, o
suor não evapora e fica na superfície da pele, dificultando o equilíbrio da
temperatura. Outro mecanismo termorregulador é a redução do metabolismo, com o
intuito de reduzir a produção interna de calor (LAMBERTS, DUTRA e PEREIRA,
1997, p. 41).
Existem quatro formas de o corpo humano perder calor para o meio, com o objetivo
de regular sua temperatura: por convecção, radiação, evaporação e condução 50
Diminui a circulação nas regiões periféricas, concentrando o fluxo sanguíneo nos órgãos internos. (LAMBERTS, DUTRA e
PEREIRA, 1997, p. 40)
96
(Figura 42). A perda de temperatura por radiação acontece quando há troca sem
contato direto entre superfícies. A evaporação acontece pelo suor e pela respiração,
ao passo que a convecção é provocada pelo contato do ar ou água em movimento
com a pele e, finalmente, a condução, que se dá pela perda de calor por contato
direto entre superfícies.
Figura 42: Esquema das perdas de calor pelo corpo humano. Figura modificada pela autora Disponível em: www.gsd.inesc-id.pt/~pgama/ab/Relatorio_Arq_Bioclimatica.pdf Acessado em: 21.03.2011
Quando as trocas de calor entre o corpo e o ambiente acontecem sem esforço, o
indivíduo experimenta uma situação de conforto térmico, o que resulta em uma
capacidade máxima de trabalho. Quando a sensação é de frio, o corpo está
perdendo mais calor e, de maneira contrária, quando a sensação é de calor, o corpo
perde menos calor, resultando em maior esforço do corpo para manter a
temperatura, ocasionando perda de rendimento no trabalho (FROTA e SCHIFFER,
2007, p. 17).
O conforto tem variáveis ambientais e humanas. As ambientais que interferem no
conforto do usuário são: a temperatura do ar, a temperatura radiante (relativa à
radiação solar recebida), a umidade relativa e a velocidade do ar. As variáveis
humanas são as atividades físicas e o tipo de roupa utilizada (LAMBERTS, DUTRA e
PEREIRA, 1997, p. 41)
A quantidade de roupas que o usuário utiliza influi em sua noção de conforto. As
roupas oferecem uma resistência térmica que tem relação direta com a sensação de
conforto do usuário. O corpo troca calor com as vestimentas, por convecção,
condução e radiação, e as roupas trocam calor com o ar, por convecção, e com
outras superfícies, por radiação (LAMBERTS, DUTRA e PEREIRA, 1997, p. 42).
Uma roupa com grande resistência térmica não permite muitas trocas térmicas com
CONDUÇÃO - transferência de calor por contato direto
EVAPORAÇÃO - perda de calor pela respiração ou suor
CONVECÇÃO - perda de calor pelo movimento do ar ou água
RADIAÇÃO transferência de calor de um objeto mais quente para um mais frio sem que haja contato direto
97
o meio, criando um microclima mais ameno entre a pele e a roupa, comum nas
vestimentas utilizadas pelo povo do deserto.
Para medir o quanto a vestimenta influi na percepção de temperatura, foi criada a
unidade clo, que determina o nível de isolamento que uma peça de roupa pode
proporcionar para um homem com temperatura externa de 21,1°C, sem movimento
de ar e com umidade relativa do ar menor do que 50% e em atividade moderada
(OLGYAY, 1998, p. 19).
Corbella e Yannas (2003, p. 271) apresentam, em seu livro, valores indicativos para
conjunto, considerando-o roupas leves de verão (roupa íntima, bermuda, camiseta e
sandália) com clo de 0,3; conjunto esportivo (roupa íntima, bermuda, camiseta, tênis
e meia) 0,5; traje para meia estação (roupa íntima, calça leve, camisa de manga
comprida, casaco leve, sapatos e meias) 0,8; traje de inverno brasileiro (roupa
íntima, calça, camisa de manga comprida, casaco, sapatos e meias) 1,0; traje para
inverno europeu 1,5, (neste caso, se adicionados luvas, chapéu e sobretudo, o clo
sobe para 2,0). Lamberts, Dutra e Pereira (1997, p. 42) exemplificam: um homem
vestindo um casaco pesado pode chegar a um clo de 4,0.
Além da vestimenta, o nível de atividade desempenhada pelo usuário também tem
influência sobre a sensação de conforto. Quanto mais intensa a atividade física,
maior será o calor gerado pelo metabolismo. Uma pessoa em repouso produz 85
watts de calor, a mesma, em atividade leve, produz 110 watts e se atividade for
pesada, produz 280 watts de calor (CORBELLA e YANNAS, 2003, p. 33). Portanto, a
movimentação das pessoas dentro do espaço é importante para que o arquiteto
possa projetá-lo de forma a garantir o conforto ambiental (LAMBERTS, DUTRA e
PEREIRA, 1997, p. 42).
O homem tem três opções para manter-se em uma zona de conforto. A primeira
delas é vestir-se de forma a manter uma relação de equilíbrio com o ambiente
externo. A segunda compreende a utilização de mecanismos termorreguladores e,
por último, a criação de espaços que desempenhem a função das roupas,
garantindo que perdas e ganhos de calor não alterem o processo metabólico natural
do ser humano.
98
3.2.1.1 Referenciais numéricos de conforto
Diversos pesquisadores buscaram fórmulas para quantificar a percepção do
conforto, cada um deles chegando a valores ou equações a fim de definir
parâmetros que pudessem ser utilizados para projetar uma arquitetura mais
adequada à população de um local.
A temperatura de conforto pode variar de acordo com idade, sexo, local de
residência e atividade desempenhada pelo usuário, sendo que não há um critério
único para essa definição. O homem usualmente busca temperaturas que não
exijam grandes compensações a serem feitas pelo corpo (OLGYAY, 1998, p. 17-18).
Por esse motivo, é tão difícil a definição de um valor a ser utilizado em todos os
projetos, havendo a necessidade de se conhecer o público que irá habitar a
edificação, assim como o local.
Mulheres sentem mais frio do que homens, assim como idosos sentem mais frio do
que jovens. Estas são situações comuns, devido aos diferentes ritmos de
metabolismo. Um habitante da Bahia, quando chega a São Paulo, sente frio, pois
está habituado a temperaturas ambientes mais elevadas. O local de moradia acaba
exercendo influência sobre a percepção da temperatura. Olesen (1982, p. 29)
aponta que as pessoas têm a capacidade de se aclimatar às condições locais do
clima.
O Quadro 16, abaixo, organiza oito parâmetros definidos por diferentes grupos da
América e Europa, sobre temperaturas ideais de conforto. Em alguns casos, são
definidas margens para a umidade relativa do ar51, visto que quanto maior a
umidade mais difícil perder calor para o meio, aumentando a sensação de calor.
Ao comparar a temperatura de conforto estipulada para os trópicos (Quadro 16),
com dados das Normais Climatológicas (Quadro 15), constata-se que, em São
Paulo, apenas os meses de janeiro, fevereiro e março apresentam temperaturas
médias máximas superiores aos 26,7°C. Portanto, São Paulo tem temperatura
ambiente fora dos parâmetros de conforto estipulados para os trópicos durante os
meses de verão, evidenciando a necessidade de se encontrarem mecanismos para
51
Umidade relativa do ar é a relação entre a quantidade de água existente no ar e o ponto de saturação, em uma mesma temperatura. O ar saturado de água pode, em um primeiro estágio, formar o orvalho, depois a neblina e, por último, a chuva. Definição disponível em: www.infoescola.com/meteorologia/umidade-relativa-do-ar/ . Acessado em: 22.03.2011
99
manter a temperatura ambiente interna dentro das margens de conforto estipuladas
para o clima tropical. Os dados que superam, em qualquer época do ano, os limites
estipulados no Quadro 16, são os dados relativos à umidade relativa do ar, oscilando
entre 74% e 80%. A grande dificuldade em se alcançar a temperatura de conforto
em São Paulo deve-se às altas taxas de umidade.
Parâmetro Verão Inverno Zona de conforto Umidade relativa do ar
Vernon (Inglaterra) 19°C 17°C
Bedford (Inglaterra) 23°C 18°C
Standard Alemão 20,8°C 50%
Makham 15,6 a 24,4 °C 40% a 70% C.E.P Books (Inglaterra) 14°C 21,1°C
EUA 20,56°C a 26,7°C
Trópicos 23,3 °C a 26,7°C 30% a 70% Temperatura Efetiva (TE) 17,2°C a 21,7°C 30% a 70% Quadro 16: temperaturas de referência para zona de conforto, variações de acordo com diferentes pesquisadores. Elaborado pela autora com base em informações (OLGYAY, 1998, p. 17-18)
A norma DIN EN ISO 773052 utiliza o voto médio predito (PMV Predicted Mean
Vote), para estimar o nível de conforto do usuário. Esse método é baseado no
balanço térmico entre o corpo humano, vestido e exercendo alguma atividade, e a
influência de fatores climáticos (temperatura do ar, temperatura média da radiação,
fluxo relativo de ar e umidade). O objetivo é alcançar uma porcentagem de
insatisfeitos menor do que 10 %. Nesse guia, considera-se o usuário como indivíduo
único, com suas próprias sensações e nível de conforto (KNAACK, KLEIN, et al.,
2007, p. 72).
O valor do voto médio predito, para o ambiente confortável, é igual a zero, para o
frio, é negativo e, para calor, positivo. A partir dessa graduação, foi criado o conceito
de porcentagem de pessoas insatisfeitas (PPD - Predicted Percentage Of
Dissatisfied) que foi adotado pela ISO 7730, como parâmetro de conforto para
ambientes ocupados por pessoas, devendo essa porcentagem ser menor do que
10% (LAMBERTS, DUTRA e PEREIRA, 1997, p. 43). A Tabela 1 mostra os PPD e
52
A ISO 7730:2005 apresenta métodos para prever a sensação térmica e graus de desconforto de pessoas expostas a ambientes de clima moderado. Este método se utiliza da interpretação dos cálculos referentes ao voto médio predito (PMV predicted mean vote) e porcentagem de pessoas insatisfeitas (PPD - predicted percentage of dissatisfied), dando ao ambiente condições de ser classificado como aceitável, dentro de termos gerais de conforto. http://www.iso.org/iso/iso_catalogue/catalogue_tc/catalogue_detail.htm?csnumber=39155. Acessado em: 22.03.2011
100
suas respectivas faixas de pessoas insatisfeitas, relacionando-as com a sensação
térmica correspondente, sendo que, mesmo quando o voto médio predito é igual a
zero, ainda há um coeficiente de 5% de pessoas sentindo-se desconfortáveis.
PMV PPD Sensação térmica
3 95% muito quente
2 45% quente
1 10% levemente quente
0 5% neutro
-1 10% levemente frio
-2 45% frio
-3 95% muito frio
Tabela 1: índices de PMV e PPD referentes à sensação térmica. Elaborado pela autora, com base em (OLESSEN, 1982, p. 32).
Organizações de nível internacional como a International Organization for
Standardization (ISO), European Committee for Standardization (CEN) e American
Society of Heating Refrigerating and Air Conditioning Engineers (ASHRAE) estão
buscando parâmetros para a qualidade do ar interno, inclusive para conforto térmico.
Mesmo com mais de 20 anos de pesquisas ainda não se pode chegar a um único
padrão internacional (OLESSEN, 2004, p. 1). Tanto a ASHRAE quanto a ISO
utilizam o método do voto médio predito para determinar numericamente as
condições de conforto de um ambiente (OLESSEN, 1982, p. 34).
As faixas de temperatura de conforto são usualmente reguladas por legislações
locais53, e normalmente são avaliadas em relação à temperatura externa. Uma
diferença de 5°C a 6 °C, tanto para mais quanto para menos, em relação à
temperatura exterior revelou-se uma definição viável, evitando-se temperaturas de
ambientes internos superiores a 26°C (KNAACK, KLEIN, et al., 2007, p. 72). Então,
atinge-se o conforto quando a temperatura interior está de 5 a 6 graus mais alta do
que a externa, no inverno, ou mais baixa que o exterior, no caso do verão.
53 Após buscar normas brasileiras que citem o conforto, foram encontradas 2 ABNT (Associação Brasileira de
Normas Técnicas), sendo que nenhuma delas trata de referenciais de temperatura de conforto térmico para estipular uma zona de conforto para a população do país. A NBR 15575 trata do desempenho térmico de edifício de até cinco pavimentos, voltado para a capacidade térmica de materiais, tamanho de aberturas e outros fatores relativos à construção e não à sensação de conforto do usuário. A norma NBR 16401 trata do conforto do usuário, mas apenas em ambientes climatizados artificialmente.
101
A carência de dados brasileiros54, aliada à grande diversidade de climas, devido ao
tamanho do país, são dificuldades para que se estipulem parâmetros. Apesar dessa
dificuldade, para adaptar-se às novas necessidades de eficiência energética para
edificações é essencial que haja informações disponíveis, tanto sobre o clima quanto
sobre as necessidades de conforto da população local, para que o projeto gere o
menor número de usuários descontentes.
3.2.2 Conforto térmico
O conforto térmico abrange a insolação e a ventilação que, juntos, são responsáveis
respectivamente pelo aquecimento e pelo resfriamento dos ambientes internos. O
conforto térmico depende de como a arquitetura se relaciona com as variações de
temperatura, umidade, velocidade do ar e radiação incidente. Além das variáveis
climáticas, o conforto térmico é definido, também, pela atividade desempenhada pelo
usuário do edifício (FROTA e SCHIFFER, 2007, p. 17-18).
Em um projeto de arquitetura, o projetista deve considerar de que maneira o sol e o
vento incidem sobre as fachadas, prevendo como o espaço interno criado por ele
será afetado, buscando uma boa convivência das pessoas com a sua arquitetura.
3.2.2.1 Insolação
Um dos fatores responsáveis pelo conforto térmico de uma edificação é a insolação.
A insolação diz respeito à incidência de raios de sol sobre as superfícies que
constituem fachadas e coberturas de uma edificação, considerando a posição do sol
em relação ao edifício em todos os horários e em todas as estações do ano.
Corbella e Yannas (2003, p. 39) afirmam que a absorção da energia proveniente do
sol é a principal causa de desconforto térmico em países quentes, como o Brasil,
portanto, é de suma importância que se conheçam os métodos para controlar o
excesso de radiação, visando não prejudicar o conforto dos usuários de edifícios.
Existem duas formas de a radiação solar influenciar o clima interior de uma
edificação. Na primeira delas, a radiação solar que penetra pelas aberturas (com ou
54 A NBR 6401 1980 que trata de Instalações centrais de ar-condicionado para conforto e parâmetros
básicos de projeto, aponta temperaturas ideais para interiores de residências sendo elas entre 23 e 25 graus Celsius e umidade relativa do ar entre 40 e 60%.
102
sem vidro) aquece as superfícies expostas, que passam a emitir energia térmica
(ondas longas), aumentando a temperatura do ambiente. A outra forma consiste na
transmissão do calor por meio dos materiais utilizados na fachada, dependendo da
capacidade de armazenamento e liberação do calor inerente ao material
(CORBELLA e YANNAS, 2003, p. 39-40).
A trajetória do sol não banha igualmente todas as superfícies de uma construção. No
hemisfério sul, mais especificamente na cidade de São Paulo, o sol atinge
predominantemente as fachadas Norte. As fachadas Sul recebem insolação apenas
nos meses quentes do ano, nos períodos da manhã e tarde. Essa variação da
insolação faz com que seja necessário planejar a arquitetura de acordo com as
necessidades de calor que o espaço interno vai exigir. A função do arquiteto é
determinar uma orientação do edifício, que garanta o máximo aproveitamento das
vantagens que a radiação solar pode proporcionar, como benefícios térmicos,
higiênicos e psicológicos (OLGYAY, 1998, p. 53).
A insolação que um edifício precisa receber deve ser relativa ao uso da mesma.
Fatores como tempo de utilização e horário da ocupação devem determinar a
orientação dos espaços internos (OLGYAY, 1998, p. 62). Pode-se citar como
exemplo um dormitório que recebe o sol durante o dia, armazena o calor, para que,
à noite, esteja com a temperatura superior à externa, aumentando o conforto durante
as horas de sono.
A orientação de um edifício deve considerar não apenas requisitos climáticos, como
a insolação e o sentido dos ventos, mas também topografia, exigências de
privacidade, visuais do exterior e fontes de ruídos. Esses são fatores independentes
do clima, que devem ser examinados para alcançar uma arquitetura que agrade o
usuário (OLGYAY, 1998, p. 53).
O grande desafio do arquiteto brasileiro é projetar uma construção cuja orientação
evite o superaquecimento dos espaços internos, sem a entrada excessiva de sol,
mas garantindo luz natural suficiente para o desempenho das atividades humanas
(CORBELLA e YANNAS, 2003, p. 40). Para tal, deverá ser feita uma análise do local
(clima e trajetória solar) em que a obra será implantada e o tipo de uso e de
construção. Esses são aspectos importantes para se determinar o conforto, que é
resultado da relação da arquitetura com o clima e com as necessidades dos
usuários.
103
Para auxiliar o arquiteto a projetar edifícios devidamente adaptados à trajetória do
sol, existe uma ferramenta, que vem a ser o gráfico solar ou diagrama de trajetórias
solares. Ambos representam a projeção, sobre um plano, das trajetórias solares, em
diversas datas, incluindo os equinócios55 e solstícios56. O gráfico solar (Gráfico 4)
permite que se escolham períodos do dia e do ano nos quais a insolação é
indesejada e, de posse desses dados, que se projetem proteções, com o auxílio dos
ângulos β, α e ɣ, visando evitar que o sol entre por aberturas nos momentos mais
quentes do dia.
O gráfico solar (Gráfico 4) é uma importante ferramenta para determinar posição das
portas e janelas, de acordo com a necessidade de receber ou não insolação. Outra
questão que pode ser resolvida com o gráfico é a escolha de orientação que
aumente a incidência de radiação, em determinadas fachadas, para que a energia
do sol seja aproveitada de maneira a produzir calor ou, até mesmo, eletricidade.
Gráfico 4: Gráfico Solar para a cidade de São Paulo. Disponível no software SOL-AR
Ao observar o Gráfico 4, referente à cidade de São Paulo, pode-se constatar que, no
primeiro dia do verão (22 de dezembro), a linha que corresponde à projeção da
trajetória do sol não passa do eixo leste-oeste, portanto, a radiação incide apenas na
55
Quando a duração do dia é igual a da noite. 56
O solstício de verão é quando o período diurno é mais longo e o de inverno, mais curto.
Hora do dia
Ângulo do sol em relação ao plano do piso, ou seja, altura (α)
Ângulo do sol em relação ao Norte (β), no plano horizontal
Trajetória do sol nesta data
104
fachada sul, significando que no início do verão a radiação solar incide sobre
fachadas sul por todo o dia. No final da estação, o período próximo ao meio dia já
tem incidência sobre a fachada norte. A fachada norte é totalmente banhada pelo
sol, desde o início do outono, durante todo o inverno e até o início da primavera,
quando o clima volta a esquentar.
É muito importante que se estude a orientação das aberturas e elementos
transparentes ou translúcidos da construção, para evitar problemas com o conforto
térmico (FROTA e SCHIFFER, 2007, p. 18). Em cidades como São Paulo, áreas
envidraçadas voltadas para o sudeste e sudoeste podem resultar em
superaquecimento do espaço interno, nos períodos quentes do ano (verão), devido à
alta incidência de sol (manhã ou tarde), e em ambientes muito frios, durante o
inverno, devido à ausência de insolação, demonstrando que a orientação
equivocada pode resultar em espaços inadequados para o clima local.
Uma edificação é composta de diversas fachadas, cada uma delas voltada para uma
orientação e, consequentemente, com diferentes exposições à radiação solar.
Verifica-se que a forma da construção pode colaborar para o aumento ou para a
diminuição das áreas de exposição de determinadas faces. Assim sendo, é possível,
por meio da arquitetura, o controle do calor transmitido ao interior, tanto pela
alvenaria quanto pelos fechamentos em vidro. Lamberts (1997, p. 52) ressalta que a
forma arquitetônica é essencial para o conforto interno de uma edificação e para a
eficiência energética.
Quanto maior a área de fachadas e coberturas de uma construção exposta ao sol
maior será o aquecimento potencial dos ambientes internos. Essa situação pode ser
útil no inverno, mas, no caso de superexposição, no verão, pode ser prejudicial à
manutenção do conforto interno, exigindo a utilização de equipamentos mecânicos
que compensem o ganho excessivo de calor.
Na Figura 43 foram feitas duas simulações no REVIT, para ilustrar os diferentes
comportamentos do sol sobre uma ocupação. A primeira imagem mostra o
comportamento das sombras e do sol, de acordo com a trajetória referente ao
solstício de inverno (junho), e a segunda imagem é referente ao solstício de verão
(dezembro).
Na primeira imagem da Figura 43 percebem-se sombras maiores, que demonstram
uma altura menor do sol às 10 horas da manhã, ao passo que, na segunda imagem,
105
as sombras são menores, evidenciando maior altura do sol, no verão, no mesmo
horário. As sombras maiores, relativas ao solstício de inverno, chegam a sombrear
as casas vizinhas, enquanto, no verão, o mesmo não acontece, demonstrando que
nos dias de inverno, quando o calor do sol é mais necessário, os recuos não
garantem às casas a insolação adequada.
Ao se comparar um edifício residencial multifamiliar com uma casa isolada, pode-se
dizer que todas as superfícies externas de uma casa estão expostas ao sol e ao
vento, e que, no caso de um edifício, a exposição depende da orientação da unidade
em questão. Alterações em relação à orientação de um edifício têm maior influência
sobre o seu desempenho térmico do que no caso de uma casa isolada. Isso se dá
devido ao fato de a radiação recebida por uma casa independer da orientação,
sendo que a maior parte dessa radiação é recebida pelo telhado(LAMBERTS,
DUTRA e PEREIRA, 1997, p. 54), ao passo que, em um edifício, o calor é recebido
apenas pelas vedações verticais.
Solstício de inverno 10 h
Solstício de verão 10 h Figura 43: Exemplos de diferentes insolações simuladas pelo REVIT (programa de projeto da AUTODESK) executados pela autora, 2011.
106
Além dos fatores citados acima, como orientação e forma do volume arquitetônico,
os materiais utilizados nas vedações do edifício são essenciais para que se
determine o quanto de calor será transmitido para o interior do edifício e em que
velocidade isso acontecerá. No caso da utilização de materiais translúcidos, além da
passagem do calor, o tipo do vidro vai influir na qualidade da iluminação natural no
interior da habitação (LAMBERTS, DUTRA e PEREIRA, 1997, p. 54).
As características de transferência e armazenamento de calor de um material podem
ser chamadas de inércia térmica. Fachadas com pouca inércia térmica mantêm a
temperatura dos espaços interiores muito próxima à do exterior, por causa da
incidência de radiação solar que influi, quase imediatamente, na temperatura interna.
No caso das fachadas de grande inércia térmica, há armazenamento do calor,
havendo um atraso na transmissão de energia térmica para o ambiente interno (DE
ABREU, 2004, p. 53). A grande inércia térmica é muito útil quando há grande
incidência de radiação solar ou grande diferença entre temperatura externa e
interna, amortecendo as oscilações.
A inércia térmica divide-se em três princípios físicos: a transferência de calor, a
distribuição do calor e o armazenamento do calor. A transferência de calor acontece
quando o aumento da temperatura da fachada, resultado da exposição à radiação
solar, provoca um balanceamento térmico. Esse balanceamento acontece devido às
perdas de temperatura ocorridas, tanto por radiação quanto convecção, entre a
fachada o meio. O tempo para que essas transferências ocorram depende das
características físicas do material utilizado e das condições externas (temperatura e
movimento do ar), lembrando que o fluxo de calor sempre ocorre do local de maior
para o de menor temperatura (GOULART, 2005, p. 12).
A maior parte da distribuição do calor acontece por radiação, ou seja, o calor do sol
é transmitido pelo material da fachada para o interior, onde a camada de ar, próxima
à vedação, é aquecida. Esse ar mais quente fica leve, provocando a movimentação
do ar, transferindo o calor por convecção para o ambiente interno (GOULART, 2005,
p. 13). A escolha do material utilizado na envoltória é uma decisão de projeto muito
importante, já que o comportamento desse material vai influenciar no ritmo e na
quantidade da passagem do calor para o interior.
A capacidade de um material armazenar o calor acontece em função,
principalmente, de propriedades físicas, como condutividade térmica (λ), calor
107
específico do material (c)57 e densidade (ρ). A massa térmica de um material, que é
a própria capacidade de armazenar calor, pode ser usada para retardar a entrada do
calor, no verão, e evitar a perda de temperatura do ar interno, no inverno, por mais
tempo (GOULART, 2005, p. 13).
No Quadro 17 são apresentados dados sobre a condutividade térmica (λ), a
densidade (ρ) e o calor específico do material (c), de materiais comumente aplicados
a fachadas. Pode-se constatar que os materiais metálicos têm altos índices de
condutividade térmica e, consequentemente, conduzem com facilidade o calor. O
baixo calor específico dos materiais metálicos aponta sua rapidez em ganhar calor,
portanto, necessitam receber menor quantidade de energia térmica, para elevar sua
temperatura (calor específico), do que tijolos e concreto. O vidro tem condutividade
térmica próxima à do tijolo, porém seu calor específico é 28% menor (251 J/Kg °C
menor), necessitando de baixa exposição à energia térmica para que sua
temperatura se eleve, ou seja, o vidro comum esquenta facilmente, mas demora
para conduzir o calor para o ambiente.
CONDUTIVIDADE TÉRMICA DENSIDADE
CALOR ESPECÍFICO
unidade (W/m°C) (Kg/m3) (J/Kg °C)
vidro 0.80 2200 670
tijolo maciço 0.72 1600 921
aço 52.00 7780 460
alumínio 230.00 2700 880
gesso (placa) 0.35 750 837
concreto celular 0.05 450 963
água 0.58 1000 4187 Quadro 17: dados sobre condução térmica, densidade e calor específico de alguns materiais utilizados em envoltórias. Elaborado pela autora com base em dados disponíveis em: (FROTA e SCHIFFER, 2007, p. 184-189) e www.fisica.ufs.br/egsantana/estadistica/otros/calorimetro/calorimetro.htm. Acessado em: 03.05.2011
Maria Akutsu58 aponta que, em edifícios envidraçados, dependendo da área coberta
com vidro e do volume dos ambientes internos, a temperatura interior pode ser de
57
O calor específico refere-se à quantidade de calor necessária para que um corpo qualquer eleve sua
temperatura em 1ºC. A unidade de medida do calor específico é Kcal/ Kg°C ou J/Kg °C. 58
É pesquisadora do IPT na área e responsável técnica pelo Laboratório de Conforto Ambiental e Sustentabilidade dos Edifícios do Centro Tecnológico do Ambiente Construído do IPT. Informações disponíveis em reportagem: Inércia térmica, a chave do conforto, do site ArcoWeb disponível em:
108
10°C a 20°C acima da externa. Mas, para se obter maior precisão nessa
constatação, o tipo de vidro utilizado deve ser levado em consideração, já que
existem produtos que reduzem consideravelmente a entrada de calor, amenizando o
efeito estufa.
A escolha dos materiais a serem aplicados nas fachadas é decisiva, quando se
pensa em um projeto eficiente, tanto em relação ao conforto térmico quanto à
eficiência energética. Corbella e Yannas (2003, p. 23) apontam que prédios na
Europa e EUA têm fachadas envidraçadas porque precisam aproveitar ao máximo a
luz e a radiação solar durante longos períodos do ano. O Brasil, pelo contrário, deve
manter o calor e o excesso de luz do lado de fora da edificação durante boa parte do
ano, exigindo uma postura diferenciada na aplicação de sistemas envidraçados em
fachadas.
A arquitetura tem alguns artifícios externos e outros internos, que visam dificultar a
entrada do calor em prol do conforto térmico, podendo ser utilizados em climas
quentes. As proteções externas, um desses artifícios, não permitem que a radiação
direta atinja o interior através do vidro, evitando o superaquecimento do ambiente.
Contudo, deve-se ter um cuidado especial ao projetá-las, para que não se
prejudique a iluminação natural (LAMBERTS, DUTRA e PEREIRA, 1997, p. 71). Tais
proteções podem ser fixas ou móveis e têm grande interferência na aparência da
fachada. Há também as proteções solares internas, como persianas e cortinas, que
são muito úteis para diminuir a quantidade de luz que entra nos ambientes, porém
não evitam o ganho de calor (efeito estufa). Cabe ao arquiteto, no entanto, criar
obras que permitam a entrada de luz nos ambientes internos, maximizando o uso da
luz natural, sem que o calor prejudique o desempenho dos usuários.
Os fatores acima não são impeditivos da utilização do vidro nas cidades brasileiras,
mas fica claro que são necessários alguns cuidados, tanto na especificação do
material mais a adequado quanto com a estrutura e com a necessidade de
anteparos de sombreamento (brises, light shelves e cobogós), medidas essas que
podem garantir as necessidades de conforto e eficiência energética dos usuários. A
insolação abundante no Brasil deve ser aproveitada, com o intuito de reduzir o
consumo de eletricidade para a iluminação artificial ou como forma de aquecer a
http://www.aecweb.com.br/inercia-termica-a-chave-do-conforto/tematicos/artigos/1499/6. Acessado em: 03.05.2011.
109
água ou o ar nos meses de inverno. As questões são as seguintes: onde, como e
qual tipo de vidro deve ser utilizado na construção civil brasileira.
3.3.2.2 Ventilação
A ventilação é fruto da movimentação do ar que ocorre devido à diferença na
distribuição do calor sobre a superfície da Terra. As diferentes temperaturas do ar
resultam em densidades distintas, o que faz com que o ar quente (mais leve) se
movimente em direção ao ar frio (mais pesado). Além dos fatores acima citados, há
os que regem os regimes dos ventos em uma escala global, como a inclinação do
eixo da terra, que provoca as diferentes estações do ano, e a distribuição dos
continentes e oceanos (umidade) (OLGYAY, 1998, p. 94).
O sentido dos ventos é utilizado, inclusive, para determinar a forma de ocupação
urbana das cidades. Olgyay (1998, p. 94) ressalta que cidades localizadas nos Alpes
são compactas e protegidas dos ventos gelados, sendo que o agrupamento diminui
as superfícies das construções expostas à ação dos ventos. Em locais quentes, as
casas isoladas permitem maior circulação do ar, assim como a orientação das
aberturas, aos ventos benéficos, auxilia na manutenção do conforto interno.
O vento corre paralelamente ao solo e, quando encontra um obstáculo, tende a
desviar, retomando sua trajetória após a transposição do elemento (FROTA e
SCHIFFER, 2007, p. 126-127). Tais desvios são comuns em áreas urbanas,
dificultando a percepção de um sentido dominante dos ventos.
A velocidade dos ventos perto da superfície é menor, devido à ação do atrito gerado
pela superfície e pelos obstáculos. Quanto maior o edifício, os andares mais altos
sofrerão mais com as altas velocidades, pressão e sucção dos ventos (HERZOG,
KRIPPNER e LANG, 2008, p. 23). Por esse motivo, edifícios muito altos têm janelas
vedadas, caso contrário, seria impossível abrir um caixilho na fachada cuja
orientação volte-se contra o vento. Essa medida elimina a possibilidade de utilização
da ventilação natural desses ambientes internos.
Áreas urbanas densamente ocupadas podem ter pressões do vento diminutas,
devido à proximidade dos edifícios, que dificultam a passagem do ar. Os obstáculos
acabam direcionando os ventos a seguirem o traçado viário, provocando corredores
de vento (FROTA e SCHIFFER, 2007, p. 129), podendo ser chamados de cânion
110
urbano. Esses corredores de vento podem ainda ser responsáveis por dificultar a
dissipação do calor e do ar. São Paulo, como toda cidade verticalizada, sofre com os
cânions urbanos e com a alteração do sentido dos ventos causados pela quantidade
de obstáculos. Por essa razão, há dificuldade em se determinar um vento dominante
para definir as estratégias de ventilação natural em um projeto.
O vento pode ocorrer naturalmente e entrar na construção por suas aberturas,
caracterizando sistemas passivos, ou a ventilação pode ser mecânica, chamada de
sistema ativo. Em ambos os casos é ideal que os usuários do edifício tenham o
controle da intensidade e velocidade da movimentação do ar, para que não haja
prejuízo à sensação de conforto.
A ventilação é um fator vital nas construções, pois auxilia na renovação do ar
(oxigênio), diminui a sensação térmica e tem função de reduzir a umidade do ar.
Além dos efeitos do clima sobre a temperatura do ambiente interno, a transpiração e
a respiração liberam umidade (vapor d'água) e calor (dióxido de carbono - CO²),
provocando o aumento da temperatura. A ventilação regula tanto a temperatura
como a umidade relativa do ar em um espaço, retirando o ar viciado, as substâncias
perigosas (compostos orgânicos voláteis59) e os odores (KNAACK, KLEIN, et al.,
2007, p. 74), melhorando a qualidade do ar e amenizando as temperaturas internas.
A ventilação é um ponto crucial para o desempenho térmico de uma edificação.
Lechner (2009, p. 281) aponta que o ar, a uma velocidade de 2,0 metros por
segundo, pode diminuir em até 3,9°C a temperatura interna de ambientes
construídos em climas quentes e úmidos.
Este capítulo enfatiza a ventilação natural, ou passiva, por ser o método de
climatização mais eficiente no que diz respeito ao consumo energético, além de ter
relação direta com o projeto arquitetônico das fachadas.
3.2.2.3 Ventilação Natural
A ação dos ventos sobre a fachada pode provocar uma diferença de pressão, pois a
parede sobre a qual o vento incide cria uma área de pressão positiva e, do lado
59 Os compostos orgânicos voláteis são liberados por materiais sintéticos, como carpetes, tintas, vernizes, papéis de parede (plásticos), prejudiciais à saúde humana. Informações disponíveis em: http://www.metallum.com.br/17cbecimat/resumos/17Cbecimat-414-008.pdf. Acessado em: 12.05.2010
111
oposto, pressão negativa, podendo criar até áreas de turbilhão de vento. Esse
diferencial de pressões permite que ocorra a ventilação por meio de aberturas nas
fachadas, entrando o ar novo pelas áreas de pressão positiva e saindo pelo lado das
pressões negativas.
O método mais comum de ventilação natural é através das janelas e de outros tipos
de abertura, nos quais o tamanho, tipo de caixilho e a orientação têm impacto direto
sobre a eficiência da vazão do ar. Na Figura 44 pode-se observar a eficiência, dada
em porcentagem, da entrada de ar de cada tipo de caixilho. A janela pivotante, tanto
horizontal quanto vertical, e a janela com uma folha de abrir, têm eficiência de 100%,
pois todo o seu vão pode ser usado para fornecer ar renovado ao interior. O pior tipo
de caixilho, em relação à ventilação, é o maxi-ar (awning window), com apenas 25%
de eficiência, devido à abertura estar localizada na parte de baixo, dificultando a
saída do ar quente.
Figura 44: modelos de abertura de caixilhos (KNAACK, KLEIN, BILOW, & AUER, 2007, p. 75)
112
A ventilação natural (passiva) acontece de três formas em um edifício: pela ação dos
ventos que penetram pelas aberturas (janelas ou frestas), shafts ou por efeito
chaminé. Os três processos podem acontecer simultaneamente, o que pode
prejudicar a ventilação dos ambientes devido à contraposição ou à somatória de
forças dos movimentos de ar (FROTA e SCHIFFER, 2007, p. 125). Por exemplo, o
efeito chaminé e o vento, em uma mesma direção, aumentam a velocidade do ar,
podendo fazer com que papéis voem, além de provocar a diminuição do conforto
térmico.
A ventilação por frestas é resultante do ar que penetra pelas juntas do caixilho e
acaba diminuindo a diferença de pressão entre o ambiente interno e externo
(KNAACK, KLEIN, et al., 2007, p. 74). No Brasil, é usual a ventilação por frestas das
janelas, visto que, na ausência de um inverno rigoroso, os caixilhos são geralmente
em vidro simples e não há exigências à estanqueidade dos sistemas, constando, na
Norma Brasileira, regras para permeabilidade ao ar apenas para os estados da
região sul e de São Paulo.
Assim é que a Norma Brasileira NBR 10821-200060 aponta que a estanqueidade ao
ar de caixilhos, em ambientes não climatizados, nos estados do Sul e São Paulo,
pode ter duas classes: a primeira deve ter velocidade do ar de 0,5m/s, medidos a 2
cm da janela, a uma pressão de 30 Pascal; a outra classe, pressão de 50 Pascal. Os
demais estados do país não tem restrições quanto à estanqueidade dos caixilhos, o
que leva os fornecedores a não terem limites a cumprir. Esses caixilhos, propensos
a vazamentos de ar, podem levar a maior gasto energético, quando utilizados
equipamentos de ar condicionado para climatizar o ar interior.
Quanto ao posicionamento das aberturas, estes podem facilitar ou não a passagem
do ar. Por exemplo: ambientes com janelas dispostas em paredes opostas
favorecem a ventilação cruzada. No caso de espaços com abertura única, a
movimentação do ar tem menor velocidade, pois depende da ascensão do ar
quente, para que ocorra a ventilação (KNAACK, KLEIN, et al., 2007, p. 75).
No ato de projetar, o arquiteto deve estar ciente de que suas decisões podem
direcionar o sentido dos ventos nos ambientes internos. Frota e Schiffer (2007, p.
130) apontam que o comportamento dos ventos, no interior de edificações, depende
60
Disponível em: http://strutturar.com.br/wiki/wp-content/uploads/2010/12/NBR-10821-2000-Caixilhos-Janelas1.pdf. Acessado em: 08.04.2011
113
do tamanho e orientação das aberturas, além das divisões das paredes internas
(FROTA e SCHIFFER, 2007, p. 130). Como lembram Herzog, Krippner e Lang
(2008, p. 23), a direção e a intensidade dos ventos podem se alterar rapidamente,
havendo a necessidade de se conhecer o comportamento dos ventos na região,
para que se possa criar uma arquitetura que aproveite ao máximo os recursos da
ventilação natural.
A B
C D
114
E F
Figura 45: Simulações do comportamento do vento em relação a uma edificação com aberturas de tamanhos e orientações distintas. Foi utilizado software FLUXOVENTO da PUC-RJ
Na Figura 45 são simuladas diversas possibilidades de posicionamento e dimensões
das aberturas, para que seja analisado o comportamento dos ventos. Percebe-se
que janelas maiores proporcionam maior abrangência da ventilação no interior dos
espaços (casos A e B Figura 45). No desenho C, da Figura 45, a inexistência de
abertura na fachada barlavento61 prejudica a circulação do ar internamente,
enquanto, na figura D, a pequena abertura na fachada que recebe o vento permite
boa abrangência da ventilação no interior do espaço. A mesma configuração de
janelas (casos E e F, Figura 45), mas com divisões internas diferentes, resulta em
trajetórias distintas de ventilação.
Outra forma de ventilação natural é o efeito chaminé, que trabalha verticalmente com
as diferenças de temperatura entre o ar interno e externo. O ar dentro de um edifício
normalmente tem sua temperatura elevada. Esse ar quente torna-se menos denso e
leve, tendendo a subir. Se em um ambiente houver aberturas próximas ao piso e no
alto da parede, o ar quente tende a subir e sair pela abertura superior, enquanto o ar
mais frio tende a entrar pela abertura inferior. O fluxo de ar será mais intenso quanto
maior for a distância entre as aberturas inferiores e superiores (FROTA e
SCHIFFER, 2007, p. 135).
Na Figura 46, o efeito chaminé é ilustrado com o corte de um edifício, mostrando o
ar fresco entrando pelas aberturas nas fachadas laterais, esquentando (graduação
61
Lado do qual sopra o vento.
115
de amarelo, laranja e vermelho) e subindo em direção às aberturas superiores, por
onde sai para o ambiente externo.
Figura 46: Esquema de um edifício onde há efeito chaminé para ventilar e renovar o ar interno Disponível em: www.revistatechne.com.br/engenharia-civil/133/imagens/133_capa20.jpg. Acessado em: 07.04.2011.
A utilização de shafts de ventilação é uma possibilidade para promover o efeito
chaminé por meio de dutos. Essa é uma forma de trocar grandes quantidades de ar,
por meio de dutos instalados distantes das fachadas, que levam o ar até a cobertura
do edifício (KNAACK, KLEIN, et al., 2007, p. 76). Os shafts de ventilação são
amplamente utilizados em edifícios residenciais como, por exemplo, nos fossos de
ventilação de banheiros. Os shafts também podem ser incorporados a sistemas de
fachadas ventiladas, nas quais o intervalo entre as duas vedações serve como
corredor para eliminar o ar viciado. A exaustão acontece naturalmente, pois esse ar
já utilizado é, originalmente, mais quente, e tende a subir (KNAACK, KLEIN, et al.,
2007, p. 76).
Características do ar que entra em uma edificação podem auxiliar o conforto térmico.
Estratégias de projeto que incluam tanto vegetação quanto corpos d'água podem ser
ferramentas para garantir uma temperatura mais amena e umidade a níveis
agradáveis. A vegetação tem a capacidade tanto de diminuir a velocidade do vento,
devido à sua condição de obstáculo, quanto provocar mudanças perceptíveis em
relação à temperatura e umidade (transpiração vegetal) desse ar em movimento
(OLGYAY, 1998, p. 98).
A aproximação com corpos d'água pode gerar uma diminuição da temperatura,
como acontece, por exemplo, no Centro de Reabilitação Infantil do Rio de Janeiro,
projeto de João Filgueiras Lima, o Lelé. Nessa construção foi concebido um lago,
com a intenção de criar uma zona úmida para diminuir a temperatura dos ventos que
116
penetram nos dutos de ventilação, levando ar fresco para o interior (João Filgueiras
Lima apud (GUIMARÃES, 2010, p. 111).
Um ponto importante da ventilação é sua função de renovação do ar, eliminando
odores, umidade e dióxido de carbono, trazendo ar fresco e oxigenado. O Gráfico 5
mostra recomendações do Laboratório Nacional de Engenharia Civil de Lisboa, de
taxas de vazão do ar em m³/hora, por pessoa, em relação ao volume do ambiente
em m³ por pessoa. As quatro curvas existentes mostram: as necessidades para
prover o oxigênio necessário, a vazão para evitar a concentração excessiva de
dióxido de carbono, a vazão necessária para dissipar odores corporais durante
atividades sedentárias e, por último, a vazão necessária para dissipar odores
corporais durante atividades moderadas. Esse gráfico é essencial para se calcular a
necessidade de ventilação de acordo com o uso e população do local, resultando,
inclusive, em decisões de projeto, como dimensionamento de janelas e
posicionamento das mesmas.
Gráfico 5: Taxas de ventilação recomendadas. (TOLEDO apud FROTA E SCHIFFER, 2007, P.223).
Um ambiente com volume de 6 m³ por pessoa necessita de uma vazão de 2m³/hora
para prover oxigênio suficiente para os ocupantes, 6m³/hora para evitar que a
concentração de dióxido de carbono ultrapasse 0,6%, índice prejudicial à saúde do
usuário, 27m³/h para dissipar odores provenientes de atividades sedentárias de um
117
adulto e, finalmente, 39m³/hora para eliminar odores no caso de um adulto em
atividade física moderada.
Normalmente as taxas de renovação de ar são reguladas por legislação local
(KNAACK, KLEIN, et al., 2007, p. 76). Pode-se citar o caso do Brasil, onde a ABNT
NBR 6401 determina taxas de renovação do ar62 para ambientes públicos e privados
climatizados artificialmente. Para os ambientes residenciais a taxa de renovação de
ar recomendada é 35m³/h.
Climas tropicais úmidos de altitude, como é o caso de São Paulo, exigem que as
construções sejam permeáveis ao vento, permitindo a ventilação natural
(CORBELLA e YANNAS, 2003, p. 24). A ventilação é importante para remover a
umidade excessiva, comum a esse tipo de clima, e para permitir que as pessoas
percam calor por convecção, aumentando a sensação de conforto térmico.
Para se projetar na cidade de São Paulo, de forma que se aproveite a ventilação
natural, devem-se considerar dados relativos à velocidade e ao sentido dos ventos.
Essas informações são fornecidas pela rosa dos ventos existente no programa SOL-
AR, da Universidade Federal de Santa Catarina. O Gráfico 6 mostra a
predominância dos ventos, em porcentagem de ocorrência na capital paulista, com
origem no Sul e, principalmente, Sudeste, no outono e na primavera. No inverno e
no verão, no entanto, o vento predominante é o Nordeste, fato que dificulta a adoção
de uma estratégica única para se tirar proveito dos ventos, considerando-se que, no
verão, é interessante o uso dos ventos para amenizar a temperatura, de maneira
contrária do inverno, quando se deve reduzir a vazão do ar.
O Gráfico 7 mostra a velocidade dos ventos em São Paulo, que se mantém
constante em 3m/s, em praticamente todas as estações e orientações, com exceção
da orientação Nordeste, na primavera, com 4m/s; da Sudeste, com 6m/s, na
primavera, 4m/s, no outono e no inverno; da orientação Sul, com ventos, no outono,
de 6m/s e, por último, vento Oeste, com velocidade de 4m/s. Os mais rápidos são os
ventos Sudeste, durante todo ano, com exceção do verão. Deve-se observar que
esses dados não consideram os desvios provocados pelas construções na direção e
velocidade dos ventos. Velocidades dos ventos, como as encontradas em São Paulo
62
A taxa de renovação de ar pode ser definida pelo número de trocas de ar que acontecem em um ambiente, e a quantidade de vezes que o volume total de ar desse ambiente é trocado em um período de tempo. Disponível em: www.asbrav.org.br/artigotecniconovo.asp. Acessado em: 08.04.2011
118
(3m/h), seriam suficientes para reduzir em aproximadamente 4ºC a temperatura
ambiente (LECHNER, 2009, p. 281).
Gráfico 6: Frequência de ocorrência dos ventos na cidade de São Paulo. Programa SOL-AR, da Universidade Federal de Santa Catarina.
Gráfico 7: Velocidade dos ventos na cidade de São Paulo. Programa SOL-AR, da Universidade Federal de Santa Catarina.
Herzog, Krippner e Lang (2008, p. 23) apontam alguns problemas que podem ser
associados ao excesso de ventilação ou à sua falta. O excesso de ventilação em
épocas de frio pode aumentar a exigência de aquecimento, além de reduzir a
umidade a níveis prejudiciais à saúde. Por outro lado, a falta ou insuficiência de
ventilação pode deixar ambientes internos extremamente quentes no verão,
reduzindo a sensação de conforto. Por último, correntes de ar dentro do edifício
podem ser prejudiciais, tanto ao conforto térmico como ao derrubar de objetos e
bater de portas.
Nem sempre é possível contar com a ventilação natural, devido à sua inconstância,
visto que nem sempre o vento está presente, além de sua intensidade poder ser
insuficiente para garantir o conforto e a renovação do ar. Nos casos acima, e
também quando há necessidade constante de exaustão ou de insuflamento de ar,
pode-se utilizar a ventilação mecânica. Em termos de consumo energético, a
ventilação natural é a mais eficiente, já que, ao contrário desta, os equipamentos
mecânicos (ventilador e ar condicionado) são consumidores de energia elétrica. Pelo
exposto acima, pode-se afirmar que, ao se projetar um edifício, quanto maior ênfase
119
for dada à ventilação natural melhor será o desempenho energético do edifício como
um todo.
3.3 Conforto visual
O conforto visual está diretamente relacionado à quantidade e à qualidade de luz
que ilumina um ambiente, seja ela natural ou artificial. A iluminação natural depende
das aberturas para o exterior, sejam elas nas paredes ou na cobertura, enquanto a
artificial depende do fornecimento de eletricidade para que as lâmpadas funcionem.
Como a tese prioriza a fachada e a eficiência energética, este capítulo tratará da
iluminação natural obtida a partir de aberturas nas vedações verticais.
O conforto visual é necessário para o desenvolvimento de atividades humanas como
leitura e trabalhos manuais, além de ser determinante para estipular a quantidade de
iluminação necessária em um ambiente. Uma iluminação equilibrada deve conter
direcionamento, intensidade e reprodução das cores de forma adequada, com
ausência de ofuscamento (LAMBERTS, DUTRA e PEREIRA, 1997, p. 44).
Baixos níveis de iluminação podem causar problemas para os usuários do espaço,
tais como fadiga, dor de cabeça e irritabilidade (MCNCHOLL, ANN ; LEWIS, J.
OWEN (ED), 1994, p. 1), além de aumentar a incidência de erros e acidentes
causados pela dificuldade de se visualizar a tarefa e pela falta de atenção provocada
pelo cansaço. As diferenças de intensidade de luz e sombras e de reprodução de
cores, variações comuns durante o período do dia, são importantes para que o
relógio biológico funcione adequadamente (LAMBERTS, DUTRA e PEREIRA, 1997,
p. 49).
O conforto visual tem fatores que extrapolam a quantidade de luz que adentra o
ambiente. Ter uma boa visão bem e um bom nível de luz são dois fatores que variam
de acordo com a atividade que se pratica, com a hora do dia ou com o sexo e a
idade do usuário. Deve-se, também, ter cuidado com relação à quantidade e à forma
com que a luz incide no ambiente, para que não ocorra o ofuscamento, e grandes
contrastes que possam causar desconforto (CORBELLA e YANNAS, 2003, p. 35).
Há cinco formas de medir e de avaliar a quantidade e a qualidade da luz: o fluxo
luminoso, que mede a quantidade de luz emitida por uma fonte, cuja unidade de
medida é o lúmen (lm); a eficiência energética do ambiente, que mede a reflexão
120
das superfícies internas, como paredes e forros, medindo também a eficiência das
lâmpadas e luminárias (lumens/watt). Como uma fonte luminosa não emite luz
uniformemente, a intensidade luminosa é medida a partir de um fluxo luminoso
irradiado na direção de um determinado ponto, sendo que a candela (cd) é a
unidade dessa medida; a iluminância (Figura 47) representa a razão entre o fluxo
luminoso de uma fonte de luz e uma superfície situada a uma certa distância, fator
expresso em lux (lx); as grandezas sobre iluminação, descritas anteriormente, são
relativas à luz não visível, que se faz vista quando refletida por alguma superfície,
causando a sensação de claridade. A essa sensação de iluminação dá-se o nome
de luminância (Figura 48), que é a luz visível63.
Figura 47: Iluminância - como a luz não visível se comporta. Disponível em: www.osram.com.br/osram_br/Ferramentas_%26_Catlogos/_pdf/Arquivos/Iluminao_Geral/Manual_do_Curso_Iluminacao%2c_Conceitos_e_Projetos/AF_apostila_conceitos_e_projetos_SITE.pdf. Acessado em: 14.04.2011
Figura 48: Luminância - como a luz não visível se comporta. Disponível em: www.osram.com.br/osram_br/Ferramentas_%26_Catlogos/_pdf/Arquivos/Iluminao_Geral/Manual_do_Curso_Iluminacao%2c_Conceitos_e_Projetos/AF_apostila_conceitos_e_projetos_SITE.pdf. Acessado em: 14.04.2011
Lamberts, Dutra e Pereira (1997, p. 44-45) citam um conjunto de condições que
permitem que atividades humanas possam ser desenvolvidas com o máximo de
acuidade e precisão, com o mínimo de esforço e o mínimo de risco de acidente e
prejuízo para a visão. Entre elas estão: iluminância suficiente, boa distribuição de
iluminância, ausência de ofuscamento, contrastes adequados (proporção de
63
Informações disponíveis no arquivo referente ao curso de iluminação da OSRAM, disponível em: www.osram.com.br/osram_br/Ferramentas_%26_Catlogos/_pdf/Arquivos/Iluminao_Geral/Manual_do_Curso_Iluminacao%2c_Conceitos_e_Projetos/AF_apostila_conceitos_e_projetos_SITE.pdf. Acessado em: 14.04.2011
121
iluminâncias/brilho) e bom padrão de direção de sombras (depende do tipo de
atividade a ser desenvolvida).
No caso de edifícios residenciais, fachadas envidraçadas podem proporcionar mais
luz do que a atividade desempenhada no interior necessita, gerando ofuscamento.
Por outro lado, em residências é comum o uso de persianas, cortinas e venezianas
externas para auxiliar no controle individual da entrada da luz, facilitando ajustes
pessoais ao nível de iluminação requerido.
A NBR 541364 estipula iluminâncias mínimas relativas à iluminação artificial, em
relação a cada tipo de tarefa visual (LAMBERTS, DUTRA e PEREIRA, 1997, p. 45).
No Quadro 18 podem-se constatar os níveis de iluminância para diversas atividades,
sejam elas trabalhos domésticos ou laborais. Quanto mais apurada a função maior a
necessidade de luz, que se traduz em lux. Dois bons exemplos podem ser: a
elaboração de um desenho técnico, que requer 1000 lux para ser desenvolvido, e o
ato de fazer uma refeição, que requer de 100 a 200 lux.
Quanto maior é a quantidade de lux, maior é a capacidade das pessoas perceberem
os detalhes dos objetos e o ambiente em geral. A única exceção é quando há muito
brilho, podendo provocar o ofuscamento e a perda da acuidade visual
(BERTOLOTTI, 2007, p. 47).
Classificação Nível de iluminação a ser obtido Tarefa
Baixa 100 a 200 lux Circulação
Reconhecimento facial
Leitura casual
Armazenamento
Refeição
Terminais de vídeo
Média 300 a 500 lux Leitura/ escrita de documentos com alto contraste
Participação de conferencias
Alta 500 a 1.000 lux Leitura/ escrita de documentos com fontes pequenas e baixo contraste
Desenho técnico
Quadro 18: Nível de iluminância de acordo com atividades humanas.
Á partir de (LAMBERTS, et al., 1997 p. 45)
Cada tipo de ambiente tem necessidades distintas de iluminação, segundo sua
utilização e, por esse motivo, existem fatores que permitem determinar o mínimo de
64
Disponível em: www.labcon.ufsc.br/anexos/13.pdf . Acessado em: 10.04.2011
122
luz que deve entrar em cada um deles. No caso de salas de estar, por exemplo, a
porcentagem da luz externa que deve entrar no ambiente é de 1% e, no caso de
dormitórios, 0.5%. Os fatores de referência presentes no Quadro 19, quando
aplicados à quantidade de lux existente em uma situação de dia encoberto, resulta
na quantidade necessária de iluminação proveniente do exterior nos espaços
internos. Quanto maior o resultado, menor será a diferença de luminosidade entre
interior e exterior, diminuindo a possibilidade de haver ofuscamento (LECHNER,
2009, p. 390).
Quadro com fatores mínimos de luz do dia
Tipo de espaço Fatores de luz do dia (%)
Estúdios, galerias. 4-6
Fábricas e laboratórios. 3-5
Escritórios, salas de aula, ginásios e cozinhas. 2
Salas de estar, lobbies, halls de entrada e igrejas 1
Corredores e dormitórios 0.5
Quadro 19: Fatores mínimos de luz natural
(LECHNER, 2009, p. 391)
O ofuscamento acontece quando há um desconforto ou até mesmo perda da
visibilidade, devido a uma grande variação ou velocidade na iluminação. O
ofuscamento pode ser resultado de dois efeitos diferentes: o contraste e a
saturação. O contraste acontece quando a proporção entre as iluminâncias (lux) de
objetos é maior do que 10:1, ou seja, é a diferença entre a luminância de um objeto
principal e seu fundo. O contraste é responsável pelas sombras e jogos de luz que
destacam objetos e partes da arquitetura. A saturação ocorre quando o olho é
saturado com excesso de luz, ou seja, quando a luminância média excede a 25.000
cd/m² (LAMBERTS, DUTRA e PEREIRA, 1997, p. 47)
O olho humano é facilmente adaptável às variações de luz, sendo que essa
transição demora mais tempo quando a diferença na quantidade de luz entre dois
ambientes é radical, exigindo um período maior de adaptação. Quando se caminha
de um ambiente claro, iluminado com a luz do dia, para um ambiente interno, escuro,
sente-se um período de cegueira, provocado pela necessidade de adaptação da
visão à nova quantidade de luz. O período de adaptação, nesse caso, é de 15
123
minutos, mas 70% dos ajustes acontecem nos primeiros 90 segundos (MCNCHOLL,
ANN ; LEWIS, J. OWEN (ED), 1994, p. 2).
A energia radiante, proveniente da luz natural ou artificial, é absorvida e
transformada em calor pelas superfícies que as recebem. Por conseguinte, no
inverno é interessante captar o máximo possível de luz e, no verão, o mínimo, para
que se trabalhe com essa absorção de calor, de acordo com a necessidade térmica.
Um fato a ser ressaltado é que a luz natural esquenta menos do que a artificial, com
um mesmo nível de iluminação. Por exemplo, uma lâmpada incandescente tem uma
relação lumens/watt de 5 a 20, já o céu (sem sol aparente) atinge uma faixa de
aproximadamente 133 a 164 lumens/watt (LECHNER, 2009, p. 391). Uma lâmpada
incandescente esquenta cerca de vinte vezes mais do que a luz natural em um dia
encoberto (sem exposição direta da radiação solar). Além do fato de, segundo
LAMBERTS, DUTRA e PEREIRA (1997, p. 49), a luz natural ter qualidade superior à
luz artificial, principalmente no que diz respeito à reprodução das cores. O Índice de
Reprodução de Cor (IRC), por exemplo, fator que determina a qualidade das cores,
baseia sua escala máxima na luz natural.
O uso planejado da iluminaçao natural diminui o consumo de eletricidade para o
acendimento de lâmpadas e, eventualmente, para a refrigeração ou para o
aquecimento, porque o projeto prevê a incidência da luz natural, de acordo com as
necessidades do programa do edifício, evitando o superaquecimento, no verão, e
aproveitando as propriedades térmicas da luz, no inverno. Elementos construtivos
que promovam o aproveitamento da luz natural podem ser de grande utilidade para
diminuir o consumo energético, garantindo ainda o conforto visual ou térmico.
3.3.1 Estratégias para utilização de iluminação natural (passiva)
A iluminação natural perdeu espaço no interesse dos projetistas, devido ao fato de
haver maior disponibilidade da iluminação artificial após a segunda metade do
século XX. A luz elétrica passou a ser um conforto com baixo custo, que permitia o
uso prolongado dos ambientes, diminuindo a importância da localização das janelas
(LECHNER, 2009, p. 384). Os arquitetos acabaram relegando a um segundo plano a
iluminação natural. Contudo, as discussões em torno do assunto da eficiência
energética reacenderam o interesse por técnicas de aproveitamento da luz natural.
124
A iluminação natural pode ser um trunfo da arquitetura. A possibilidade de se evitar o
acendimento de lâmpadas elétricas, durante longos períodos do dia, pode trazer
grande economia, mediante o consumo total de uma residência. Segundo dados da
Eletrobrás, o consumo energético residencial, relativo aos eletrodomésticos, aponta
a iluminação artificial como detentora de 14% do consumo residencial total (Gráfico
8).
Em uma residência, o papel da iluminação natural acaba sendo maior do que em
edifícios comerciais, principalmente pelo fato de a conta de energia ser paga pelo
próprio usuário (LAMBERTS, DUTRA e PEREIRA, 1997, p. 55). De qualquer forma,
o projeto de iluminação artificial deve estar integrado com o projeto de iluminação
natural, para que não haja desperdício de energia, aproveitando ao máximo as
possibilidades que a luz do dia pode oferecer (CORBELLA e YANNAS, 2003, p. 35).
O vidro é um dos principais materiais que permitem o aproveitamento da luz natural
em edifícios. Sua transparência à radiação permite a entrada da luz e calor
provenientes do sol, viabilizando a iluminação natural e, consequentemente, a
economia de energia elétrica (SCHITTICH, STAIB, et al., 2007, p. 132). A questão
do calor, entretanto, deve ser considerada, para que não se eleve o consumo
energético em decorrência do superaquecimento.
A luz ideal para ambientes internos deve ser homogênea, visto que, quando
direcionada, há um clarão no foco, formando sombras sobre as superfícies e
prejudicando a percepção do espaço. A luz natural pode ser fonte de conforto visual,
mas também pode ser aproveitada como parte do projeto, destacando partes, ou
como nos vitrais das catedrais góticas (LAMBERTS, DUTRA e PEREIRA, 1997, p.
52) e na igreja projetada em Osaka por Tadao Ando (Figura 49).
125
Figura 49: Igreja projetada pelo arquiteto Tadao Ando, em Osaka, Japão (1989). http://arch48jliang.files.wordpress.com/2008/11/ando_church-of-light.jpg?w=450&h=600. Acessado em: 04.05.2011
Corbella e Yannas (2003, p. 49) determinaram algumas estratégias, na concepção
da arquitetura, para o aproveitamento da luz natural, quais sejam: trabalhar a
disposição dos ambientes internos de forma compatível à orientação; estudar a
forma e o tamanho das aberturas; aplicar forma e cores dos ambientes interiores,
para que a luz se espalhe de forma homogênea; especificar janelas eficientes no
controle de entrada de luz; e conhecer as propriedades térmicas e lumínicas dos
materiais transparentes. Corbella e Yannas (2003, p. 38) ressaltam ainda que a
posição das aberturas deve ser estudada para que a radiação solar direta não atinja
áreas de trabalho, evitando áreas de sombra e ofuscamento que possam diminuir a
produtividade do usuário.
A quantidade de luz natural depende da geometria da abertura e da altura do peitoril,
mas o fator que mais influi é a transparência do vidro e a parcela opaca referente ao
caixilho. Na Figura 50 pode-se perceber que a quantidade de luz é maior próximo à
janela, diminuindo gradativamente em direção ao fundo da sala. A altura da janela
influi tanto no alcance quanto na quantidade de luz natural. A Figura 51 mostra a
interferência de cada tipo de caixilho sobre a quantidade de luz que adentra um
ambiente, demonstrando que quanto mais representativa é a estrutura, menor é a
iluminação natural aproveitável.
126
Figura 50: Corte esquemático de aberturas com diferentes tamanhos e sua relação com a luz natural. Disponível em: http://pt.saint-gobain-glass.com/upload/files/3.1.3_o_vidro_e_a_luz.pdf. Acessado em: 05.05.2011
Figura 51: Tipos de caixilhos e suas respectivas interferências quanto à luz natural.http://pt.saint-gobain-glass.com/upload/files/3.1.3_o_vidro_e_a_luz.pdf Disponível em: http://pt.saint-gobain-glass.com/upload/files/3.1.3_o_vidro_e_a_luz.pdf. Acessado em: 05.05.2011
Existem questões inerentes ao entorno próximo da edificação, que influem na
quantidade de luz a penetrar em uma construção. A inclinação do terreno, a
orientação da construção, a presença de obstruções e a reflexão proveniente das
superfícies ao redor podem difundir a luz ou gerar zonas de sombra, com
consequências diretas na quantidade e na qualidade da luz natural (MCNCHOLL,
ANN ; LEWIS, J. OWEN (ED), 1994, p. 2).
Segundo Lechner (2009, p. 394-397), em países tropicais, no hemisfério Sul, a
fachada Norte é a mais adequada para o aproveitamento da luz natural, já que é a
mais ensolarada no inverno e a menos ensolarada no verão. Fachadas Leste--
Oeste podem provocar o superaquecimento no verão, devido ao ângulo com que a
127
radiação incide sobre as aberturas e, também, devido às temperaturas mais
elevadas do verão, de modo geral.
Corbella e Yannas (2003, p. 244) apontam que a Iluminação pela cobertura é mais
homogênea para regiões de clima tropical. Por outro lado, essas aberturas
horizontais recebem mais luz do que as verticais, podendo ocasionar excesso de
luminosidade e calor no verão, além de serem mais difíceis de sombrear.
No Quadro 20, são exemplificadas algumas estratégias para administração da luz
natural. Na figura A, do Quadro 20, expõe-se a principal estratégia para o
aproveitamento da luz natural, que é a orientação das aberturas para a face mais
ensolarada, no caso do Brasil, a orientação Norte. Na figura B, do Quadro 20, a
forma do edifício determina o alcance da luz natural, tendo, como exemplo, uma
planta quadrada que gera em seu centro uma área escura, enquanto uma planta de
mesma metragem, mas retangular, tem em seu centro iluminação natural parcial
(LECHNER, 2009, p. 394-397).
As cores, tanto das superfícies externas quanto internas, têm relação direta com o
nível de iluminação obtido interiormente. Cores claras refletem mais luz, atingindo
maiores profundidades dentro do ambiente (Quadro 20, figura C). Paredes claras
adjacentes ou opostas à fonte de luz vão receber mais luz do dia, além de ajudarem
a difusão da luz, diminuindo a ocorrência de sombras, brilho e claridade excessiva. A
hierarquia de importância das superfícies para a melhor eficiência da iluminação
natural é, em primeiro lugar, o forro, que deve ter o maior índice de reflexão possível,
depois a parede do fundo, seguida das paredes laterais, do piso e, por último, o
mobiliário.
A arquitetura deve contrabalancear a necessidade de luz natural e a de ter vista do
exterior. O Quadro 20, figura D, mostra um esquema onde a luz entra por aberturas
na cobertura e fora do campo de visão, para que não haja ofuscamento. A janela
para se admirar a paisagem fica contrária à incidência do sol.
A luminosidade que entra por uma janela nem sempre é distribuída uniformemente
pelo ambiente, atingindo, em média, 4 a 5 metros a partir da janela, quando esta tem
altura convencional, com parapeito (YEANG, 2008, p. 208). Para se atingir maiores
profundidades, e utilizar a luz natural de forma uniforme, em todo o ambiente,
existem algumas formas de se trabalhar a luz. Entre essas formas estão os poços de
iluminação, que como os fossos de ventilação visam alcançar áreas mais profundas
128
da construção, porém levando luz. A figura E, do Quadro 20, mostra, em corte, o seu
funcionamento. Os dutos de iluminação, figura F, do Quadro 20, por sua vez,
utilizam materiais reflexivos para conduzir a luz a grandes profundidades. Na figura
G, do Quadro 20, superfícies refletoras, em ângulo, conseguem conduzir a luz até
pontos desejados, sendo este princípio semelhante ao das light-shelves.
Estratégias Desenho A Orientação do edifício
B Forma
C Cores dos acabamentos
(LECHNER, 2009, p. 395)
(LECHNER, 2009, p. 396)
(LECHNER, 2009, p. 397)
129
D Função da abertura (vista ou iluminação natural)
E Poço de iluminação é uma forma de trazer luz a partes mais distantes da fachada.
(MCNCHOLL, ANN ; LEWIS, J. OWEN (ED), 1994, p. 8)
F Superfícies refletoras conduzem a luz natural de acordo com a necessidade do projeto.
(MCNCHOLL, ANN ; LEWIS, J. OWEN (ED), 1994, p. 8)
G Duto de iluminação: neste caso superfícies refletoras são utilizadas para conduzir a luz.
(MCNCHOLL, ANN ; LEWIS, J. OWEN (ED), 1994, p. 8)
Quadro 20: Estratégias para iluminação natural em edifícios. Elaborado pela autora com base em: (LECHNER, 2009, p. 394-397)
Kenneth Yeang (2008, p. 208) ressalta que o uso da iluminação natural, ou técnicas
de iluminação passiva, devem trabalhar a radiação direta para diminuir efeitos
elaborado pela autora
lanternin
130
negativos, tais como ofuscamento e superaquecimento do espaço interno. Para tal,
sugere que seja utilizado aparato interceptador no plano da abertura.
Esse controle da entrada da radiação direta pode ser efetuado por meio de brises,
light shelves, cobogós e chapas perfuradas, elementos que convertem a radiação
direta em difusa, reduzindo a intensidade da radiação e a quantidade de luz natural
que adentra o ambiente (SCHITTICH, STAIB, et al., 2007, p. 132).
Existem duas formas de promover o redirecionamento da luz: o passivo e o ativo. O
redirecionamento passivo da luz utiliza superfícies para refletir a luz, como os brises
(móveis ou fixos), ajustáveis de acordo com as necessidades do período do ano
(SCHITTICH, STAIB, et al., 2007, p. 134)
Keneth Yeang (2008, p. 208) cita dois mecanismos passivos que visam o
aproveitamento máximo da luz natural: as light shelves (prateleiras de luz) e os light
pipes (tubos de luz), sendo que ambos auxiliam no espalhamento da claridade por
todo o ambiente, por meio do redirecionamento dos raios do sol. Esses sistemas
permitem que sejam alcançadas maiores profundidades dentro dos ambientes
internos, podendo aumentar a abrangência da luz natural de 4,6 metros para 9
metros, fornecendo uma luz uniforme para todo o ambiente. Esses sistemas de
redirecionamento da luz baseiam-se nas propriedades ópticas de transmissão por
meio de superfícies reflexivas, assim como em sua geometria para conduzir a
luminosidade de acordo com a necessidade, para locais mais distantes das
aberturas.
Light shelves (Figura 52) são planos horizontais, internos, externos, ou ambos, cuja
função é evitar que a radiação atinja diretamente o piso, redirecionando a luz que,
por reflexão, atinge o fundo do ambiente. Os light pipes (Figura 53) conduzem a
claridade por tubulações que distribuem a luz pelo ambiente, nos mesmos moldes
das tubulações de ventilação (YEANG, 2008, p. 208-209), no entanto, a superfície
do tubo é reflexiva, de forma a conduzir os raios de sol para o local desejado.
131
Figura 52: Esquema do funcionamento das Light Shelves
Disponível em: http://continuingeducation.construction.com/article.php?L=48&C=252&P=3. Acessado em: 12.04.2011
Figura 53: Esquema do funcionamento dos Light Pipes
Disponível em: www.cleanenergybrands.com/shoppingcart/product_images/uploaded_images/miro-silver_tube_reflections.gif. Acessado em: 12.04.2011
Há também o redirecionamento ativo da luz natural. Neste caso, os brises são
controlados por computador, o que permite que sua angulação se adapte à trajetória
solar, deixando passar apenas a luz difusa (SCHITTICH, STAIB, et al., 2007, p. 135).
O excesso de luminosidade e a incidência de radiação também podem ser
controlados por persianas e cortinas. Esses artefatos não permitem o prolongamento
da luminosidade até o fundo de ambientes, apenas têm função de filtrar o excesso
de radiação que entra por uma abertura, evitando o ofuscamento. A reflexão,
propriedade existente em alguns tipos de vidro, também pode controlar a entrada de
luz natural e de calor em ambientes internos, mas pode provocar alteração na cor da
luz, prejudicando a percepção de cores, tanto no interior quanto no exterior.
Em climas quentes, como o de São Paulo, o aproveitamento da luz natural deve
levar em conta alguns fatores, como o excesso de luz, que pode provocar tanto o
ofuscamento quanto o superaquecimento dos espaços internos, sendo que se
132
devem respeitar os níveis de iluminação requeridos para o espaço em questão
(LECHNER, 2009, p. 391 - 392). Portanto, balancear a quantidade de luz que
adentra o ambiente, conforme as necessidades dos usuários, é essencial para
garantir o conforto visual.
3.4 Conforto acústico
O som é o resultado da propagação de ondas mecânicas produzidas por
deformações provocadas pela diferença de pressão em um meio (ar, metais,
isolantes)65. O som propaga-se de forma esférica, no ar, a partir de uma fonte, e é
refletido por todas as superfícies, quer seja da arquitetura ou dos objetos.
A reflexão do som varia de acordo com o tipo de superfície, sendo quequanto mais
lisa e dura é uma superfície menos o som é distorcido e mais completa é a reflexão
(HERZOG, KRIPPNER e LANG, 2008, p. 24). Materiais rígidos e planos refletem o
som como um espelho reflete uma imagem, ao passo que materiais fibrosos ou
porosos absorvem o som (CORBELLA e YANNAS, 2003, p. 50).
A maioria dos sons é obtida através da vibração de objetos (HERZOG, KRIPPNER e
LANG, 2008, p. 24). Se um material sólido, como um pilar, vibra por meio de
influências mecânicas (alguém usando uma furadeira, por exemplo), as ondas
sonoras propagam-se pelos componentes do edifício (estrutura), podendo alcançar
grandes distâncias, atingindo todo o edifício.
O Conforto acústico existe quando os ocupantes de um ambiente escutam bem sem
que a arquitetura tenha influência negativa, ou seja, sem provocar reverberação
(eco) ou excessos de absorção (sala surda) (CORBELLA e YANNAS, 2003, p. 35).
O conforto acústico de um ambiente interno sofre influência de ruído externo e
interno. As fontes de ruído provenientes do exterior são principalmente o tráfego e
as construções em andamento. O barulho no interior é produzido pelas pessoas, por
suas atividades e por máquinas utilizadas. Esses ruídos, seja de fonte interna ou
externa, podem se propagar pelo ar ou pela estrutura do edifício (KNAACK, KLEIN,
et al., 2007, p. 73). O ruído que se propaga pela estrutura tem, como exemplos, o
barulho de salto no andar de cima ou, até mesmo, o ruído proveniente da passagem
65
Informações disponíveis no site do Instituto de Física da Universidade Federal do Rio de Janeiro. http://www.if.ufrj.br/teaching/fis2/ondas2/ondas2.html. Acessado em: 12.05.2011
133
da água pelas tubulações de esgoto. Pelo ar, escutam-se os sons de buzinas,
conversas e máquinas em geral.
O conforto acústico tem grande dependência do sistema de fachada empregado,
visto que ele intermedia a passagem de ruídos de fonte externa e interna. A escolha
dos materiais utilizados e a forma de aplicação dos mesmos são primordiais para
que a vedação vertical funcione em prol do conforto acústico, já que o som será
propagado através deles. Todo o sistema que constitui uma fachada deve reagir
positivamente às fontes de ruídos externos e internos, devendo evitar vibrações e
vãos que permitam a passagem do som. O uso de qualquer componente de forma
errada pode criar pontes acústicas, ou seja, ligações entre materiais que
comprometem o isolamento acústico (HERZOG, KRIPPNER e LANG, 2008, p. 24),
fazendo com que os materiais provoquem a propagação do som por meio de
paredes, pisos e caixilhos.
Corbella e Yannas (2003, p. 50) apontam três formas de controlar o ruído. A primeira
delas é anular a fonte, a segunda atuar sobre o caminho (ar ou estrutura) e, por
último, trabalhar o receptor do som (superfícies). A arquitetura pode atuar tanto no
caminho quanto nas superfícies receptoras. Normalmente, o projeto arquitetônico
pode resolver a questão das pontes acústicas, determinando materiais e
equipamentos que evitem a propagação pela estrutura, podendo também especificar
o tratamento das superfícies internas, para absorver o excesso de ruído externo ou
interno.
Uma das estratégias para se evitar a transmissão do som pelo ar é aumentar a
massa dos componentes. Da mesma forma que materiais mais densos retardam a
passagem do calor, eles têm a mesma reação para a propagação de ruídos. Herzog,
Krippner e Lang (2008, p. 24) apontam que quanto mais pesado e denso o material,
maior a inércia, dificultando a disseminação do ruído.
Outra forma de se lidar com a propagação do som é providenciando uma vedação
eficiente, com borrachas, por exemplo, que evitem a propagação do som
principalmente em pontos críticos como junções. Outra possibilidade, ainda, é a
utilização de paredes duplas, com cavidade isolante. Esse princípio é
particularmente eficiente quando cada uma das paredes tem espessuras e pesos
diferentes e frequências naturais distintas (HERZOG, KRIPPNER e LANG, 2008, p.
24). Pode ocorrer, no entanto, perda da eficiência, caso sejam utilizadas peças de
134
fixação rígidas entre as duas folhas, pois o material não vai absorver possíveis
vibrações, propagando-as.
Uma fachada isolada acusticamente não pode ter janelas que abram para o exterior,
pois estas, quando abertas, elimina a característica isolante da fachada. Caso haja
necessidade de ventilação natural, outro método deverá ser utilizado, como os dutos
internos, para não anular as propriedades isolantes da fachada (KNAACK, KLEIN, et
al., 2007, p. 74).
A utilização de fachadas duplas ventiladas (detalhadas no capítulo 2 Fachadas) é
uma opção para manter a característica isolante da fachada, mesmo com as janelas
abertas. Neste caso, a pele externa tem a função de barrar o som urbano, permitindo
a abertura das janelas da fachada interna para a ventilação natural. O único
problema é a passagem de som entre um ambiente interno e outro, pelo vazio entre
as fachadas, formado pelo sistema em questão.
Entre as soluções para fachadas expostas ao ruído urbano intenso, como é o caso
de edifícios próximos a grandes avenidas, inclui-se: número reduzido de aberturas e
fachadas constituídas de materiais pesados e com revestimento poroso (CORBELLA
e YANNAS, 2003, p. 51). As aberturas permitem que o som entre no ambiente sem
nenhum tipo de obstáculo que o amenize, por isso a redução do número de
aberturas tem grande impacto na eficiência do sistema. Os materiais pesados
diminuem a extensão do ruído, e os materiais absorventes retêm o som para si,
bloqueando sua propagação.
Além da vedação da fachada, há estratégias aplicáveis ao interior para garantir o
conforto acústico, sendo exemplos: suspender o forro que reveste a laje de concreto,
diminuindo a cavidade, e revestir superfícies do interior (pisos, paredes e mobiliário).
Essas medidas melhoram o conforto acústico, mas podem prejudicar o conforto
térmico, prejudicando a dissipação do calor, tanto da estrutura quanto dos móveis e
objetos. Um técnico, então, deve estipular as prioridades e gerenciar todas as
demandas para garantir o conforto sem prejuízos para os usuários (KNAACK,
KLEIN, et al., 2007, p. 74).
Os materiais utilizados nas vedações têm grande importância no desempenho de
uma fachada, em termos de conforto acústico, principalmente quando têm
características isolantes. Existem dois tipos de isolantes acústicos: os que reduzem
a energia do som transmitido pelas estruturas, e os que reduzem a energia do som
135
refletido por alguma superfície do próprio ambiente (CORBELLA e YANNAS, 2003,
p. 50). Um age na fonte do ruído, evitando que seja transmitido e o outro na
consequência, absorvendo o ruído já em propagação pelo meio.
O vidro não é um material pesado, de grande massa, mas pode conseguir controlar
a propagação de sons e vibrações quando utilizado em caixilhos com vidro duplo,
com camada de ar entre eles. Até mesmo um vidro laminado único tem boa
capacidade acústica, quando comparado ao vidro simples (WIGGINTON, 2004, p.
247) (Quadro 3). Uma questão fundamental diz respeito à qualidade das vedações
existentes na estruturação do vidro, sendo que devem ser projetadas para evitar a
propagação das vibrações.
A diferença entre o nível sonoro ideal no interior do ambiente e o nível sonoro
produzido externamente serve como base de cálculo do isolamento acústico da
fachada, direcionando o projeto arquitetônico. Essa diferença, conhecida como
Sound Transmission Class (STC), qualifica o isolamento acústico e serve de
parâmetro para projetos dessa área. Esse cálculo deve considerar a área de cada
tipo de componente que da fachada e suas qualidades acústicas.
O Quadro 21 mostra valores referentes a capacidades de alguns materiais
comumente utilizados em fachadas, de isolar determinadas frequências sonoras,
podendo-se citar como exemplo o vidro simples, que tem baixa capacidade de isolar
o som, mas quando é organizado em duas camadas passa a ter desempenho
superior ao de uma parede de concreto para as frequências de 125Hz e 1KHz. Vale
a pena ressaltar que fabricantes de vidros e policarbonatos devem indicar os valores
de STC de seus materiais, orientando o mercado, lembrando que o sistema de
fixação tem papel decisivo no isolamento acústico de um sistema.66.
Com o intuito de criar parâmetros para avaliar o conforto acústico de uma
construção, a NBR 10152 aponta níveis de ruído para diferentes tipos de utilização
de um edifício. A norma estabelece valores de referência em decibéis (dB), que
medem a intensidade do som, e o NC (Noise Criteria), usado para medir ruídos
internos como de ar condicionado e outros equipamentos67. No Quadro 22, são
66
Banco de dados desenvolvido em um projeto de pesquisa do Departamento de Tecnologia da FAUUSP/ Sequência de Conforto Ambiental. Informações disponíveis em: www.usp.br/fau/deptecnologia/docs/bancovidros/index.html. Acessado em: 03.05.2011 67 Banco de dados desenvolvido em um projeto de pesquisa do Departamento de Tecnologia da FAUUSP/
Sequência de Conforto Ambiental. Informações disponíveis em: www.usp.br/fau/deptecnologia/docs/bancovidros/index.html. Acessado em: 03.05.2011.
136
apontados os limites de ruídos aceitáveis para ambientes internos de um imóvel
residencial, como salas (40 a 50dB) e dormitórios (35 a 45 dB). Assim sendo, ao se
projetar uma residência devem ser utilizados estes dados para garantir o conforto
acústico do usuário.
VALORES DE STC PARA COMPONENTES CONSTRUTIVOS
componente frequência(Hz)
125 250 500 1K 2K 4K
alvenaria ou concreto1600<d<2000 Kg/15cm 35 36 40 46 52 58
bloco de concreto vazado15cm 33 34 35 39 45 51
gesso 12mm 21 26 27 28 29 30
madeira 6mm 5 11 15 17 19 20
chapa de aço 1.5mm 25 31 37 42 46 49
vidro monolítico 3mm 12 17 22 26 27 28
vidro monolítico 6mm 17 23 25 26 27 28
janela de vidro duplo câmara de ar 150mm (vidros de 4mm)
38 35 40 52 48 38
Indicação de valores de STC (dB) (Fonte: Windows Performance, Design and Installation)(ref 5)
Quadro 21: Valores de isolamento acústico (STC) de alguns materiais utilizados em fachadas. Informação disponível em: www.usp.br/fau/deptecnologia/docs/bancovidros/index.html. Acessado em: 05.05.2011.
Locais dB(A) NC
Hospital Apartamentos, Enfermarias, Berçários, Centros Cirúrgicos
35-45 30-40
Escolas Salas de Aula, Laboratórios
40-50 35-45
Residências Dormitórios
Salas de Estar
35-45 40-50
30-40 35-45
Escritórios Salas de Projeto e de Administração
Salas de Computadores
35-40 45-65
30-40 40-60
Quadro 22: Limites de decibéis de ruídos externos e internos. Extraído da NBR 10152
Em edifícios de apartamentos, problemas em relação à questão do conforto acústico
têm sido recorrentes. Barulho de salto, animais de estimação e até conversas dos
137
próprios moradores podem, muitas vezes, ser ouvidos nos outros apartamentos,
provocando desconforto entre vizinhos. Para responder a uma demanda do
mercado, em 2010 entrou em vigor a NBR 15575 que estabelece níveis mínimos
para o isolamento acústico de fachadas, paredes, lajes, pisos, equipamentos,
instalações hidráulicas e sanitárias. A norma exigiu a adaptação do mercado à
necessidade de produtos e sistemas construtivos que propiciassem desempenho
acústico adequado às necessidades dos consumidores.
3.5 Clima, conforto e fachadas
A forma com que uma fachada reage aos estímulos do clima e do entorno da
edificação pode gerar interiores confortáveis ou não. A relação entre clima, fachada
e conforto é primordial para o bom desempenho de uma construção, devendo ser
analisada para que o projeto alcance o sucesso.
A partir do levantamento das informações climáticas relevantes para a arquitetura,
foi elaborado o Quadro 23, no qual são relacionados aspectos do clima e suas
consequências na construção e no conforto ambiental. Os aspectos relativos à
quantidade de radiação solar vão medir a radiação que incide sobre a fachada, os
ângulos de incidência e os horários respectivos, permitindo prever a necessidade de
proteções solares e a melhor orientação, de acordo com o uso do edifício. A
oscilação diária e anual de temperatura e umidade relativa do ar mostra fatores
relativos ao entorno próximo da construção, apontando a influência da umidade, dos
ventos e da sombra, consequências do cenário natural da área, nas variações de
temperatura que vão interferir nos ambientes internos. A nebulosidade do céu
passa informações sobre o tipo de radiação solar, direta ou difusa, que vai incidir
sobre as fachadas e, consequentemente, quanto de calor vai irradiar através das
vedações. Os ventos dominantes informam a direção e a intensidade da
movimentação das massas de ar. Essas informações podem ser utilizadas para se
promover a ventilação natural de ambientes internos. O índice pluviométrico de
uma região tem relação direta com a umidade do ar, dado importante para a
manutenção da temperatura. Esse índice serve também como base para a escolha
de materiais da fachada, visto que a chuva pode ocasionar estragos importantes em
determinados acabamentos utilizados, como o adobe.
138
As informações constantes no Quadro 23 podem ser utilizadas para determinar quais
fachadas devem ser protegidas por anteparo de sombreamento e em que épocas do
ano, além de auxiliar na determinação da posição das aberturas, tanto para o
aproveitamento da luz natural quanto da ventilação.
O Quadro 23 poderia também servir como check-list para o desenvolvimento de
projetos, nos quais cada uma das variáveis climáticas deveria ser analisada, de
acordo com sua consequência para a construção, permitindo que medidas fossem
tomadas para aproveitar ao máximo as influências positivas do clima e minimizar as
negativas.
resultantes do clima
variáveis do clima arquitetura
Qu
anti
dad
e d
e ra
dia
ção
so
lar
Radiação solar A radiação esquenta envoltórias, atravessa vidros, aquece superfícies em geral, que esquentam ambientes internos e externos
Movimento aparente do sol
A trajetória do sol fornece informações ao projetista, que podem ser utilizadas para proteger a construção do excesso de radiação incidente. Para tal, deve-se utilizar o gráfico solar
Longitude e latitude
A latitude vai permitir que se constate qual é a quantidade de radiação recebida no local onde será construído um edifício, informação útil para determinar materiais de vedação e tipo de caixilho e vidro para a habitação
Posição aparente do sol
O sol tem diferentes trajetórias, de acordo com cada estação do ano e com a respectiva variação climática. As diferentes estações podem requerer diferentes soluções técnicas para uma fachada, como brises móveis que se adaptam às diferentes trajetórias do sol durante o ano.
Osc
ilaç
ão d
iári
a e
anu
al d
e te
mp
erat
ura
e u
mid
ade
rela
tiva
do
ar
Distribuição das massas de terra e água
A proximidade de corpos d'água pode acarretar em diminuição da temperatura interna, já que o vento traz a umidade, que "rouba" calor do ar.
Topografia O relevo ao redor de uma construção afeta a trajetória dos ventos e até mesmo a incidência da radiação solar, podendo sombrear o edifício em determinados horários do dia.
Revestimento do solo
O solo coberto com vegetais, então com maior quantidade de umidade, retém mais calor, demorando a liberá-lo e, consequentemente, diminuindo a amplitude térmica da região. Áreas urbanas extremamente pavimentadas tornam o solo seco e com baixa capacidade de reter calor.
139
Umidade atmosférica
A evaporação das águas e a transpiração das plantas resultam na umidade atmosférica, que, também, como a umidade do revestimento do solo, é responsável pela redução do calor em regiões quentes.
Ne
bu
losi
dad
e d
o c
éu
Grau de nebulosidade do ar
A nebulosidade reduz a quantidade de radiação que um edifício pode receber, mas, por outro lado, pode ser responsável pelo aprisionamento do calor, dificultando sua dissipação.
Ven
tos
d
om
inan
tes
Ventos Os ventos são um importante instrumento para refrescar ambientes internos. A ventilação natural é muito eficiente, já que quanto maior a velocidade dos ventos, maior é a evaporação do suor das pessoas que ocupam o espaço. Lembrando que em áreas urbanas é difícil detectar ventos dominantes devido a quantidade de obstáculos.
Índ
ice
plu
vio
mét
rico
Precipitação atmosférica
As chuvas acabam aumentando a umidade do ar e da superfície, sendo importante para o controle da temperatura. Outra questão relativa à arquitetura é a necessidade de a envoltória proteger seus usuários da chuva, devendo proteger também a porção da fachada cujo revestimento apresenta baixa resistência ao contato com a água como, por exemplo, o adobe e o gesso convencional, que "derretem" quando molhados.
Quadro 23: Variáveis climáticas e sua relação com a arquitetura. Desenvolvido pela autora, com base em informações: (FROTA, et al., 2007 pp. 57-65).
Ao se pensar em um projeto arquitetônico, as variáveis climáticas devem considerar
também a interferência humana, já que o homem é responsável por alterações, tanto
no microclima (edifício) quanto no macroclima (região). A ocupação do homem
mudou, com suas construções, o regime dos ventos, elevou a temperatura ambiente,
diminuiu a umidade e criou zonas de sombra permanente.
A fachada tem a função de proteger o ocupante da edificação das variáveis do clima,
devendo garantir que a permanência seja confortável. Mas, para que isso aconteça,
aspectos climáticos devem ser relacionados às características das fachadas, como:
materiais de vedação, sistema de fachada empregado, existência ou não de
proteção solar, tipo de abertura e orientação.
Assim sendo, para que a arquitetura seja eficiente, recomendam-se os seguintes
cuidados: atenção à forma da edificação, que é responsável pela quantidade de
superfície de fachada exposta ao tempo, aumentando ou diminuindo as trocas
térmicas (ROAF, FUENTES e THOMAS, 2001, p. 19); ao material, para que tenha a
140
capacidade de armazenar ou liberar calor, retardando ou acelerando a entrada do
calor no ambiente interno (GOULART, 2005, p. 12); ao posicionamento e tamanho
das aberturas, que permitirão ou não o aproveitamento da luz natural, ou até
mesmo da energia térmica, quando necessário, permitindo, inclusive, a ventilação
natural (LECHNER, 2009, p. 394). É importante destacar que os cuidados acima
estão, na verdade, relacionados à orientação do volume da construção, que
determinará se a fachada será mais ou menos exposta ao sol, de acordo com a
trajetória deste, ou ao vento, permitindo que se distribua o programa da habitação de
acordo com as necessidades de insolação e ventilação de cada uso (FROTA e
SCHIFFER, 2007, p. 18).
Um exemplo da aplicação dessas recomendações à arquitetura, com base em
aspectos climáticos voltados ao desempenho do conforto ambiental, pode ser
observado na casa Beitcher. Projetada pelo escritório W3 Architects, na Califórnia,
EUA (Figura 55), aproveitaram-se diversos aspectos da arquitetura, a fim de que se
dependesse o mínimo possível de energia elétrica para garantir o conforto. A forma
arquitetônica foi projetada com o intuito de melhorar o desempenho da construção.
Em primeiro lugar, a orientação Sul (a mais ensolarada no hemisfério Norte) permite
que as áreas de longa permanência, como dormitórios e salas, receba sol em parte
do dia, deixando, voltados para fachada norte, fria no inverno, as circulações e os
banheiros. O formato em "L" também tem um importante papel no aproveitamento do
sol, como se pode conferir na Figura 54, pois a forma aumentou a quantidade de
superfícies expostas ao sol.
141
Figura 54: Implantação da casa Beitcher, Califórnia, EUA, projeto do escritório W3 Architects. (MINGUET, 2009, p. 212)
O corte presente na Figura 55 mostra a relação entre as aberturas envidraçadas e o
ângulo do sol no inverno (linha amarela) e no verão (linha vermelha), evidenciando o
alcance da luz natural e da radiação nos ambientes internos. Pode-se perceber que
a radiação solar entra mais profundamente na casa no inverno, aquecendo, além de
iluminar o espaço. No verão, a radiação entra apenas alguns centímetros e apenas
no andar inferior. Aberturas localizadas distantes do piso, na fachada norte, recebem
iluminação difusa proveniente da claridade do céu, tanto no pavimento térreo quanto
no superior. Outro aspecto que auxilia no controle da entrada do sol é a árvore
caduca, posicionada de forma a sombrear a casa no verão e permitir a passagem da
radiação no inverno, quando suas folhas caem.
Na Figura 56 é possível observar como a ventilação natural é aproveitada no projeto.
O ar fresco que entra pelas aberturas na fachada percorre o interior e, quando
quente, sofre exaustão por meio de claraboias situadas na cobertura, fazendo
funcionar o efeito chaminé.
inverno-poente
verão-nascer do sol
inverno-nascer do sol
verão-poente
142
Figura 55: Casa Beitcher, Califórnia, EUA, projeto do escritório W3 Architects. (MINGUET, 2009)
Figura 56: Imagem que mostra a circulação do ar e ventilação passiva na Casa Beitcher, Califórnia, EUA, projeto do escritório W3 Architects. (MINGUET, 2009, p. 213)
Em países quentes, as construções devem ser boas dissipadoras de calor, sendo
que essas edificações devem ter uma grande área de superfície de envoltória, para
143
que as trocas de calor com o meio externo sejam facilitadas. As paredes diretamente
atingidas pelo sol devem ser protegidas por longos beirais, varandas, ou qualquer
tipo de proteção que amenize a incidência da radiação solar (ROAF, FUENTES e
THOMAS, 2001, p. 19).
Quando se pensa em fachadas envidraçadas, em países quentes, como o Brasil, a
atenção deve ser maior. O vidro é um material que pode causar problemas de
superaquecimento quando aplicado indiscriminadamente. O vidro comum deixa a
radiação solar (onda curta) entrar, mas não permite que as ondas longas saiam,
provocando o acúmulo de calor no interior, fenômeno conhecido como efeito estufa
(LAMBERTS, DUTRA e PEREIRA, 1997, p. 36). Para tanto, informações relativas à
trajetória do sol e às características físicas do vidro são de grande importância, pois
determinam o quanto de calor e luz entrará pela fachada envidraçada, permitindo
que se avalie o impacto sobre o conforto térmico e a necessidade de uso de
componentes de sombreamento.
O grande desafio dos arquitetos está em produzir um ambiente que não crie tensões
negativas nos mecanismos compensatórios do corpo humano, portanto um clima
interno que não sobrecarregue o organismo (OLGYAY, 1998, p. 17). A arquitetura
deve permitir que seus usuários desempenhem suas atividades de forma eficiente,
sem fadiga, e com o mínimo consumo de energia.
3.6 Considerações finais sobre o capítulo
O clima gera conflitos entre as necessidades de conforto do ser humano e a
arquitetura. As fachadas são o meio para que o interior se relacione com o exterior e,
para que essa relação seja positiva para os ocupantes do espaço, a combinação
entre a estrutura e a vedação, que compõem as fachadas, deve permitir que se
aproveite a luz natural, o controle à entrada e saída de calor e o isolamento acústico.
A chave para o bom funcionamento de um sistema de fachadas, diante das
dificuldades impostas pelo clima, está em criar uma composição na qual a estrutura
e a vedação reajam de forma positiva ao vento, às chuvas, às fontes de ruídos e à
radiação solar, sem comprometer o equilíbrio do clima interno, e independente de
equipamentos mecânicos.
144
No Quadro 24 busca-se criar inter-relações entre o clima, a arquitetura e o conforto
ambiental, para que se possam estipular medidas aplicáveis a um projeto, que
estejam de acordo com a demanda do clima local, tanto quanto das necessidades
de conforto do público usuário da edificação, por exemplo: a trajetória solar que
incide sobre uma fachada de um edifício vai interferir na indicação do tamanho de
janelas, de maneira a garantir insolação suficiente para assegurar o conforto do
usuário, apontando para a necessidade ou não de proteções solares.
conforto ambiental clima arquitetura
conforto térmico
ventilação natural
direção e intensidade dos ventos
orientação e tamanho das aberturas; efeito chaminé
insolação
trajetória solar, intensidade da radiação e nebulosidade
orientação e tamanho das aberturas, materiais de vedação, superfícies envidraçadas e proteções solares
iluminação natural radiação solar
orientação e tamanho das aberturas, superfícies envidraçadas e proteções solares
conforto acústico materiais de fachadas e vedações
Quadro 24: inter-relações entre arquitetura, clima e conforto ambiental. Elaborado pela autora.
4. Eficiencia energética
O descompasso entre a disponibilidade das fontes de energia e o consumo já
acontece há muitos séculos. A dependência de uma única forma de energia pode
acarretar no esgotamento da mesma, podendo provocar o desaparecimento de toda
uma população, como o exemplo da Ilha de Páscoa, no século XVIII. No caso da
Ilha de Páscoa, toda a madeira existente em seu território foi utilizada como material
de construção de casas e embarcações, ou como combustível, provocando o
desmatamento e a escassez dos recursos naturais, essenciais à sobrevivência
humana, fazendo com que a população fosse dizimada (DIAMOND, 2006, p. 105-
152). Outro exemplo, que demonstra a importância da conscientização a respeito da
necessidade de manutenção de recursos, ocorre no Japão. Os japoneses também
tinham grande dependência da madeira, tanto como material quanto como fonte de
145
energia. Logo se constatou que o desmatamento traria consequências graves à
população, por esse motivo, ainda no século XVII, o governo local estipulou regras
para o corte das árvores, garantindo a manutenção do recurso e evitando o colapso
da civilização japonesa (DIAMOND, 2006, p. 363).
O raciocínio de gestão dos recursos naturais aplicados pelos Japoneses, já no
século XVII, está em consonância com o Relatório Brundtland de 1987, que
descreve o desenvolvimento sustentável como desenvolvimento que não
compromete as necessidades das gerações futuras, baseando-se na manutenção
dos recursos naturais (EDWARDS e TURRENT, 2000, p. 19). Eficiência em relação
ao uso de recursos naturais não é sinônimo de impacto ambiental zero, mas, sim, a
preocupação em não exaurir os recursos naturais, permitindo a sobrevivência das
próximas gerações (EDWARDS e TURRENT, 2000, p. 20).
Sem entrar no mérito da questão da sustentabilidade, mas buscando conceitos
comuns à eficiência energética, o Relatório Brundtland é um importante documento
que foi utilizado para criar políticas relativas ao consumo de energia. O governo
holandês, já em 1974, publicou sua primeira política energética e passou a subsidiar
projetos de edificações eficientes energeticamente. A Holanda foi o primeiro país a
adotar os princípios do relatório Brundtland, de 1987, formando a base das políticas
energéticas e do planejamento, resultando em uma política de sustentabilidade
(COUSINS, 2009, p. 19).
A criação de políticas relativas ao consumo de energia é consequência de um
consumo em descompasso com a produção. Após a segunda Guerra Mundial houve
grandes avanços tecnológicos, que permitiram que o conhecimento sobre o clima
fosse "substituído" por máquinas, como as de ar condicionado e de iluminação
natural, que garantiam o conforto dos usuários (CORBELLA e YANNAS, 2003, p.
16), gerando grande dependência da energia para manter funcionando os edifícios,
resultando em alto consumo, o que foi viável, em tempos de energia barata, mas
passou a ser proibitivo quando, na década de 1970, com a crise do petróleo,
percebeu-se a fragilidade desse tipo de abastecimento. A partir daquele momento,
passou-se a questionar o modelo de consumo em vigência até então.
146
A dependência da energia, relatada no parágrafo anterior, assim como o receio de
uma queda no abastecimento e o impacto ambiental68 dos meios de produção de
energia levaram à busca de novas alternativas de fornecimento. Passou-se a
estudar energias de fontes renováveis ou a buscar o desenvolvimento de
equipamentos mais eficientes, que produzam mais com menos energia. A eficiência
energética tem se tornado um dos principais motes da construção civil nos últimos
anos, por conta da necessidade de se preservarem as fontes não renováveis de
energia, que não têm acompanhado o ritmo de crescimento da atividade humana na
Terra.
O Dicionário Houaiss da Língua portuguesa define a palavra eficiência como:
"virtude ou característica de (uma pessoa, um maquinismo, uma técnica, um empreendimento etc.) conseguir o melhor rendimento com o mínimo de erros e/ou de dispêndio de energia, tempo, dinheiro ou meios" 69
Tal definição geral sobre a palavra ―eficiência‖ enquadra-se perfeitamente no
conceito aplicado à arquitetura. A eficiência energética, na arquitetura, nada mais é
do que a obtenção do maior rendimento possível, aproveitando os recursos
existentes, sem que haja desperdício. O ASHRAE (2009, p. 35.5) define eficiência
energética como: atingir o desempenho desejado com o mínimo de energia possível.
Em um edifício residencial, a energia é utilizada para diversos propósitos, como para
a ventilação, a refrigeração e o aquecimento da água. Todo tipo de equipamento e
de utensílios domésticos necessita de eletricidade para funcionar. Normalmente
quando se fala de eficiência energética em edifícios, considera-se a energia
necessária para aquecimento, refrigeração, iluminação e bombas d'água.
Equipamentos móveis como computadores e telefones, que caracterizam demandas
flutuantes, ficam fora das estimativas (LAUSTSEN, 2008, p. 8).
68 Relatórios do WWF mostram o impacto da atividade humana sobre o meio ambiente, a pegada ecológica
68
aumentou três vezes, desde 1961, e superou em 25% a capacidade da terra se regenerar, além da perda da biodiversidade. Um dos aspectos que mais aumenta a pegada ecológica é a forma de se produzir e consumir energia. A dependência de combustíveis fósseis para gerar energia continua a crescer, junto com as emissões de gazes estufa. Parte significativa da pegada ecológica é causada pelos edifícios, cerca de 40% da energia produzida no mundo é utilizada para aquecer ou resfriar e iluminar construções (SCHULER, 2009, p. 131).
69Definição disponível em: http://houaiss.uol.com.br/busca.jhtm?verbete=efici%EAncia&x=0&y=0&stype=k.
Acessado em: 04.02.2011
147
As pessoas estão interessadas na utilidade e no conforto proporcionados pela
energia elétrica70, como a claridade que a luz artificial proporciona, as facilidades
oferecidas pelo computador e por eletrodomésticos em geral, o aquecimento de
água e outros. A cada dia se tem mais equipamentos dependentes de energia em
uma residência e, assim sendo, para alimentá-los, há que se baixar o custo para o
menor possível, evitando inviabilizar sua utilização. O consumidor costuma pensar
em eficiência energética como um investimento para poupar dinheiro em curto prazo,
tendo retorno do investido em pouco tempo. Os edifícios têm potencial para
economizar energia durante sua vida útil (LAUSTSEN, 2008, p. 11).
Lamberts, Dutra & Pereira (1997, p. 55) ressaltam que o uso de um edifício pode ser
responsável por diferentes comportamentos energéticos. Um edifício comercial tem,
durante o dia, o auge de sua ocupação e consumo, enquanto uma residência
normalmente é habitada predominantemente durante a noite. Num edifício
comercial, as pessoas trabalham sujeitas aos efeitos do calor do sol, além do calor
emitido por luminárias e equipamentos como os computadores, por exemplo, calor
este normalmente amenizado pelo ar condicionado. Desse modo, um edifício
residencial deve ter um projeto diferente do comercial, devido aos seus diferentes
períodos de utilização e equipamentos utilizados, levando-se sempre em conta as
variações locais do clima.
As tradições construtivas espalhadas pelo mundo deveriam estar adaptadas aos
recursos disponíveis localmente e ao clima, com o intuito de alcançar o conforto com
base no que há no local, sem a dependência de grandes quantidades de energia. O
Estilo Internacional, juntamente com o racionalismo pregado pelo movimento
moderno, surgido no início do século XX, tornou-se sinônimo de sucesso, por ser
cosmopolita e expressar poder e riqueza por meio de seus edifícios cobertos de
vidro. Tal estilo deixou de lado completamente os métodos para uma construção
com eficiência energética que explorasse a energia local (BILOW, 2009, p. 80),
fazendo que a arquitetura se afastasse dos objetivos que, hoje em dia, são tão
importantes para a sociedade de maneira geral e, de maneira particular, para a
própria arquitetura.
70
Energia elétrica que pode ser de origem hidroelétrica, termoelétrica, nuclear, solar, eólica, entre outras, cada uma com seus impactos e custos de produção.
148
Christian Schittich (2006, p. 9) vê a fachada como um elemento que deveria reagir
às condições do ambiente externo, apoiando-se nos conceitos de eficiência
energética. Para tal, poderiam até ser incluídos nas fachadas: venezianas, brises
móveis, fachadas duplas de vidro que contenham mecanismos de sombreamento e
proteção ao ofuscamento, redirecionamento da luz natural, assim como dispositivos
para o armazenamento de calor e de energia.
Como todo projeto arquitetônico é suscetível ao clima, o edifício passa a ser
intermediário entre a demanda e o suprimento de energia. O conceito pode ser visto
como a síntese entre conforto e eficiência energética no projeto de edifícios, e deve
estar integrado a soluções de desenho, para que se alcancem edifícios mais
sustentáveis, confortáveis e saudáveis (VAN TIMMEREN, 2009, p. 59). Desse modo,
a relação do projeto arquitetônico com o clima local estipula, além do conforto
ambiental, a necessidade de energia para se manter um edifício em operação.
Além de componentes para fachadas, é importante ressaltar a importância dos
materiais utilizados nas fachadas, que têm papel importante na manutenção da
eficiência energética. Novos materiais, com características flexíveis, que se adaptam
às mudanças do ambiente externo, têm possibilitado que as fachadas se tornem um
mecanismo proativo em relação às alterações ambientais, buscando a eficiência,
tanto energética quanto de conforto.
A abordagem do projeto arquitetônico eficiente energeticamente deve abranger uma
redução das cargas necessárias para manter o edifício funcionando, e prover
componentes eficientes, que sejam manejáveis sem complicações pelos usuários.
De preferência, a eficiência energética deve ser planejada junto com o projeto da
edificação, facilitando a incorporação de sistemas que promovam a otimização do
consumo energético (ASHRAE Handbook—Fundamentals/ American Society of
Heating, Refrigerating and Air-, 2009, p. 35.5).
Quando um projeto considera o uso de energias renováveis71 desde o processo
construtivo, o produto final pode ser mais econômico pelo fato de consumir menos
recursos naturais e menos energia. Eficiência na utilização de recursos naturais
pode trazer muitos benefícios à sociedade, visto que pode diminuir a poluição, o que
se reflete na saúde das pessoas, além de gerar maior conforto e aumentar a
produtividade dos usuários dos edifícios. Menor consumo energético gera menos
71
O conceito de energias renováveis será detalhado mais adiante, neste capítulo
149
gastos com infraestrutura de geração e distribuição de energia, diminuindo a
necessidade de investimentos em novas barragens e usinas.
4.1 O consumo de energia no Brasil
O consumo de energia é base para o desenvolvimento econômico de um país, pois
é sabido que sem energia não há indústria, e que a qualidade de vida das pessoas
sofre uma queda, sem os confortos gerados pela energia (luz artificial, refrigeração e
eletrodomésticos). Entender como é distribuído o consumo pode auxiliar no
levantamento de informações sobre o papel da arquitetura quanto ao consumo
energético, ampliando as possibilidades de se alcançar a eficiência energética
através da arquitetura.
O Gráfico 8, Gráfico 9 e Erro! Fonte de referência não encontrada. ilustram o panorama do
consumo e da produção de energia no Brasil. Respectivamente, esses gráficos
apresentam dados relativos ao consumo: por ramo de atividade, quanto à
participação dos eletrodomésticos no consumo residencial e, por último, relativos à
participação das diferentes matrizes energéticas.
O Gráfico 8 apresenta a divisão do consumo energético por atividade no Brasil, no
ano de 2008. Em primeiro lugar, representando o maior consumo, encontra-se o
setor industrial, com 46,1% do consumo total de energia. As residências ocupam o
segundo lugar, com 22,3%, pouco mais de um quinto de toda a energia consumida
no Brasil, mostrando o peso das habitações em relação ao consumo energético. A
somatória do consumo das residências, dos edifícios comerciais e dos edifícios
públicos perfaz 45% de toda a energia utilizada, evidenciando o papel das
construções na eficiência energética.
Percebe-se, hoje em dia, um movimento em direção a uma mudança do setor, no
que diz respeito à postura projetual, no caso dos edifícios de escritórios, com o
intuito de melhorar a eficiência energética, sendo crescente o número de
construções, inclusive no Brasil, com certificações ambientais como o LEED. Até
mesmo o PROCEL criou um selo de eficiência energética para edifícios
150
comerciais72. Em edifícios residenciais brasileiros, porém, dificilmente se encontram
edificações certificadas.
O Gráfico 9, mostra como a energia é utilizada nas residências, podendo-se
perceber que o grande vilão é o chuveiro elétrico, representando 24% do consumo.
O governo paulista buscou, com a lei nº 14 459, estimular o uso de energias
alternativas para o aquecimento de água nas residências, diminuindo o consumo
energético. A lei nº 14 459, da cidade de São Paulo, determina que as novas casas,
que tenham a partir de três banheiros, devem ter o sistema solar de aquecimento de
água instalado. Leis semelhantes têm sido implantadas por todo o país. Aos poucos,
os aquecedores solares de água vêm se popularizando, fazendo parte da
conscientização da população sobre a importância de se reduzir o consumo
energético.
Gráfico 8: Consumo por setor de atividade de energia elétrica (Balanço Energético Nacional - 2008) Disponível em: http://www.eletrobras.com/pci/main.asp?View={0B8C637C-B14D-4E29-BAF2-E0E1A4459826}&Team=¶ms=itemID={89AB0077-F683-4FCB-90D4-5852F3F660F5};&UIPartUID={05734935-6950-4E3F-A182-629352E9EB18}. Acessado em: 27.01.2011
72
Em 2011 o PROCEL criou uma etiqueta para eficiência energética para edifícios residenciais, mas o alcance ainda é limitado devido ao seu caráter voluntário. Mais informações neste capítulo, no item PROCEL.
151
Gráfico 9: distribuição do consumo energético residencial relativo aos eletrodomésticos
Disponível em: www.eletrobras.com/pci/main.asp?View={0B8C637C-B14D-4E29-BAF2-E0E1A4459826}&Team=¶ms=itemID={89AB0077-F683-4FCB-90D4-5852F3F660F5};&UIPartUID={05734935-6950-4E3F-A182-629352E9EB18}. Acessado em: 27.01.2011
Ao se analisar o Gráfico 9 é possível constatar que 58% da energia elétrica
consumida no âmbito residencial concentra-se nos seguintes itens: chuveiro elétrico,
ar condicionado e iluminação. Os três equipamentos poderiam ter seu consumo
reduzido, caso fossem utilizados artifícios arquitetônicos. O chuveiro elétrico poderia
ser substituído por um sistema de aquecimento solar de água, incorporado a
envoltória do edifício. O ar condicionado poderia ser evitado, ou pelo menos ter sua
utilização reduzida, caso o projeto utilizasse artifícios em suas fachadas para
alcançar passivamente o conforto ambiental, respeitando as características locais do
clima e privilegiando a ventilação natural, utilizando dispositivos de sombreamento e
fechamentos de grande inércia térmica ou de controle solar (vidros). Aberturas bem
projetadas podem maximizar o aproveitamento da luz natural, evitando que
lâmpadas sejam acesas durante o dia.
4.2 PROCEL
PROCEL é o Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica, criado pelo
Ministério de Minas e Energia, em meados da década de 1980, com o intuito de
racionalizar a produção e o consumo de energia elétrica, visando eliminar o
desperdício e reduzir os custos e os investimentos em novas usinas. O PROCEL
tem fornecido, desde a década de 1990, selos para eletrodomésticos, atestando sua
152
eficiência energética73. A partir de 2009 tem se enveredado no campo da construção
civil, buscando classificar edifícios quanto à sua eficiência energética. Essa
classificação de edifícios residências tem se baseado em características da
envoltória, principalmente em relação a transmissão e absorção de calor dos
materiais utilizados nas fachadas.
Os edifícios no Brasil, sejam de uso residencial, comercial ou público, têm consumo
estimado, tanto para sua manutenção como para a operação, de 50% de toda a
energia produzida no país, segundo a Eletrobrás74. Por tal motivo, o PROCEL criou
o Procel Edifica, voltado à Eficiência Energética das Edificações. Em um primeiro
momento, foi lançado o selo de eficiência para edifícios comerciais e, no final de
2010, o selo para edifícios residenciais.
O Procel Edifica tem como metas: melhorar a capacitação profissional e técnica dos
trabalhadores da área da construção civil dentro da realidade nacional; melhorar a
qualidade e a eficiência das construções no país; exigir a inserção nos cursos de
engenharia e arquitetura dos conhecimentos sobre bioclimática; popularizar os
conceitos de eficiência energética e conforto ambiental entre os profissionais da
construção e urbanismo; e, por último, apoiar a implantação da Lei de Eficiência
Energética (Lei 10.295/200175), com foco nas Edificações Brasileiras, adequando os
Códigos de Obras e Planos Diretores de todo o país à nova realidade energética76.
O decreto 4.05977 de 19 de dezembro de 2001 institui que os níveis máximos de
consumo energético de máquinas, assim como de edificações construídas em solo
nacional, deverão ser estabelecidos por indicadores técnicos estabelecidos por um
Comitê Gestor de Indicadores e Níveis de Eficiência Energética (CGIEE).
Com o objetivo de criar um Programa Brasileiro de Etiquetagem que ateste o nível
de eficiência energética de edificações residenciais, sejam elas unifamiliares ou
multifamiliares (INMETRO, 2010, p. 15), foi criado o Decreto 449/ 2010. Este
especifica requisitos técnicos e métodos para classificação de edificações
residenciais quanto à eficiência energética, nos quais devem ser respeitadas as
73
Informações disponíveis no site da Eletrobrás: www.eletrobras.com. Acessado em: 02.02.2011 74
Informações disponíveis no site da Eletrobrás: www.eletrobras.com. Acessado em: 02.02.2011 75
Lei disponível em: www.planalto.gov.br/ccivil_03/Leis/LEIS_2001/L10295.htm. Acessado em: 02.02.2011. A Lei fala principalmente de equipamentos mecânicos que devem respeitar limites de consumo estipulados pelo Governo. 76
Informações disponíveis no site da Eletrobrás: www.eletrobras.com. Acessado em: 02.02.2011 77
Decreto disponível na íntegra em: www.labeee.ufsc.br/arquivos/publicacoes/dec20014059.pdf . Acessado em: 04.02.2011
153
normas da ABNT. Dentro do Decreto 449/ 2010, o parâmetro para avaliar as
habitações, sob a ótica energética, utiliza como padrão as unidades habitacionais
autônomas78 (UH). Tais unidades correspondem tanto a uma unidade unifamiliar
quanto a uma unidade dentro de um edifício multifamiliar.
A etiqueta que avalia a eficiência energética em edifícios residenciais chama-se
RAC-R (Requisitos de Avaliação da Conformidade para o Nível de Eficiência
energética de Edificações Residenciais), e atualmente a adesão é voluntária. Para a
obtenção do RAC-R, deve ser solicitado ao orgão competente que o projeto ou a
edificação existente seja avaliado (INMETRO, 2011).
Não há restrição para edificações existentes, sendo que a vistoria acontece para
atestar a eficiência do edifício. No caso de edifícios novos, estes são avaliados em
duas etapas: primeiramente o projeto é avaliado e, após a conclusao da obra, já com
o alvará de conclusão ou com a ligação definitiva de luz e gás, mas antes da entrega
das chaves, uma outra avaliação é feita. Nessa segunda etapa são examinadas
separadamente as unidades habitacionais, a edificação multifamiliar e as áreas de
uso comum (INMETRO, 2011).
A avaliação do PROCEL sobre eficiência energética da construção residencial
baseia-se principalmente na envoltória e suas características, como transmitância
térmica79; capacidade térmica80 e absorbância81 solar, aspectos diretamente
relacionados à Zona Bioclimática na qual a construção se localiza. A discordância
com esse aspecto implica em conceito E. A classificação das construções
habitacionais varia entre o A (eficiente) e o E (ineficiente).
A Figura 57 apresenta um exemplo de etiqueta de conservação de energia para as
zonas climáticas de 1 a 4, que englobam parcialmente as regiões sul e sudeste.
Pode-se perceber que a avaliação basicamente considera a envoltória, tanto no
verão quanto no inverno, e o sistema de aquecimento de água. Talvez esses pontos
78
Unidade Habitacional Autônoma (UH) é um "bem imóvel destinado à moradia e dotado de acesso independente, sendo constituído por, no mínimo, banheiro, dormitório, cozinha e sala, podendo, estes três últimos, serem conjugados. Corresponde a uma unidade de uma edificação multifamiliar (apartamento) ou a uma edificação unifamiliar (casa)". (BRASIL, 2010 p. 14) 79
A transmitância térmica é a transmissão de calor, em unidade de tempo, e através de uma área de uma parede ou vidraça externa ou cobertura, incluindo as resistências superficiais interna e externa, que acontecem devido à diferença de temperatura entre dois ambientes (BRASIL, 2010 p. 13). 80
Capacidade térmica é a quantidade de calor necessária para variar um sistema em uma unidade de temperatura. (BRASIL, 2010 p. 6) 81
Absortância é o resultado da divisão entre a taxa de radiação solar absorvida, pela taxa de radiação solar incidente sobre a mesma superfície. A absortância é utilizada apenas em relação a elementos opacos, excluindo, por exemplo, as partes envidraçadas das aberturas. (BRASIL, 2010 p. 4)
154
tenham se tornado alvo de análise porque, somados os consumos de energia
elétrica referentes a aparelhos de ar condicionado e chuveiro elétrico, o resultado
alcança 42% do total consumido em habitações no Brasil.
Dentro da questão da envoltória são analisados dados sobre as paredes internas,
externas e cobertura. Todos eles têm os seguintes quesitos observados:
transmitância térmica, capacidade térmica e absorbância. Outros fatores analisados,
inerentes à fachada, são as aberturas quanto tipo, quantidade e área da abertura,
abertura para a ventilação, abertura para iluminação, tipo de vidro e se há
sombreamento (planilha de avaliação no anexo A).
Existem também bonificações que podem melhorar a classificação do edifício. Entre
elas estão: a ventilação natural; a iluminação natural; o tipo e modelo de
condicionador de ar, quando houver; a iluminação artificial (características
econômicas dos modelos utilizados); os ventiladores de teto (características
econômicas dos modelos utilizados); os refrigeradores (características econômicas
dos modelos utilizados); e a medição individualizada de água quente.
Figura 57: Exemplo de etiqueta para edifício residencial das zonas climáticas de 1 a 4 Disponível em: www.inmetro.gov.br/legislacao/rtac/pdf/RTAC001680.pdf . Acessado em: 31.03.2011
155
Essa classificação do nível de eficiência de unidades habitacionais autônomas (UHs)
é o resultado da Equação 1, na qual as variáveis contemplam coeficientes relativos
ao clima (a), ao desempenho térmico da envoltória (EqNumEnv), aos sistemas de
aquecimento de água (EqNumAA) e às Bonificações que são componentes do
projeto, que proporcione maior eficiência energética da edificação. As variáveis são
descritas no Quadro 25.
Equação 1 que atesta o nível de eficiência energética da unidade habitacional. (BRASIL, 2010 p. 17)
PTuh Pontuação total do nível de eficiência da unidade habitacional
autônoma.
a Coeficiente adotado de acordo com a região geográfica em que a
edificação está localizada, no caso da cidade de São Paulo utilizar o
valor 0,65.
EqNumEnv Número que representa o desempenho térmico da envoltória da
unidade habitacional autônoma ventilada naturalmente. Este pode
também ser relativo ao desempenho para resfriamento, para
aquecimento ou para ambientes condicionados artificialmente.
EqNumAA Número que representa a eficiência do sistema de aquecimento de
água utilizado na construção.
Bonificações Pontuação atribuída a componentes ou a projeto que aumentem a
eficiência da edificação. As bonificações podem ser a utilização de
iluminação e/ou ventilação naturais, medição individualizada de
água e/ou luz, uso racional da água, entre outros.
Quadro 25: descritivo das variáveis da Equação 1 (BRASIL, 2010 p. 17)
O aquecimento de água, conforme visto anteriormente neste capítulo, é um dos
grandes vilões do consumo energético residencial brasileiro. O chuveiro elétrico é
responsável por 24% de todo o consumo energético, no âmbito residencial, e, desse
modo, é de suma importância a inclusão de uma variável que mostre como é feito o
aquecimento da água na edificação em questão, para que se possa garantir a
eficiência de um projeto. O segundo ponto crítico do consumo é o condicionamento
156
de ar, com 20% do consumo total, sendo que este ponto está intimamente ligado às
características da envoltória, que tem a função de controlar a entrada de calor ou frio
na edificação, e também com o clima, outra variável da equação.
Ao se observar a equação que determina a classificação de eficiência, percebe- se a
presença de variáveis que contemplam o clima local, características da vedação
externa e do sistema de aquecimento de água. Na análise dos cálculos estipulados
pelo programa Edifica, do PROCEL, não foram encontradas variáveis que
permitissem a avaliação de orientações diferentes das Norte, Sul, Leste e Oeste, o
que dificulta a precisão em edifícios orientados com ângulos diferentes. Mesmo
assim, o programa Edifica é um primeiro passo importante para vincular eficiência
energética às fachadas.
Em São Paulo, capital, apenas dois empreendimentos passaram pela avaliação para
obter a etiquetagem do PROCEL: o Flex Guarulhos e o Moai82, ambos da
construtora Tecnisa. O Flex Guarulhos recebeu conceito C para todas as unidades,
independente da orientação, em relação à envoltória para verão, e conceito B para
envoltória de inverno. Já o Moai teve variação de notas, de acordo com a orientação
das unidades habitacionais. Unidade com orientação Norte, Oeste e Sul e unidades
orientadas para noroeste, Leste e Sul tiveram conceito A, tanto no verão quanto no
inverno. As unidades com orientação Norte tiveram conceito C, no verão, e B para
envoltória de inverno.
No site de ambos os empreendimentos não foram encontradas referências à
etiqueta em questão, não havendo exploração comercial da questão da eficiência do
edifício quanto à conservação de energia.
4.3 Energia renovável: energia fotovoltaica
A crescente preocupação com o esgotamento das fontes de energia oriundas dos
combustíveis fósseis aumentou o empenho dos cientistas em buscar novas formas
de obtenção de energia. Outro fator que vem estimulando a inclusão de energias
renováveis é a questão das emissões de dióxido de carbono (CO²), gases
82
A classificação dos edifícios avaliados está disponível em: www.labeee.ufsc.br/sites/default/files/images/projetos/etiquetagem/etiquetagem_residencial_etiquedados_3.png. Acessado em: 25.04.2011
157
responsáveis pelo efeito estufa (aquecimento global) (VAN DIJK e KHALIL, 2009, p.
22).
As energias renováveis são: Energia eólica, Energia Solar, Energia gerada pela
água (hidroelétricas), Energia geotérmica e Energia gerada por ondas/marés. Com
exceção da energia solar e eólica, todos os tipos de energia renováveis precisam ser
transportadas de um ponto específico até o ponto de consumo, como é o caso da
energia produzida em Itaipu, que é distribuída a partir de Foz de Iguaçu para parte
do Brasil e Paraguai, por meio de linhas de transmissão.
Segundo Lechner (2009, p. 178), a energia ideal deveria deter as seguintes
características: ser renovável; não poluente; ser segura para as pessoas e para o
planeta; oferecer alto grau de eletricidade, sendo útil para qualquer propósito; ser
silenciosa; de produção local, sem necessidade de transportá-la; o pico de produção
deveria acontecer junto ao pico de consumo; possível de ser produzida pela
envoltória (fachadas e cobertura) dos edifícios, utilizando novos materiais; ser de alta
confiabilidade; sem partes móveis; sem necessidade de manutenção, modular;
oferecer baixo custo operacional; baixo custo de implantação; e ser de fornecimento
ininterrupto.
O foco deste trabalho são as fachadas envidraçadas de edifícios residenciais,
portanto, serão detalhadas as formas de obtenção de energia renovável, seja ela
térmica ou elétrica, que possam acontecer através do vidro aplicado em fachadas.
As demais fontes de energia renováveis, incorporáveis à arquitetura, como a eólica,
não serão detalhadas por não utilizarem o vidro como meio de geração.
A energia solar pode ser aproveitada de forma ativa ou passiva. No caso do uso
passivo, partes da construção, como as fachadas, têm a responsabilidade de coletar,
armazenar e distribuir a energia solar que incide sobre essa parte do edifício, tudo
isso sem a implementação de dispositivo tecnológico (KRIPPNER, 2006, p. 47). Por
exemplo, o calor recebido pela alvenaria de vedação é direcionado de acordo com a
massa do material que constitui essa alvenaria. O uso ativo, por sua vez, requer
artifício técnico para promover a absorção, distribuição e até mesmo o
armazenamento da energia proveniente do sol, como coletores solares de água
quente e até mesmo as placas fotovoltaicas (KRIPPNER, 2006, p. 47) ou células
fotovoltaicas incorporadas a vidros . Existem também os coletores de calor utilizados
para o aquecimento do ar.
158
O efeito fotoelétrico foi descoberto em 1839, por Becquerel, mas apenas em 1954 o
laboratório Bell desenvolveu a primeira célula cristalina de silício (LECHNER, 2009,
p. 178). Os sistemas fotovoltaicos de produção de energia foram criados na década
de 1950, mas inicialmente o custo era proibitivo, sendo usados apenas em naves
espaciais e lugares muito remotos. Nas últimas décadas, o preço caiu
consideravelmente e a eficiência melhorou, tornando-os competitivos no mercado de
energias renováveis (EDWARDS e TURRENT, 2000, p. 52). Os painéis fotovoltaicos
começaram a ser comercializados na década de 1970, mas foi na década de 1990
que passaram a se popularizar (ROAF, FUENTES e THOMAS, 2001, p. 166).
As células fotovoltaicas, ou células solares (constituídas de material semicondutor –
silício), convertem a luz do sol em energia elétrica de corrente contínua (DC), que
será transformada em corrente alternada (AC), com frequência de 50Hz, para
utilização nos equipamentos domésticos (KRIPPNER, 2006, p. 50). Os sistemas de
produção de energia solar normalmente estão conectados a uma rede que funciona
como armazenadora de energia ou, então, o excedente é armazenado em baterias
(KRIPPNER, 2006, p. 51), pois a produção ocorre em momentos diferentes aos
horários de pico de consumo.
Sistemas fotovoltaicos são modulares, portanto permitem ampliações, além de servir
para fornecer energia para edifícios dos mais diversos portes. Como esse tipo de
produção de energia funciona em pequena escala, a produção não precisa ser
grande, como nas usinas, para ser rentável, sendo que até mesmo residências
podem ser autossuficientes em energia, utilizando a fotovoltaica (ROAF, FUENTES
e THOMAS, 2001, p. 165).
A estrutura mais comum das placas fotovoltaicas é em forma de sanduíche de
materiais semicondutores, como o silício, em uma grande área de diodos (dispositivo
eletrônico semicondutor83) – vide Figura 58. Na presença de luz, uma carga elétrica
é gerada nas ligações entre os materiais semicondutores e os diodos, mais ou
menos como ocorre nas baterias, nas quais a reação acontece entre anodos e
catodos – vide detalhe da Figura 58. A corrente elétrica criada é transferida da célula
fotovoltaica para um gride de metal ligado à célula, e as ligações na parte de trás da
célula completam o circuito. Há uma camada antirreflexo, para minimizar a luz do sol
refletida (ROAF, FUENTES e THOMAS, 2001, p. 166).
83
Informação disponível em: www.lsi.usp.br/~eletroni/milton/diodos.htm Acessado em: 14.10.2009
159
Figura 58: Placa fotovoltaica Imagem disponível em: www.actewagl.com.au/education/energy/renewableenergy/solarenergy/howsolarcellswork.aspx. Acessado em: 14.10.2009.
As células solares têm fator de eficiência relativamente baixo, e dependem do tipo
de material empregado. Por exemplo, as células de silício convencionais aproveitam
apenas algo em torno de 28% da radiação solar para transformar em energia. Os
fatores que influenciam o desempenho das células solares são: em primeiro lugar a
quantidade da radiação que a atinge, a superfície do coletor e a temperatura da
célula84 (KRIPPNER, 2006, p. 51).
Como a produtividade das células ainda é restrita, a quantidade de radiação
disponível é importante para tornar o sistema viável, produzindo a quantidade de
energia necessária. A cidade de Freiburg, na Alemanha, tem investido maciçamente
no emprego da energia solar, mas sua participação no total da energia consumida
ainda é menor do que 10%. A cidade recebe 1,117 kWh/m² por dia85 de radiação,
84
A temperatura da célula influi na produtividade, porque o excesso faz com que o sistema tenha queda na eficiência. 85
Informações disponíveis em: www.solarregion.freiburg.de/solarregion/freiburg_solar_city.php. Acessado em: 31.05.2011
160
enquanto a média, em São Paulo, é de 3,96 kWh/m²86, assim sendo, São Paulo tem
potencial 154% maior de produzir energia solar do que Freiburg.
Segundo Lechner (2009, p. 178), atualmente, mesmo em dias nublados, é possível
produzir energia por meio de células solares. A radiação pode ser direta ou difusa,
ambas úteis para a produção de energia. Na Europa, por exemplo, mais de 50% da
radiação total anual é difusa, sendo que essa porcentagem pode ser maior em áreas
urbanas, devido à nebulosidade (KRIPPNER, 2006, p. 47).
A utilização da energia solar depende de dois aspectos arquitetônicos: se a
superfície é ensolarada e se há ausência de sombras sobre as superfícies
produtoras de energia. Painéis fotovoltaicos têm sido incorporados em materiais de
construção como cerâmica para telhado, telas decorativas e vidros (Figura 4),
funcionando como acabamento e produzindo energia (ROAF, FUENTES e
THOMAS, 2001, p. 167). A flexibilidade na aplicação das células fotovoltaicas em
materiais comuns de construção gera uma total integração com o projeto
arquitetônico. A Figura 60 mostra exemplo de placa fotovoltaica colorida utilizada
como revestimento de fachada.
Figura 59: A Universidade Nacional da Austrália desenvolveu, junto com a UNSW (University of New South Wale), uma nova tecnologia chamada Silver, que utiliza 90% menos de silício do que nas placas fotovoltaicas comuns. Imagem disponível em: www.rise.org.au/info/Tech/pv/index.html Acessado em: 14.10.2009
86
Cálculo efetuado através de: www.cresesb.cepel.br/sundata/index.php#sundata. Acessado em: 31.05.2011
161
Figura 60: Painéis solares coloridos que não necessitam de luz direta. Disponível em: www.inhabitat.com/2009/09/18/colored-solar-panels-dont-need-direct-sunlight/green-sun-colored-solar-panels-3/ Acessado em: 14.10.2009
Além da possibilidade de as placas fotovoltaicas se incorporarem à arquitetura, esse
sistema de geração de energia tem algumas vantagens segundo Sue Roaf (2001, p.
170-171), quais sejam: é fonte de energia limpa, produzindo pouco CO² (dióxido de
carbono) e SO² (dióxido de enxofre); a produção de painéis PV não é tóxica; o
investimento é retomado em 2 a 5 anos; a energia é gerada no local, não havendo
perdas no transporte; é confiável, a vida útil de um painel é de 20 anos; a geração é
silenciosa; o custo de manutenção é baixo, requer limpeza uma vez por ano (claro
que depende da poluição existente no local); a tecnologia é facilmente transportada;
pode gerar energia durante falhas no abastecimento da rede da cidade.
Existem dois tipos de vidros que incorporam células fotovoltaicas: um é
semitransparente e o outro utiliza células opacas, com espaçamento transparente
entre elas. Além de produzir energia, tais sistemas ainda controlam a transmissão da
luz. Os sistemas mais transparentes, que permitem a passagem de mais luz, são
menos eficientes por metro quadrado, mas permitem cobrir áreas mais extensas da
edificação (LECHNER, 2009, p. 186).
O produto da Schoutt ASI Glass, por exemplo, produz em torno de 48Watts de
energia em um módulo (1027mm x 627 mm) de vidro temperado simples. Utilizando
dados de insolação da cidade de São Paulo, para setembro (4 horas), aplicando os
dados à formula E= W*h (E é energia elétrica em watts hora, W energia em watts e h
quantidade de horas de exposição)87 o resultado chega a uma produção de192W/h.
É importante que se calcule a metragem necessária de painéis fotovoltaicos, para
saber a área das superfícies externas da construção que serão revestidas de
material produtor de energia, facilitando sua integração com a arquitetura. Sue Roaf
(2001, p. 178) publica, em seu livro, a fórmula (
87
Fórmula disponível em: (LECHNER, 2009, p. 180)
162
Equação 2) para cálculo da área de placa fotovoltaica, de acordo com a necessidade
de energia.
Apv = Ppv
Npv
Equação 2: Fórmula para cálculo de área de painel fotovoltaico. Apv é área da placa em m², Ppv é a energia nominal em KW. Npv é a eficiência dos módulos. (ROAF, et al., 2001, p. 178)
A produção de energia por meio de células fotovoltaicas pode ainda não ter
eficiência compatível com outras matrizes energéticas, como o gás e o petróleo, mas
as possibilidades de sua exploração merecem atenção. Duas das grandes
vantagens da utilização do sol como fonte de energia é o fato de ser inesgotável e
de não emitir gases tóxicos durante o processo. Outro aspecto, com relação à
arquitetura, é a possibilidade de incorporar painéis, ou até mesmo materiais que
produzam energia, nas fachadas dos edifícios, tornando-os elementos da
composição arquitetônica.
4.4 A produção de energia como elemento incorporado à arquitetura
Neste capítulo serão comentadas formas de produzir energia fotovoltaica por meio
da fachada de edifícios. Para tal, as células fotovoltaicas deverão se comportar
como material de vedação e não como painéis sobrepostos à coberturas e fachadas,
sendo, dessa forma, totalmente incorporadas à arquitetura.
Alguns tipos de energias renováveis exigem condições específicas para sua
produção, reduzindo os locais possíveis de implantação. Um exemplo é a energia
gerada por bicombustíveis, que precisa de receptáculos para sua produção e,
portanto, dificilmente seria aproveitada como elemento de fachada. Tanto a energia
geotérmica quanto a gerada por ondas/maré ou as hidroelétricas têm uma fonte
localizada em sítios específicos, ou seja, um local onde se consiga atingir as altas
temperaturas da terra, respectivamente a proximidade com o mar e com um rio que
Energia nominal em Kw
Área da
placa em m²
Eficiência dos módulos
163
apresente as características necessárias para a extração, impossibilitando a sua
utilização para as fachadas.
Apenas a energia eólica e a solar, ao contrário das descritas acima, são fontes de
energia passíveis de serem incorporadas a fachadas. Apesar do potencial que têm,
a energia solar, por enquanto, é a fonte que pode de se tornar parte da fachada,
exercendo as funções de proteção inerentes a ela. Turbinas eólicas acabam sendo
apenas um componente decorativo da fachada, como no exemplo do edifício COR
Miami (Figura 61).
Figura 61: COR Miami, edifício multifuncional construído em Miami, EUA, pelo escritório Oppenheim, no qual as turbinas são acopladas em uma segunda pele do edifício. Disponível em: http://www.linearchitecture.com/blog/2006/12/18/cor-miami/. Acessado em: 02.02.2011
No caso de se integrarem sistemas solares à envoltória, o componente coletor solar,
seja para energia elétrica ou térmica, deve tornar-se parte integrante da cobertura ou
da fachada, e ainda executar tarefas funcionais, como a vedação, e estruturais como
a estrutura da fachada. Desde o início do processo de projeto, devem ser
consideradas as características térmicas do material especificado para vedação e
produção de energia, além da escala que este vai ter em relação ao conjunto da
obra. Por conseguinte, a dimensão do sistema tem um impacto considerável na
fachada do edifício, devendo estar em harmonia com a arquitetura (KRIPPNER,
2006, p. 53).
A popularização do uso de energia solar teve consequências nas fachadas dos
edifícios, tanto na utilização de componentes acoplados quanto incorporados às
164
vedações. O que ainda precisa ser resolvido é a intersecção entre arquitetura e
tecnologia solar, para se alcançar o que se chama de arquitetura solar (KRIPPNER,
2006, p. 47). Em muitos edifícios, os painéis são simplesmente acoplados à
cobertura ou fachada, como na Figura 62, sem haver intenção de torná-los parte da
envoltória, como elemento arquitetônico, e não apenas como equipamentos para a
produção de energia.
A fachada é a parte mais importante para o balanço energético de um edifício, visto
que tem a função de intermediar a entrada e a saída de calor, além de receber a
radiação solar que pode ser convertida em energia. As paredes externas são as
principais interfaces entre arquitetura e tecnologia solar, tanto estruturalmente
quanto visualmente, pois os sistemas de captação de energia solar são visíveis em
fachadas e coberturas de edifícios, devendo ter as funções de proteção típicas das
fachadas (KRIPPNER, 2006, p. 47).
A seguir, foram selecionados três exemplos, com diferentes formas de incorporar a
produção de energia fotovoltaica à arquitetura. Na Figura 62, painéis fotovoltaicos
são colocados na cobertura, sem qualquer preocupação em transformá-los em parte
da arquitetura. Na Figura 63, os painéis fotovoltaicos tornam-se elemento decorativo,
sem função estrutural nem de proteção. No entanto, na Figura 64, o edifício tira
partido do revestimento de células fotovoltaicas, incorporado ao material de vedação
(vidro), passando a desempenhar também o papel de proteção do interior, sem
haver separação entre as superfícies produtoras de energia e as demais que
compõem a fachada.
Figura 62: Casa com placas fotovoltaicas incorporadas à cobertura, projeto de Sue Roaf Disponível em: www.designbuild-network.com/features/feature883/feature883-1.html. Acessado em: 09.02.2011
165
Figura 63: Sierra Bonita é um edifício de apartamentos para usuários de baixa renda, em Los Angeles, projetado pelo escritório Tighe Architecture. Na imagem pode-se observar os painéis solares aplicados à fachada. Disponível em: /www.architecture-view.com/2010/12/05/stylish-sierra-bonita-apartments-for-low-income-housing/. Acessado em: 07.02.2011
Figura 64: Edifício desenvolvido pelos estudantes da Universidade Técnica de Darmstadt (Technische Universitat Darmstadt), na Alemanha. O volume cúbico é todo revestido com painéis fotovoltaicos, inclusive a cobertura. Disponível em: www.archithings.net/solar-powered-house-designed-by-students-of-the-technische-universitat-darmstadt. Acessado em: 07.02.2011
4.5 Considerações finais
Não existe um tipo de energia sem deficiências, limpa (sem emissão de gases de
efeito estufa - CO²), inesgotável e totalmente confiável. Cada uma delas tem pontos
positivos e negativos, e correm o risco de ter a produção interrompida por falta de
166
ventos, sol, ou combustível. O ideal é não depender de uma única fonte de energia.
O país deve investir na diversidade para garantir o abastecimento, independente de
crises do petróleo ou de mudanças climáticas.
A sociedade do século XXI é totalmente dependente de energia, pois não se vive
sem computadores, luz elétrica, ar condicionado, carros e muitos outros
equipamentos que auxiliam nas atividades cotidianas. O custo ambiental para suprir
todas essas necessidades tem sido alto, o clima vem mudando, o que tem afetado
diretamente a qualidade de vida das pessoas. Por outro lado, já existe uma
consciência geral de que algo precisa mudar. Estudos sobre novas formas de
obtenção de energia, mais eficientes e com menor impacto ambiental, têm sido cada
vez mais frequentes.
As construções são responsáveis por grande parte do consumo da energia
produzida no mundo (cerca de 40%), merecendo atenção. Quando se fala em
eficiência energética na arquitetura, deve-se ter em mente a necessidade de se
contemplar: o conforto ambiental, isto é, o quanto de energia será utilizada para
garantir o bem estar dos usuários; o tipo de energia utilizada, de fonte renovável ou
não; e as possibilidades de se utilizar o próprio volume da construção como "usina"
de energia.
Portanto, a arquitetura tem um importante papel na eficiência energética. Ela pode,
primeiramente, contribuir com a redução no consumo, tanto com o aproveitamento
da luz natural quanto no controle do clima interno por meio de suas fachadas. A
escolha de uma matriz energética renovável pode contribuir com o meio ambiente,
gerando menor impacto ambiental (emissões e esgotamento de recursos naturais).
Finalmente, a arquitetura tem ainda a possibilidade de transformar suas fachadas
em sistemas produtores de energia renovável de baixo impacto ambiental, podendo
ainda um dia tornarem-se autossuficientes.
Uma arquitetura de alto desempenho, que seja capaz de funcionar melhor com
menos energia, é dependente de uma fachada que garanta o conforto ambiental,
com um mínimo de equipamentos mecânicos possíveis e materiais de vedação que
possibilitem a produção de energia. Resumindo, uma fachada do futuro deve
desempenhar três papéis: de proteção, produção de energia e conforto ambiental.
167
5. Panorama das fachadas envidraçadas na arquitetura residencial em São
Paulo
As fachadas residenciais envidraçadas vem ganhando espaço na arquitetura atual,
sendo uma reação contra a igualdade das fachadas neoclássicas. Nesse sentido o
arquiteto e urbanista Jorge Wilheim, questiona o descaso com a estrutura e com a
fachada dos edifícios residenciais, ressaltando as repetidas imitações do neoclássico
que se espalham pela cidade. O arquiteto lembra ainda que é viável produzir lucro
com projetos arquitetônicos de qualidade (WILHEIM, 2008).
O mercado imobiliário sempre busca novidades, e novos estilos vêm para suprir
essa demanda. O vidro, conforme foi ressaltado em capítulo anterior, tem um grande
potencial para se tornar um material adaptado às necessidades atuais de conforto e
eficiência energética, privilegiando o aproveitamento da luz natural, o conforto
térmico e abrindo possibilidades para a produção de energia por meio de células
fotovoltaicas. Por outro lado, suas características de transmissão da luz e calor, ao
mesmo tempo que podem ser uma vantagem, podem trazer problemas como o
superaquecimento. Em edifícios residenciais, o uso do ar condicionado acaba sendo
menos recomendado, dependendo do padrão da obra, devido ao alto custo da
manutenção, da limpeza e do consumo energético.
O vidro é muito utilizado em tipologias não residenciais, tanto que existem diversas
pesquisas sobre o desempenho do vidro nessas edificações. Nesses trabalhos são
usualmente analisados: o consumo energético nos ambientes envidraçados e
condicionados artificialmente (SIGNOR, 1999); o quanto a escolha do material de
vedação impacta no desempenho do edifício comercial (PIRRÓ, 2005); e
ferramentas de análise de desempenho (MENDES, WESTPHAL, et al., 2005).
Mônica Marcondes (MARCONDES, 2010, p. 82), por exemplo, escreve sobre a
ventilação natural em edifícios comerciais, muitos deles revestidos de vidro, porém
ressalta a dificuldade na utilização dos softwares de simulação térmica. Aponta que
a interface desses programas é pouco "amigável" e que há uma carência de
profissionais aptos a trabalhar com estes, levantando a seguinte questão: de que
maneira estão sendo feitas as simulações dos edifícios lançados no mercado?
Edifícios comerciais exigem cuidados especiais quanto ao isolamento acústico e
térmico (o que não acontece em edifícios residenciais), principalmente porque
168
normalmente as janelas são vedadas, a fim de alcançar melhor eficiência quanto ao
uso do ar condicionado (TAMAKI, 2010), uma constante em edifícios comerciais,
tanto para garantir o conforto térmico interno quanto para proteger o interior dos
ruídos externos. A ventilação natural acaba sendo substituída pelo ar condicionado
que, dependendo da quantidade de calor que atravessa o vidro, necessitará de mais
ou menos energia. Há sempre a necessidade, nesses casos, de se considerarem os
ganhos de calor oriundos dos equipamentos, como os computadores, bem como dos
corpos dos ocupantes desses edifícios. Em edifícios residenciais, pelo contrário,
costuma-se contar com a ventilação natural, além do número menor de ocupantes e
de equipamentos geradores de calor.
Outro ponto que diferencia edifícios comerciais de residenciais, quanto ao
desempenho térmico, é a possibilidade da instalação de artifícios de decoração que
controlem a passagem da luz, como persianas e cortinas. O que pode ser um
aspecto crítico, em relação ao projeto de fachadas eficientes para edifícios
residenciais, é a diversidade do público usuário e a necessidade de controles
individuais, que sejam facilmente manipulados.
Darja Braga (BRAGA, 2005, p. 67) aponta que, além do superaquecimento, as
fachadas envidraçadas estão sujeitas à descaracterização, fruto de adaptações
feitas pelos moradores para controlar a entrada da radiação pelas vidraças. Tais
adaptações incluem toldos, ar condicionado de janela e películas, que acabam
produzindo um resultado estético negativo nas fachadas. Outro ponto negativo
ressaltado pela autora é o uso indiscriminado do vidro, pois quando este recebe
elevados níveis de radiação, o consumo energético é elevado pelo uso de
equipamentos de climatização.
Edifícios residenciais normalmente limitam o papel do vidro aos caixilhos, sendo que
os fechamentos costumam ser em alvenaria. Nesse caso, há uma limitação da
entrada da luz natural e do calor.
O vidro, nos últimos anos, tem entrado com mais força no mercado da construção
civil residencial. A incorporação do vidro em fachadas residenciais tem apontado
alguns problemas distintos dos edifícios comerciais. Em ambos os casos há o
problema do superaquecimento, contudo, edifícios residenciais podem contar com
venezianas, para a proteção contra o sol das áreas íntimas, enquanto os comerciais
dificilmente incorporam elementos de proteção solar. Outro fator que auxilia na
169
manutenção do conforto, sem o uso do ar condicionado, é a possibilidade de se
ventilar os ambientes naturalmente.
Com o intuito de reconhecer, no mercado paulistano, o crescimento da utilização do
vidro em fachadas de edifícios residenciais, foram levantados dados sobre
apartamentos de quatro dormitórios em processo de lançamento, em construção e
recém-concluídos, na zona sul de São Paulo, das construtoras Cyrela, Tecnisa e
Gafisa (Quadro 26). De um total de trinta e quatro empreendimentos, vinte
apresentavam vidros além dos existentes em caixilhos; treze edifícios, portanto a
grande maioria, utilizam o vidro como peitoril de varanda. Porém, sete deles
investem em panos de vidro.
A dificuldade em se encontrar exemplos em São Paulo começa pela diminuta
variedade de tipos de fachadas empregadas pelas construtoras. A tipologia de
construção multifamiliar tem sofrido alterações, vem deixando de ser neoclássica e
ganhando contornos mais contemporâneos, com o aumento da quantidade de
vidros. O Quadro 26 mostra, ainda, um número maior de lançamentos em estilo
neoclássico, mas os contemporâneos já estão muito próximos de alcançá-los.
Quadro 26: Informações sobre empreendimentos de 3 e 4 dormitórios construídos na zona sul, por 3 construtoras de renome em São Paulo: Cyrela, Tecnisa e Gafisa. Foram utilizadas informações disponíveis no site das construtoras: http://www.cyrela.com.br/sp; http://www.tecnisa.com.br ;http://www.gafisa.com.br. Acessados em: 13.05.11
A seguir, alguns exemplos de edifícios com vidro em varandas e tímidas peles de
vidro cobrindo parte, ainda pequena, da fachada. O Edifício Humanary, da
construtora Cyrela, situado no bairro do Brooklin, é um dos exemplos de aplicação
do vidro em peitoril das fachadas (Figura 65). O térreo, com pé direito duplo, conta
com grandes vidraças, mas as unidades mantêm os caixilhos convencionais. Na
Figura 67, o edifício Blanc, da Cyrela, conta com uma pele de vidro vedando a sala
de estar dos apartamentos. Neste caso, inclusive o termo pele de vidro é utilizado
como diferencial para a venda, sendo ressaltado no folheto de promoção do
número de
empreendimentos
na zona sul
com vidro na
fachada
vidro apenas na
varanda
estilo
contemporâneo estilo neoclássico
Cyrela 8 3 1 3 5
Tecnisa 13 5 5 3 8
Gafisa 13 12 7 9 3
totais 34 20 13 15 16
170
empreendimento. Na Figura 67, as varandas de vidro são acompanhadas de panos
de vidro que vedam grande superfície da área social dos apartamentos da cobertura.
O edifício Ciragan (Cyrela), por sua vez, projeto de Itamar Berezin, apresenta
fachada assimétrica, fruto dos diversos tipos de plantas, com grandes superfícies
envidraçadas voltadas para as salas das unidades com pé-direito duplo (Figura 68).
Figura 65: Edifício Humanary, da construtora Cyrela, projeto do arquiteto Itamar Berezin, situado no bairro do Brooklin. Disponível em: http://imgcdn.webcyrela.com.br/Content/img/Imoveis/humanari/ProntoMorar/Large/cyrela_humanari_093-thumb.jpg. Acessado em: 30.05.11
Figura 66: Edifício Blanc, da construtora Cyrela, projeto do escritório MCAA arquitetos, situado no bairro do Campo Belo. Disponível em: http://imgcdn.webcyrela.com.br/Content/img/Imoveis/blanc-campo-belo/Projeto/Large/fachada-torre-perola.jpg. Acessado em: 30.05.11
Figura 67: Fachada do Edifício Quintessence, da construtora Tecnisa, projeto de Itamar Berezin. disponível: http://www.tecnisa.com.br. Acessado em: 21.05.2011
171
Figura 68: Fachada do Edifício Ciragan da construtora Cyrela, projeto de Itamar Berezin. Disponível em: http://imgcdn.webcyrela.com.br/Content/img/Imoveis/ciragan/ProntoMorar/Large/2.jpg. Acessado em: 21.05.2011
Diferente dos empreendimentos das construtoras tradicionais listadas acima, os
exemplos da Idea Zarvos88 vêm destoando do cenário da construção residencial
paulistana. Edifícios com projetos assinados por grandes escritórios da cidade vêm
alterando lentamente a paisagem. Os exemplos das Figura 69 e Figura 70, mostram
uma concepção arquitetônica bem distinta, em relação aos exemplos da Figura 65,
Figura 66 e Figura 67. Os edifícios da Figura 69 e Figura 70 têm formas, cores (cinza
e preto) e volumes diferenciados (saliências e reentrâncias irregulares),
evidenciando que as plantas e os tamanhos das unidades nos pavimentos são
diferentes entre si, resultando, inclusive, em posição e tamanhos diferentes de
aberturas. Mesmo nesses exemplos a presença do vidro ainda se resume a
caixilhos, maiores do que o convencional, mas longe de uma pele de vidro.
Enquanto as obras da Figura 65, Figura 66 e Figura 67 apresentam apartamentos-
tipo, nos quais um mesmo volume é sobreposto, dando ao conjunto um aspecto
homogêneo.
Um outro exemplo da incorporadora Idea Zarvos é o edifício Fidalga 772, este
projetado pelo escritório Andrade & Morettin, localizado no bairro Vila Madalena.
Esse edifício (Figura 71) é dotado de amplas superfícies cobertas de vidro,
intercaladas por painéis de madeira em menor escala. A utilização extensiva de
vidro, incomum na tipologia habitacional paulistana, foi o motivo da escolha deste
88
www.movimentoum.com.br. Acessado em: 21.05.2011
172
como modelo para a análise, nos estudos sobre a orientação e interferência do
entorno sobre as fachadas de um edifício com revestimento de vidro.
Figura 69: Edifício Aimberê 1749, projeto de Andrade e Marcelo Morettin. Disponível em: :www.movimentoum.com.br/aimbere1749/popup.asp?area=projeto&img=1. Acessado em: 21.05.2011
Figura 70: Edifício Fidalga 727 projeto de Triptyque. Disponível em: www.movimentoum.com.br/fidalga727/. Acessado em: 21.05.2011
Figura 71: Fachada Sudeste (lado esquerdo da imagem) e Sudoeste (lado direito da imagem) do Edifício Fidalga 772, do escritório Andrade & Morettin. Disponível em: www.arcoweb.com.br/arquitetura/fotos/949/morettin-sete-sete-dois.jpg. Acessado em:19.01.2011
O Edifício Vitra (Figura 72), do arquiteto Polonês, radicado nos EUA, Daniel
Libeskind, será o primeiro edifício residencial totalmente revestido de vidro na cidade
173
de São Paulo. Projeto voltado para o público de alta renda apresenta a pele de vidro
como diferencial de fachada, utilizando vidros Low-e, para controle da entrada da
radiação solar. Os vidros low-e apresentam um revestimento que reduz a entrada
direta da energia solar nos ambientes internos, refletindo o calor (ondas
infravermelhas). O revestimento é feito à base de metais, mas mantém a
transparência do vidro, sem haver a necessidade do efeito espelhado para a
redução da entrada da radiação89.
Figura 72: Edifício Vitra, do arquiteto Daniel Libeskind, a ser construído na cidade de São Paulo. Disponível em: www.edificiovitra.com.br/#Empreendimento. Acessado em: 21.05.2011
Sistemas de caixilhos para pele de vidro utilizados em construções em São Paulo
são usualmente sick. Neste tipo de sistema de fachada de vidro, travessas e colunas
chegam à obra no tamanho exato para a execução do serviço, e os módulos do
caixilho, já envidraçados, prontos para a sua acoplagem à estrutura, minimizando os
serviços a serem executados in loco. A vedação é feita com borrachas e a colagem
do vidro com silicone estrutural. Este processo é executado na fábrica, para que
impurezas não atrapalhem a fixação do vidro à estrutura. Segundo Gilberto Luciano
89
Informações disponíveis em: http://www.usp.br/fau/deptecnologia/docs/bancovidros/tecno.htm. Acessado em: 25.05.2011.
174
Filho, responsável técnico pela empresa Esquadrias Metálicas Califórnia90, o custo
dos sistemas de caixilhos para peles de vidro variam entre R$ 550,00 e R$780,0091
o metro quadrado. A informação sobre custos pede uma nova pesquisa, que não faz
parte desta tese. No entanto, apresenta-se um referencial cedido pela empresa
Esquadrias Metálicas Califórnia. A variação do custo acontece de acordo com as
necessidades do projeto, segundo o tamanho do pano de vidro, a exposição aos
ventos e o tipo de vidro. O custo da execução das peles de vidro é bem maior do
que o da alvenaria convencional (em torno de R$ 65,50 o metro quadrado92). No
entanto, a agilidade da montagem da pele de vidro, em relação à alvenaria
convencional, traz benefícios econômicos, baseados na redução do desperdício e do
tempo de obra.
Percebe-se uma tendência de uso maior do vidro nas fachadas de edifícios
residenciais, surgindo a dúvida quanto à adequação desses projetos às
necessidades de conforto ambiental do usuário. Será que esses edifícios são
idealizados pensando-se em depender do ar condicionado para que temperatura
interna mantenha-se agradável?
90
Empresa responsável pelo fornecimento das peles de vidros para construtoras, como Porte e Barril. 91
Esse valor não inclui o vidro, apenas caixilhos e sua instalação. 92
Valor de referência fornecido pela construtora Barril.
175
6. Estudo de Caso
Com o objetivo de determinar a viabilidade do uso do vidro em fachadas de edifícios
residenciais em São Paulo, foram buscadas ferramentas que pudessem auxiliar o
arquiteto nesta tarefa. Percebeu-se que é importante combinar uma série de
informações a respeito do local e da construção, o que inclui a orientação, as
técnicas e o material de vedação, para que se possam equilibrar conforto e consumo
energético.
Para a comprovação da tese, o estudo de caso é relevante para mostrar um método
de análise do desempenho para fachadas envidraçadas de edifícios residenciais,
podendo servir de forma geral para a análise de outros edifícios. A dificuldade de
encontrar exemplos recentes de arquitetura residencial vertical em vidro, fez com
que fosse escolhido o Fidalga 772, onde parcela significativa (chegando até 65,6%)
da fachada é em vidro.
As análises a seguir abrangem o desempenho térmico, lumínico e energético de um
exemplo escolhido em São Paulo, utilizado como ponto de partida para os estudos
sobre o potencial do vidro utilizado em fachadas residenciais. Como o Fidalga 772
não tem um andar tipo, suas fachadas variam dificultando simulações relativas ao
uso do vidro em suas fachadas. Desse modo, visando eliminar distorções na análise
causadas por diferentes usos e diferentes quantidades de superfícies envidraçadas,
tomou-se um módulo de 3,0m x 3,0m x 2,70 (Figura 73) com fachada totalmente
envidraçada para fazer as simulações. Com o objetivo de criar comparações, foram
simulados casos onde a alvenaria é cega (sem abertura) ou com janela
convencional, (abertura de 1,35m² - referente a 15% da área de piso - Código de
Obras do Município de São Paulo). Com essa metodologia pretende-se estudar
como diferentes tipos de vidro se comportam nas diferentes fachadas e comparar o
desempenho destas fachadas envidraçadas com sistemas convencionais de
alvenaria em blocos.
176
Planta módulo base para simulações Elevação superfície envidraçada
Figura 73 Planta e elevação de modulo base para simulações de desempenho de fachada. Elaborado pela autora
Este capítulo será estruturado em sete itens:
1. Levantamento de informações sobre o clima local e o entorno.
2. Quantificação da incidência da radiação sobre as fachadas.
3. Análise do volume arquitetônico.
4. Análise das qualidades dos vidros disponíveis no mercado brasileiro, que se
enquadrem às necessidades da fachada do edifício utilizado como exemplo.
5. Análise do desempenho dos vidros, em situações distintas de fachadas sob
condições extremas de temperatura.
6. Parte qualitativa sobre as fachadas residenciais em vidro.
7. Análise dos resultados
Informações sobre o clima local e o entorno
Conforme foi levantado anteriormente no capítulo sobre clima, São Paulo se
enquadra no clima Tropical Úmido, mas apresenta variações de temperatura e
direção de ventos dentro do espaço urbano, em decorrência da ocupação humana.
O edifício utilizado como exemplo encontra-se no bairro Vila Madalena, na cidade de
São Paulo, área altamente povoada e verticalizada que, por esse motivo, representa
um obstáculo, tanto à garantia da insolação das fachadas quanto ao aproveitamento
dos ventos. Tanto os ventos quanto a insolação sofrem alterações devido aos
177
obstáculos construídos pelo homem, sombreando fachadas voltadas para o norte,
por exemplo, ou impedindo a passagem e alterando o sentido dos ventos.
O Zoneamento Bioclimático Brasileiro (NBR 15220-3:2005) faz algumas
recomendações quanto às características da arquitetura, para a região onde se
insere a capital paulista. O documento aponta que as aberturas são importantes
meios de garantir uma melhora nas sensações térmicas, visto que a renovação do ar
retira o excesso da umidade do ar. Portanto, as aberturas para a ventilação natural
devem ter de 15% a 25% da área de piso do ambiente interno, além de proporcionar
a ventilação cruzada no verão, para controlar passivamente a temperatura interna.
O clima paulistano ainda se beneficia de uma orientação que aproveite a absorção
do calor no inverno e evite sua absorção no verão. Esse tipo de fachada deve ter
massa térmica que retarde a entrada do calor, durante o dia, transmitindo
novamente para o exterior, durante à noite, mantendo o interior com clima ameno.
Mas, como fica o clima interno no caso de fachadas envidraçadas, visto que o vidro
transmite o calor rapidamente para o interior?
Para ilustrar as análises necessárias para determinar o desempenho térmico e
lumínico de um edifício diante das condições locais, foi utilizado gráfico solar no
exemplo do condomínio Fidalga 772. Em um primeiro momento, serão estudadas a
insolação e a interferência do entorno na incidência de radiação solar na sua
fachada. O gráfico solar foi utilizado para criar manchas de sombra aproximadas93, a
fim de definir dias e horários em que a sombra dos edifícios vizinhos interferem na
quantidade de sol recebida pelo Fidalga 772.
93
Foi determinado um ponto no centro da edificação, criando manchas de sombra aproximadas, visto que não foram tomadas como parâmetros janelas específicas, devido à inexistência de um projeto tipo. Foram utilizados pontos no pavimento térreo, 4º andar e 8º andar.
178
Figura 74: Imagem de satélite do terreno do edifício Fidalga 772. O terreno foi demarcado com linhas vermelhas pela autora. Fonte: Google Maps
Na Figura 74 foram colocados números para que cada uma das fachadas seja
facilmente identificada. Com o intuito de levantar a influência dos edifícios ao redor
do Fidalga 772, foram feitas volumetrias da área em questão. Na Figura 75 o volume
é visto do Norte, evidenciando a interferência do edifício B na visualização do
Fidalga 772 que, consequentemente, representa um obstáculo à incidência de raios
solares. Na Figura 76, a visual é Leste, onde o sol nasce, mostrando a influência do
edifício A. Na Figura 77, o edifício C mostra-se um obstáculo para a insolação do
poente (oeste).
6 5
4 3
2 1
N
179
Figura 75: Volumetria executada pela autora, 2011, do entorno do edifício Fidalga 772 (magenta) , vista a partir do Norte.
Figura 76: Volumetria executada pela autora, 2011, do entorno do edifício Fidalga 772 (magenta), vista a partir do Leste
Figura 77: Volumetria executada pela autora, 2011, do entorno do edifício Fidalga 772 (magenta), vista a partir do Oeste
Figura 78: corte esquemático da volumetria executada pela autora, 2011 (edifício Fidalga 772 em magenta)
A proximidade entre o Fidalga e o edifício B (Figura 75), além da questão da barreira
ao sol, traz à tona a problemática da privacidade, já que a face tem grande parte de
superfície envidraçada, como se pode observar na maquete eletrônica da Figura 79.
A Figura 80 mostra imagem vista da rua, evidenciando a proximidade entre as duas
construções, e a presença de janelas no edifício vizinho, voltadas para a fachada do
Fidalga 772. O corte do terreno apresentado na Figura 78 mostra o desnível da rua
Fidalga, lembrando que o relevo também interfere na direção dos ventos e insolação
dos edifícios.
B
A C
180
Figura 79: Fachada 1 do Edifício Fidalga 772, do escritório Andrade & Morettin. Disponível em: www.entre.arq.br/?page_id=759. Acessado em: 19.01.2011
Figura 80: Fachada voltada para a rua, do edifício Fidalga 772 do escritório Andrade & Morettin. Arquivo pessoal, maio 2011.
Para conhecer a interferência do entorno na insolação do Fidalga 772, foram feitos
gráficos solares, para determinar em que horários e estação do ano os edifícios
vizinhos sombreiam cada uma de suas fachadas. A Figura 81 mostra o gráfico solar
com manchas coloridas, que representam o sombreamento provocado pelos
edifícios vizinhos, nas fachadas no pavimento térreo, lembrando que o térreo está a
aproximadamente 12m acima do nível da rua94. A mancha azul, na Figura 81,
representa o sombreamento proveniente do edifício B. O prédio do outro lado da rua,
denominado edifício C, é representado pela mancha verde, na Figura 81. A mancha
vermelha mostra a sombra proveniente do edifício A, situado nos fundos do lote do
Fidalga 772. Na Figura 82 são destacadas as sombras resultantes dos edifícios A, B
e C, nas fachadas do edifício Fidalga 772, no 4º andar. Finalmente, a Figura 83
mostra apenas a interferência do edifício adjacente (mancha azul) na insolação da
construção estudada.
94
O térreo alto permite maior insolação, já que quanto mais alto o pavimento menor a interferência da sombra dos edifícios vizinhos.
181
Figura 81: Gráfico solar referente à insolação do edifício Fidalga 772, térreo. Elaborado pela autora, 2011.
Figura 82: Gráfico solar referente à insolação do edifício Fidalga 772, 4º andar. Elaborado pela autora, 2011.
182
Figura 83: Gráfico solar referente à insolação do edifício Fidalga 772, 8º andar. Elaborado pela autora, 2011.
Detalhando os dados sobre o comportamento da insolação e do sombreamento
resultante do entorno, o Quadro 27, Quadro 28 e Quadro 29 foram elaborados com
todas as seis fachadas do edifício e respectivas interferências das construções
próximas, para os pavimentos: térreo, 4º andar e 8º andar.
O Quadro 27 mostra os gráficos solares referentes às seis fachadas do edifício
Fidalga 772, no pavimento térreo. Na fachada 1, tanto a sombra resultante do
edifício B (mancha azul) quanto a do edifício C (mancha verde) afetam a incidência
do sol durante os períodos de verão, equinócio e inverno. A fachada 1 seria banhada
por sol todo o dia no inverno, se não fosse a interferência do edifício B. A construção
vizinha permite que apenas no período entre 7 e 12 horas o sol incida sobre a
fachada, reduzindo a insolação no período frio do ano, quando ela é mais desejada.
A fachada 2 (Quadro 27) sofre interferência do edifício A, apenas no início da manhã
e em períodos próximos aos equinócios de outono e primavera, reduzindo a
incidência de insolação por aproximadamente uma hora por dia.
As fachadas 3 e 5 (Quadro 27) são naturalmente prejudicadas por sua orientação,
pois no inverno não recebem insolação, prejudicando o conforto dos usuários nesse
período do ano. Durante o resto do ano, com exceção do verão, a sombra do edifício
A reduz, em uma hora, a já restrita insolação dessas fachadas.
183
As fachadas 4 e 6 (Quadro 27) também têm menos horas de sol no inverno, devido
às suas orientações e, além do mais, a sombra do edifício B elimina a presença da
insolação por todo o inverno, nestas duas faces dos apartamentos. O conforto
ambiental, em ambas as fachadas, é totalmente comprometido pelo edifício vizinho,
no inverno, no entanto, no verão, recebe insolação em meio período do dia, quando
o edifício C sombreia a fachada apenas no final da tarde, entre 17 e 18 horas.
fachada 1 - térreo fachada 2 - térreo
fachada 3 - térreo fachada 4 - térreo
184
fachada 5 - térreo fachada 6 - térreo Quadro 27: Gráficos solares referentes à insolação nas fachadas do edifício Fidalga 772, no pavimento térreo. Elaborado pela autora, 2011, com o programa SOLAR.
O Quadro 28 mostra a insolação e interferências das sombras do entorno, presentes
nos apartamentos no pavimento 4. Quanto mais alta a unidade menores as
interferências dos obstáculos próximos, percebendo-se uma redução no tamanho
das manchas que representam as sombras dos edifícios A, B e C. As fachadas 4 e
6, porém, continuam sendo críticas quanto à insolação no inverno, permanecendo
sem sol durante o período. No verão, o edifício C apenas prejudica a insolação nas
fachadas 1,4 e 6, a partir das 18 horas, tendo restrita atuação no conforto nas faces
incidentes.
fachada 1 - 4º andar fachada 2 - 4º andar
185
fachada 3 - 4º andar fachada 4 - 4º andar
fachada 5 - 4º andar fachada 6 - 4º andar Quadro 28: Gráficos solares referentes à insolação nas fachadas do edifício Fidalga 772, no 4º pavimento. Elaborado pela autora, 2011, com o programa SOLAR.
O Quadro 29 apresenta as sombras resultantes dos obstáculos do entorno no oitavo
andar e a insolação das fachadas. Nesta situação, apenas o edifício B, mancha azul,
tem alguma interferência sobre as fachadas 1, 2 e 6. Na fachada 4, mesmo no 8º
andar, o edifício B não permite que a face receba sol, no inverno, em nenhum
momento do dia. Diferente dos demais pavimentos, a fachada 1 recebe sol durante o
período entre sete e quinze horas, ganhando pelo menos três horas a mais de sol no
inverno. Na fachada 6, a altura do pavimento permite que a face sul receba pelo
menos aproximadamente uma hora de sol no inverno.
186
fachada 1 - 8º andar fachada 2 - 8º andar
fachada 3 - 8º andar fachada 4 - 8º andar
fachada 5 - 8º andar fachada 6 - 8º andar Quadro 29: Gráficos solares referentes à insolação nas fachadas do edifício Fidalga 772, no 8º pavimento. Elaborado pela autora, 2011, com o programa SOLAR.
187
O Quadro 30 mostra as horas95 de sol que atingem cada uma das fachadas e os
respectivos períodos em que cada uma delas recebe sol. Percebe-se que as
fachadas 3, 4 e 5 não recebem sol durante o inverno. Esse tipo de informação, além
de importante para calcular a necessidade ou não de anteparo de sombreamento,
pode ser essencial quando se pensa em aproveitar a fachada como meio de
produção de energia. A quantidade de horas de sol, aliada à quantidade da radiação
incidente, permite avaliar a melhor orientação para a instalação de células
fotovoltaicas, ou de painéis coletores solares de água quente.
Quadro 30: Número de horas de insolação e seus períodos. Elaborado pela autora. A fachada 6, no 8º andar, recebe algo em torno de 1 hora de sol no inverno, mas, como o período está fracionado, não foi considerado no quadro.
A questão do sombreamento de fachadas devido à interferência de edifícios vizinhos
levanta a questão sobre a legislação que regulamenta recuos e o direito da
população ao sol. A cidade de Boston foi uma das pioneiras, ainda no início do
século XX, a discutir leis que garantissem, às edificações existentes, o acesso ao sol
(PÉREZ, 2007, p. 22). O estado da Califórnia, por exemplo, criou regras para as
construções, de forma a garantir o direito ao sol, com o intuito de permitir a utilização
da energia solar, em 197896.
95
O quadro 30 considera apenas as horas inteiras. 96
Informações disponíveis em: www.parks.ca.gov/?page_id=25664. Acessado em: 01.06.2011
PAVIMENTOS 1 2 3 4 5 6
23/09/2011 4 5 2 1 2 1
períodos 10 às 13 e 17 às 18 7 às 12 7 às 9 17 às 18 07 às 09 13 às 14 e 17 às 18
21/03/2011 4 5 2 1 2 1
períodos 10 às 13 e 17 às 18 7 às 12 7 às 9 17 às 18 07 às 09 13 às 14 e 17 às 18
21/06/2011 5 6 0 0 0 0
períodos 07 às 12 7 às 12
21/12/2011 5 6 6 5 6 5
períodos 12 às 17 6 às 12 6 às 12 12 às 17 06 às 12 12 às 17
23/09/2011 5 5 2 2 2 2
períodos 10 às 14 e 17 às 18 07 às 12 07 às 09 14 às 15 e 17 às 18 07 às 09 13 às 14
21/03/2011 5 5 2 2 2 2
períodos 10 às 14 e 17 às 18 07 às 12 07 às 09 14 às 15 e 17 às 18 07 às 09 13 às 14
21/06/2011 5 6 0 0 0 0
períodos 7 às 12 07 às 12
21/12/2011 6 6 6 6 6 6
períodos 12 às 18 06 às 12 06 às 12 12 às 18 06 às 12 12 às 18
23/09/2011 8 6 3 4 3 5
períodos 10 às 18 06 às 12 06 às 09 14 às 18 06 às 09 13 às 18
21/03/2011 8 6 3 4 3 5
períodos 10 às 18 06 às 12 06 às 09 14 às 18 06 às 09 13 às 18
21/06/2011 7 6 0 0 0 0
períodos 07 às 14 07 às 13
21/12/2011 6 6 6 6 6 6
períodos 12 às 18 06 às 12 06 às 12 12 às 18 06 às 12 12 às 18
Té
rre
o
4º
an
da
r
8º
an
da
r HO
RA
S D
E I
NS
OL
AÇ
ÃO
(ho
ras c
he
ias)
FACHADAS
188
O Código de obras de São Paulo97 estipula apenas recuos mínimos (que podem
variar de acordo com o volume da edificação), tamanho mínimo das aberturas,
limites para reentrâncias, beirais, muros e saliências, mas não há nenhuma citação
sobre restrições que protejam construções existentes. O Brasil carece de regras que
permitam o planejamento de uma construção que aproveite a energia solar, tanto
como fonte de eletricidade quanto de calor e de luz natural. Leis como as
implantadas em Boston e no estado da Califórnia asseguram o futuro de uma
construção projetada de acordo com a trajetória do sol, evitando interferências
negativas do entorno.
No caso do Fidalga 772, o edifício adjacente (lado esquerdo da Figura 80) exclui a
possibilidade de se aproveitar a fachada mais ensolarada, exemplo para a
exploração da energia solar, seja para a produção de eletricidade ou como fonte de
luz natural ou de calor, inviabilizando alterações futuras, como a instalação de vidros
com propriedades fotovoltaicas, para atingir a autossuficiência energética da
construção.
Incidência da radiação sobre as fachadas
Cruzando as informações do Quadro 30 com informações sobre a quantidade de
radiação obtida com o programa Luz do Sol98, resulta no Quadro 31, Quadro 32,
Quadro 33, Quadro 34 e Quadro 35. O Quadro 31 e o Quadro 32 mostram a
quantidade de radiação incidente em cada uma das fachadas, durante os períodos
levantados anteriormente, já excluindo áreas sombreadas pelas edificações vizinhas.
As fachadas 2 e 6, por exemplo, são as que têm maior incidência de radiação,
consideradas as 6 faces do edifício, no pavimento térreo, no verão. As fachadas 2 e
6 recebem, respectivamente, 1807 e 1745 w/m² de energia, no verão, enquanto a
fachada 1 recebe 608 W/m². Ainda no verão, as fachadas referentes aos pavimentos
4 e 8 apresentam um aumento da exposição à radiação nas fachadas 1, 4 e 6, em
relação ao andar mais baixo. Pela análise desses dados, pode-se concluir que
97
O Código de Obras do Município de São Paulo está disponível em: http://www.prefeitura.sp.gov.br/cidade/secretarias/habitacao/legislacao/index.php?p=3257. Acessado em: 31.05.2011 98
Software desenvolvido por Mauricio Roriz, disponível para download em: www.ecivilnet.com/softwares/luzsol_desempenho_termico.htm. Acessado em: 07.04.2011. No Anexo B as tabelas originais geradas pelo programa.
189
quanto mais alto o pavimento menor a influência do entorno e maior a incidência de
radiação sobre suas fachadas, podendo resultar em maior quantidade de luz, calor e
energia. Outro fato a ser ressaltado é a direção entre os pontos cardeais noroeste e
sudeste, que apresentam os maiores índices de radiação, mostrando a supremacia
destas faces, em relação ao ganho de calor e energia.
No inverno há uma distribuição diferente da radiação nas fachadas, concentrando-se
nas fachadas 1 e 2, apresentando, inclusive, maior grandeza para a fachada 2
(2.866 W/m²) do que para qualquer uma das demais fachadas no verão. O inverno
caracteriza-se pela ausência de radiação nas fachadas 3, 4, 5 e 6, em todos os
pavimentos, prejudicando o aquecimento e a iluminação natural dos ambientes
voltados para essas faces.
Com essas informações é possível constatar quanta radiação e, consequentemente,
energia e calor incidem em cada uma das fachadas, permitindo que se prevejam
eventuais equipamentos de produção de energia (aquecedores solares e células
fotovoltaicas) ou, até mesmo, planejar elementos de sombreamento (interno ou
externo), assim como dimensionar equipamento de ar condicionado. Além da
posição da edificação em relação ao sol, as sombras resultantes do entorno têm
relação direta com os ganhos de calor e com o potencial de geração de energia.
Quadro 31: radiação incidente nas fachadas no pavimento térreo, no verão. Elaborado pela autora.
fachadas 1 2 3 4 5 6
31 126 127 38 127 41
46 164 154 70 154 79
58 190 166 102 166 116
67 203 166 133 166 151
73 206 159 161 159 182
76 199 146 187 146 201
75 185 129 208 129 232
70 165 110 224 110 247
62 140 90 230 90 252
50 111 70 225 70 244
77 50 50
41 31 31
total (W/m²) 608 1807 1398 1578 1398 1745
rad
iaç
ão
in
cid
en
te e
m W
h/m
²
TÉ
RR
EO
- V
ER
ÃO
190
Quadro 32: radiação incidente nas fachadas, no 4º e 8º andares, no verão. Elaborado pela autora.
Quadro 33: radiação incidente nas fachadas, no pavimento térreo, no inverno. Elaborado pela autora.
Quadro 34: radiação incidente nas fachadas, no 4º andar, no inverno. Elaborado pela autora.
fachadas 1 2 3 4 5 6
31 126 127 38 127 41
46 164 154 70 154 79
58 190 166 102 166 116
67 203 166 133 166 151
73 206 159 161 159 182
76 199 146 187 146 201
75 185 129 208 129 232
70 165 110 224 110 247
62 140 90 230 90 252
50 111 70 225 70 244
36 77 50 204 50 219
22 41 31 164 31 175
total (W/m²) 666 1807 1398 1946 1398 2139
rad
iaç
ão
in
cid
en
te e
m W
h/m
²
4º
E 8
º A
ND
AR
- V
ER
ÃO
fachadas 1 2 3 4 5 6
16 145 0 0 0 0
41 239 0 0 0 0
72 295 0 0 0 0
106 325 0 0 0 0
142 333 0 0 0 0
179 324 0 0 0 0
214 301 0 0 0 0
247 269 0 0 0 0
278 229 0 0 0 0
305 184 0 0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 0
total (W/m²) 1600 2644 0 0 0 0
rad
iaç
ão
in
cid
en
te e
m W
h/m
²
TÉ
RR
EO
- IN
VE
RN
O
fachadas 1 2 3 4 5 6
16 145 0 0 0 0
41 239 0 0 0 0
72 295 0 0 0 0
106 325 0 0 0 0
142 333 0 0 0 0
179 324 0 0 0 0
214 301 0 0 0 0
247 269 0 0 0 0
278 229 0 0 0 0
305 184 0 0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 0
total (W/m²) 1600 2644 0 0 0 0
rad
iaç
ão
in
cid
en
te e
m W
h/m
²
4º
AN
DA
R -
IN
VE
RN
O
191
Quadro 35: radiação incidente nas fachadas no 8º andar, no inverno. Elaborado pela autora.
Análise do volume arquitetônico
O volume de uma construção pode ser responsável pela maior ou menor absorção
de calor, dependendo da área de superfícies de sua envoltória (fachadas e
cobertura). A forma do edifício também pode facilitar ou dificultar que o calor e a luz
sejam transmitidos para o interior e, por tal motivo, varandas e beirais são utilizados
para minimizar a incidência de radiação em paredes externas.
A fachada do Fidalga 772 é modulada de acordo com o tamanho dos caixilhos (1,20
x 2,10m), na qual reentrâncias, que formam varandas, e partes opacas revestidas de
madeira99 criam um jogo de cheios e vazios. Essas variações no volume acabam
aumentando as áreas das fachadas sombreadas, podendo ser um instrumento
arquitetônico que promove o controle de calor e luz.
O Quadro 36 foi criado com o intuito de quantificar a área de fachada do edifício em
questão, separando-a em: opaca, envidraçada e recuada (reentrância). Essas
informações mostram o importante papel do vidro nessa envoltória, visto que
corresponde à maioria da superfície que envolve os apartamentos, totalizando
43,6% da área total, ao passo que as superfícies opacas correspondem a 32,4% e
as reentrâncias a 23,9%.
99
As partes opacas da fachada são revestidas com painéis de acabamento laminado amadeirado, da Pertech99
, sobre alvenaria de bloco de concreto, como se pode constatar ao observar as figuras 79, 80 e 84. Segundo informações cedidas pelo próprio escritório autor do projeto, o revestimento amadeirado não tem função de isolamento térmico, sendo um detalhe estético.
fachadas 1 2 3 4 5 6
16 145 0 0 0 0
41 239 0 0 0 0
72 295 0 0 0 0
106 325 0 0 0 0
142 333 0 0 0 0
179 324 0 0 0 0
214 301 0 0 0 0
247 269 0 0 0 0
278 229 0 0 0 0
305 184 0 0 0 0
327 136 0 0 0 0
345 86 0 0 0 0
356
359
total (W/m²) 2987 2866 0 0 0 0
rad
iaç
ão
in
cid
en
te e
m W
h/m
²
8º
AN
DA
R -
IN
VE
RN
O
192
Figura 84: Fachada voltada para a rua, do Edifício Fidalga 772, projeto do escritório Andrade & Morettin, durante a obra. Imagem disponível no Blog de Miguel Martello http://miguelmartello.wordpress.com/2010/08/27/quase-pronto/. Acessado em: 21.05.2011
O Quadro 36 foi elaborado a partir de imagens das fachadas e plantas cedidas pelo
escritório Andrade & Moretin. As fachadas (Figura 85) foram nomeadas de acordo
com os números presentes na Figura 74. Foram feitas análises dos módulos da
fachada, modulação composta por caixilhos e revestimentos de madeira. As análises
foram feitas nas porções em que há unidades habitacionais, excluindo-se as áreas
de circulação vertical. Eventuais áreas, nas quais a fachada não segue a modulação
usual, também foram excluídas da análise. As áreas excluídas correspondem à parte
circulada em vermelho na representação. A interpretação da fachada foi auxiliada
pela observação das plantas dos pavimentos do edifício.
193
Fachada 1 Fachadas 6 e 4
Fachadas 5, 4 e 3 Fachadas 2 e 1
Figura 85: Fachadas do edifício Fidalga 772. Imagens cedidas pelo escritório Andrade & Morettin.
No Quadro 36 foram integradas informações sobre o tipo de superfície, insolação e
sombreamento resultante do entorno, sendo possível perceber de que maneira cada
uma das fachadas é afetada pelo sol e pelas sombras, além da quantidade de
superfície envidraçada de cada uma delas.
A fachada 6, por exemplo, não recebe insolação no inverno (face sudoeste) e
apresenta maior superfície envidraçada do que as demais, com 65,6%. Esta face
pode aproveitar a iluminação difusa, mas acaba sendo uma área vulnerável quanto à
perda de calor durante o inverno. Durante o verão, entretanto, recebe entre 1745 e
194
2139 W/m² de radiação, sendo que a extensa superfície envidraçada pode ser
responsável pelo superaquecimento dos ambientes internos caso não sejam
tomadas providências de controle da entrada dessa radiação.
A fachada 3 (face sudeste) tem menor área envidraçada, com 24,1%, mas apresenta
grande área de reentrância, correspondente a 63% do total. Esta é uma face que
recebe em torno de 1232W/m² de radiação no verão, na parte da manhã, podendo
provocar superaquecimento. Mas a presença das reentrâncias pode amenizar os
efeitos da radiação, visto que não permitem a entrada de radiação nos ambientes
internos. No inverno esta face sofre com a falta da radiação solar, mas as
reentrâncias podem servir como área de transição, retardando a perda do calor
interno.
Quadro 36: Quadro com áreas de fachadas envidraçadas e opacas e influência da insolação. Elaborado pela autora, 2011.
Durante a observação do edifício, constatou-se que há proteção solar externa
apenas em uma das fachadas (fachada 1), com um beiral por pavimento, de
aproximadamente 30 cm100. A Figura 86 mostra um corte esquemático da relação
do beiral com o sol de inverno e de verão. O sol do verão sofre pequena
interferência do brise e, o de inverno, praticamente nenhuma, devido ao ângulo do
sol (sol mais baixo, menor ângulo). A proximidade com o edifício vizinho não permite
que o sol do inverno atinja os andares abaixo do sétimo pavimento.
100
Medida obtida a partir de escala de plantas cedidas pelo escritório Andrade Morettin.
1 2 3 4 5 6 totais
sombra resultante do entorno sim sim sim não* não* sim
insolação sim sim sim sim sim sim
módulos totais na fachada 136 88 112 64 128 32 472
proporção da fachada envidraçada (módulos) 68 39 27 33 57 21 206
porcentagem da fachada transparente 50,0% 44,3% 24,1% 51,6% 44,5% 65,6% 43,6%
proporção da fachada com alvenaria (módulos) 64 32 15 23 43 8 153
porcentagem da fachada opaca 47,1% 36,4% 13% 36% 34% 25% 32,4%
reentrância (módulos) 4 17 70 8 28 3 113
porcentagem da fachada com reentrância 2,9% 19,3% 63% 13% 22% 9% 23,9%
* sombra do próprio edifício
orientação
obs. Não foi possível visualizar os fechamentos dos apartamentos situados no pavimento térreo, portanto
todas as observações consideram do primeiro ao 8 pavimento. Na fachada 1 não é contabilizada a parte opaca
que veda a caixa de escada e elevadores, apenas as áreas referentes aos apartamentos, nas quais a fachada
modulada é considerada
fatores
195
Figura 86: Corte esquemático do funcionamento dos brises de 30 cm existentes na fachada 1. Elaborado pela autora, 2011
Vidros
A tecnologia do vidro permite, atualmente, que se conte com diversos acabamentos
e desempenhos diferentes. O vidro pode ser um aliado para o máximo
aproveitamento da luz natural, e também do calor, podendo apresentar
características próprias para evitar a sua entrada, de acordo com a necessidade do
projeto. Por essa razão é tão importante o conhecimento dos vidros disponíveis no
mercado, assim como de suas propriedades, para que se possa especificá-los
corretamente. Com o intuito de se buscar alternativas para fachadas residenciais,
foram analisados os produtos da CEBRACE e da Guardian para, posteriormente, ser
possível analisar o desempenho de cada um dos vidros.
Outro fator que sempre deve ser considerado, ao se analisar o desempenho de uma
fachada, é a fixação do vidro, isto é, o caixilho. O tipo de material utilizado para fixar
o vidro e o sistema estrutural, aliados à vedação, interferem diretamente no
desempenho do vidro como material de fachada. A estrutura e a vedação podem ser
responsáveis, respectivamente, pela transmissão de calor por meio dos caixilhos, ou
pelo vazamento de ar pela vedação, comprometendo o desempenho térmico de todo
o sistema de fachada.
196
Partindo-se do pressuposto de que foram utilizados vidros laminados101 no edifício
Fidalga 772102, passa-se a discutir as diversas possibilidades de vidros que
poderiam ser utilizados com o desempenho adequado. Para tal, foram consideradas
combinações de 2 vidros de 4mm, de tipos diferentes, com película intermediária de
PVB (polivinil butiral), resultando no vidro laminado (Figura 87), com desempenhos
distintas em relação ao fator solar e à transmissão luminosa. Foram analisados os
produtos dos dois fabricantes que atuam em solo brasileiro, Guardian e CEBRACE.
Figura 87: Corte de um vidro laminado. Imagem disponível em: www.sa.pt.sunguardglass.com/stellentdev/groups/sunguardsouthamerica/documents/web_assets/gi_002781.pdf. Acessado em: 30.05.2011
Segundo práticas do mercado, buscam-se vidros com transmissão luminosa em
torno de 50%103, e com o menor índice de fator solar possível, sendo estas as
características procuradas para edifícios de escritórios, visto que o vidro tem
utilização ainda restrita em envoltórias de edifícios residenciais em São Paulo. O
fator solar desejado, por sua vez, no caso de um clima quente como o paulistano, é
o mais baixo possível, lembrando que a decisão quanto ao material deve sempre
considerar a relação entre calor e quantidade de luz, sem prejudicar o conforto visual
e térmico do usuário.
Com o intuito de não alterar a estética transparente do edifício proposta pelo
arquiteto, serão considerados apenas vidros não reflexivos, evitando que a fachada
se torne um grande espelho. Na Tabela 2, são mostrados os diversos produtos dos
fabricantes de vidros no Brasil, que atendem às necessidades de controle solar. Os
vidros foram separados por cores, de acordo com suas propriedades de reflexão
externa. Os dados grafados em vermelho correspondem a vidros mais reflexivos;
101 De acordo com a Norma Brasileira (NBR7199, 1989), vidros em edifícios devem ser laminados ou aramados, quando tiverem peitoril abaixo de 1,10m, o que enquadra o caso detalhado.
102 Foram feitos contatos, mas não foi possível o acesso, junto ao arquiteto, a informações sobre o tipo exato
do vidro especificado. 103
Ana Carolina Granado (CEBRACE) apontou, como índice de transmissão luminosa desejado pelo mercado nacional, o índice de 50%. Lembra-se que são dados fornecidos por quem comercializa o produto.
197
aqueles em preto são relativos a vidros menos reflexivos; e os números grafados em
verde determinam padrões intermediários de reflexão104.
No caso de São Paulo, o ideal é que o vidro permita a passagem de um nível de luz
que não provoque o ofuscamento, principalmente nas orientações que recebem
radiação direta em qualquer estação do ano. No caso do edifício em foco, todas as
fachadas recebem luz do sol pelo menos em algum período do dia ou do ano.
Tabela 2: Relação dos vidros de controle solar laminados de 8 mm. As especificações em vermelho apontam produtos com alta reflexão, em verde, com média reflexão e, em preto, com baixa reflexão. Elaborado pela autora com base nos catálogos técnicos cedidos pela CEBRACE e Guardian.
104
Segundo Fernando Simões (Guardian), os parâmetros de mercado são considerados da seguinte forma: vidros com reflexão externa acima de 25%, muito reflexivos; entre 15% e 25%, de média reflexão; abaixo de 15%, de baixa reflexão.
Produto laminado Espessura
total
Cor Reflexão
externa (%)
Transmissão
luminosa (%)
Fator Solar
Emerald (Emerald 4mm +
float incolor 4mm)
8mm verde 11 65 0,5
verde 32 30 0,4
Prata neutro 28 13 0,27
prata 26 18 0,28
azul 22 13 0,28
cinza 18 26 0,37
incolor 10,7 54,4 0,57
verde 8,6 44 0,42
incolor 47 31,9 0,44
verde 39 28,6 0,37
cinza 21 19,5 0,39
incolor 17,1 47,8 0,43
verde 14,2 42 0,39
azul 11,6 35,8 0,39
Cool Lite skn (Cool lite skn
4mm + float incolor 4mm)
8mm incolor 17,9 50,7 0,34
incolor 34 15 0,28
verde 28 14 0,3
incolor 24 19 0,32
verde 20 17 0,33
incolor 16 34 0,44
verde 13 30 0,39
incolor 20 40 0,4
verde 17 35 0,39
incolor 28 35 0,39
verde 23 32 0,38
incolor 26 47 0,38
verde 22 42 0,39
cinza 13 29 0,36
incolor 10 66 0,59
verde 9 60 0,5
incolor 9 73 0,59
verde 9 65 0,51
cinza 7 45 0,5
incolor 11 69 0,4
8
Neutral 40 (neutral 40 4mm
+ incolor 4mm)
8mm
CE
BR
AC
E
Cool Lite (Cool lite 4mm +
float incolor 4mm)
Eco Lite (Eco lite 4mm +
float incolor 4mm)
Reflecta Float (Reflecta float
4mm + float incolor 4mm)
Cool Lite knt (Cool lite knt
4mm + float incolor 4mm)
GU
AR
DIA
N
Neutral 14 (neutral 14 4mm
+ incolor 4mm)
Royal Blue 40 (Royal Blue 40
4mm + incolor 4mm)
8mm
Silver 20 (Silver 20 4mm +
incolor 4mm)
8mm
Silver 32 (Silver 32 4mm +
incolor 4mm)
8mm
8mm
Neutral 70 (neutral 70 4mm
+ incolor 4mm)
8mm
Super Neutral 68 ( Super
neutral 68 4mm + incolor
4mm)
8mm
0,4
8mm
Neutral Plus 50 (Neutral
Plus 50 4mm + incolor 4mm)
8mm
Light Blue 63 (Light Blue 63
4mm + incolor 4mm)
8mm
8mm
8mm
8mm
cinza 55
198
A Tabela 3 mostra apenas os vidros com baixa reflexão, sem efeito espelhado, mais
semelhantes aos utilizados no Fidalga 772105. A partir dos parâmetros do mercado,
os números em vermelho apontam índices mais distantes e, em verde, os mais
próximos do desejado, tanto em relação à transmissão luminosa quanto ao fator
solar.
Tabela 3: Vidros de controle solar de baixa reflexão. Elaborado pela autora com base em catálogos técnicos cedidos pela CEBRACE e Guardian.
O Gráfico 10 e o Gráfico 11 mostram visualmente os valores, respectivamente, do
fator solar e da transmissão luminosa. Os retângulos em vermelho ressaltam as
melhores desempenhos do vidro, para o caso de São Paulo, segundo parâmetros de
mercado. Cruzando-se as informações dos dois gráficos, com o objetivo de
encontrar um bom coeficiente de transmissão luminosa aliado a um baixo fator solar,
chegou-se a duas boas opções de tipos de vidro: o Super Neutral 68106, na cor
cinza, e o Neutral 70, também na cor cinza.
105
Após observação in loco, constata-se que os vidros são transparentes e sem reflexão. 106
Atualmente este produto não está sendo produzido no Brasil na cor cinza, portanto não foi possível obter uma amostra.
Produto laminado Espessura
total
Cor Reflexão
externa (%)
Transmissão
luminosa (%)
Fator Solar
Emerald (Emerald 4mm
+ float incolor 4mm)
8mm verde 11 65 0,5
incolor 10,7 54,4 0,57
verde 8,6 44 0,42
verde 14,2 42 0,39
azul 11,6 35,8 0,39
incolor 10 66 0,59
verde 9 60 0,5
incolor 9 73 0,59
verde 9 65 0,51
cinza 7 45 0,5
incolor 11 69 0,4
8
CE
BR
AC
E
Eco Lite (Eco lite 4mm +
float incolor 4mm)
8mm
Cool Lite knt (Cool lite
knt 4mm + float incolor
4mm)
8mm
GU
AR
DIA
N
cinza 55 0,4
Light Blue 63 (Light Blue
63 4mm + incolor 4mm)
8mm
Neutral 70 (neutral 70
4mm + incolor 4mm)
8mm
Super Neutral 68 ( Super
neutral 68 4mm + incolor
4mm)
8mm
199
Gráfico 10: Desempenho dos vidros em relação ao fator solar. Desenvolvido pela autora, 2011.
Gráfico 11: Desempenho dos vidros em relação à transmissão luminosa. Desenvolvido pela autora, 2011.
A Figura 88 mostra, sobre fundo branco, a comparação entre o vidro comum (float
clear - 1), o Neutral 70 incolor (2) e o Neutral 70 cinza (3), demonstrando que o
Neutral 70 cinza é bem mais escuro do que os outros dois vidros presentes na
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
Fator Solar
Fator Solar
0
10
20
30
40
50
60
70
80
Transmissão luminosa (%)
Transmissão luminosa (%)
200
Figura 88, que o Neutral 70 incolor aproxima-se do efeito produzido pelo vidro
transparente comumente utilizado em caixilhos residenciais.
O Neutral 70 cinza (Figura 88) é um dos vidros laminados com o melhor
desempenho para o caso de São Paulo, devido às suas características de fator solar
(0,5) e de transmissão luminosa (45%), porém o aspecto do material é bem
acinzentado, alterando a percepção das cores do exterior, como se pode observar
na Figura 89. A Figura 89 revela a grande diferença de tonalidade entre o céu visto
através do vidro Neutral 70 cinza e a olho nu, além de apresentar uma certa reflexão
interna.
Outro fator a ser considerado é a cor da luz resultante da radiação que atravessa o
Neutral 70 cinza. Na Figura 90, a radiação que passa pelo vidro projeta uma luz
acinzentada sobre a superfície clara, diminuindo a luminosidade nos ambientes
internos. Além da luminosidade, a percepção do calor é alterada quando se expõe a
pele sob a luz que sofre a interferência do vidro, constatando-se uma sensível
diminuição do aquecimento resultante da radiação.
Figura 88: Relação de tonalidade entre o vidro Neutral 70 cinza (3), Neutral 70 incolor (2) e vidro float comum (1). Arquivo pessoal, maio 2011.
1
2
3
201
Figura 89: Foto do vidro Neutral 70 cinza contra a paisagem. Arquivo pessoal, junho 2011.
Figura 90: Foto do vidro Neutral 70 cinza contra superfície clara. Arquivo pessoal, junho 2011.
Análise do desempenho dos vidros em situações distintas de fachadas, sob
condições extremas de temperatura
Com o intuito de analisar o desempenho de diversas formas de conceber fachadas
de vidro, foi utilizada a planilha Fachada 2.1, desenvolvida pelo Laboratório de
sol incidente sobre superfície clara sem interferência de vidro
sol incidente sobre superfície clara com interferência de vidro
202
Tecnologia da Faculdade de Arquitetura da USP107. Como o edifício utilizado como
exemplo não apresenta andares tipo, e para que fosse possível analisar o
desempenho dos diferentes tipos de vidro, foi criada uma unidade espacial de
dimensão 3,0 m x 3,0 m, com pé direito de 2,70 m.
Para a elaboração dos dados comparativos foram adotados os seguintes parâmetros
na planilha Fachada 2.1:
U= 2,02 W/m² ºC - referente à alvenaria de bloco cerâmico de 6 furos, com 19
cm de espessura, acabado (ABNT NBR 15220-3:2005).
A temperatura externa considerada pela planilha é de 31,4ºC, às 15 horas, e
a umidade relativa do ar correspondente a 63%.
A umidade relativa do ar deve estar entre 40% e 60%, considerada zona de
conforto, segundo o CEPAGRI da UNICAMP108. O valor adotado na planilha
corresponde a 50%.
A temperatura de conforto adotada foi a de 26ºC, de acordo com Olgyay (1998, p. 17-18).
A taxa de renovação do ar adotada de 8 m (ASHRAE 1989).
Os valores relativos às características dos vidros foram extraídos de
catálogos da CEBRACE e Guardian.
No exemplo, que compreende uma alvenaria convencional, com abertura, foi
utilizada abertura cujas dimensões estão de acordo com o código de obras do
Município de São Paulo (15% da área de piso do ambiente).
No caso da alvenaria cega, foi contabilizada abertura de 0,20m x 0,20m, com
vidro comum, visto que o programa não aceita que a parede externa seja
totalmente cega.
O coeficiente U da cobertura corresponde ao mínimo possível, para não
influenciar na análise do desempenho do vidro109.
Da Tabela 4 à Tabela 8, foram sintetizados os resultados da planilha Fachada 2.1,
com o objetivo de mapear o desempenho de 5 tipos diferentes de vidro (vidros
107
Planilha disponível em: www.usp.br/fau/pesquisa/laboratorios/labaut/conforto/index.html. Acessado em: 11.03.2011 108
Informação disponível em: www.cpa.unicamp.br/artigos-especiais/umidade-do-ar-saude-no-inverno.html. Acessado em: 11.03.2011 109
Na realidade constatou-se que a mudança no coeficiente U da cobertura não alterou os resultados analisados.
203
comuns, vidro verde (Emerald), Neutral 70, Super Netral 68, Cool Lite 154 SKN),
comparando-os entre si e com alvenaria convencional, com janela e sem janela.
Foram escolhidos vidros simples e duplo, com diferentes características de
transmissão de luz e calor, para que se pudesse avaliar qual deles seria mais
interessante para cada situação de orientação existente em cada uma das fachadas.
A inserção de dados sobre alvenaria cega e com caixilho é feita para que se possam
comparar as situações de fachadas envidraçadas com o sistema de fachadas
convencional, usualmente aplicado em tipologias residenciais. Importante pontuar
que tais simulações acontecem para dias críticos de verão, quando a temperatura,
às 15 horas, alcança a marca de 31,4ºC e a umidade relativa do ar atinge 63%.
A Tabela 4, Tabela 5, Tabela 6, Tabela 7 e Tabela 8 apresentam os coeficientes dos
vidros e os materiais utilizados na simulação, assim como os resultados referentes à
temperatura interna, à temperatura da superfície do vidro e à quantidade de energia
necessária para condicionar artificialmente os ambientes internos, a fim de alcançar
a temperatura de conforto estabelecida.
A fachada 1 é a que menos recebe radiação solar durante o período do verão
(Quadro 31 e Quadro 32), mas, mesmo assim, a temperatura dos ambientes internos
pode chegar a 50,5ºC. O vidro com melhor desempenho, neste caso, é o Neutral 70,
com temperaturas internas de 41ºC, sendo que o vidro duplo (Cool Lite) é o que
apresenta o pior, com 50,5ºC. Até mesmo a alvenaria comum apresenta altas
temperaturas internas, entre 33,4ºC (parede cega) e 34,2ºC. O consumo energético
necessário para condicionar artificialmente os ambientes internos, contudo, é maior
quando há pele de vidro do que quando a vedação é em alvenaria. Por exemplo, em
se utilizando o Neutral 70, o consumo é de 16,2 kWh/mês/m², ao passo que, ao se
utilizar a alvenaria cega, é de 3,9 kWh/mês/m², isso porque a radiação que atravessa
o vidro provoca o acúmulo de calor (efeito estufa), enquanto a alvenaria, por sua
vez, transmite apenas o calor absorvido pelo material que a compõe.
A fachada 2 recebe em torno de 1807 W/m² de radiação em sua superfície,
resultando em temperatura interna de 31,7ºC a 34,4ºC. Neste cenário, a temperatura
interna da fachada envidraçada com Neutral 70 (31,7ºC) é menor do que a da
fachada com vedação em alvenaria, cega ou com janela (32,8ºC), inclusive
chegando a ser próxima da temperatura ambiente externa (31,4ºC). As fachadas 3 e
5 apresentam as mesmas temperaturas internas que a fachada 2, porém necessitam
204
de menos energia para se manterem condicionadas artificialmente, apresentando
índices que variam entre 3,9 kWh/mês/m² e 4,2 kWh/mês/m², no caso das
alvenarias, e 10,8 kWh/mês/m² e 20,2 kWh/mês m², no caso dos vidros, porque
recebem menos radiação do que a fachada 2, em torno de 1232 W/m².
As fachadas 4 e 6 são as que mais recebem radiação, respectivamente 1946 W/m² e
2139 W/m² (situação crítica em andares altos), consequentemente são as que
apresentam maiores temperaturas internas e maior necessidade de energia para
condicionar artificialmente os ambientes. No caso da fachada 6, revestida com Cool
Lite SKN, a temperatura interna pode chegar a 59,7ºC, enquanto a fachada 4, com o
mesmo material, chega a 54,3ºC.
Tabela 4: Comparativo do desempenho dos vidros na fachada 1 (azimute 335 graus). Elaborado pela autora.
tipo de fachada pele de vidro pele de vidro pele de vidro pele de vidro pele de vidro
alvenaria
cega*
alvenaria
com abertura
(dimensão
1,35 x 1,00
m**)
volume do
ambiente 24,3 24,3 24,3 24,3 24,3 24,3 24,3
tipo
vidro comum
incolor
(monolítico)
vidro verde
(monolítico)
vidro de
controle
solar
(laminado)
vidro de
controle
solar
(laminado) vidro duplo
caixilho
comum vidro
comum
monolítico
especificação float Emerald
Neutral 70
cinza
SuperNeutral
68 cinza
cool lite 154
SKN Incolor float
fornecedor cebrace Cebrace Guardian Guardian Cebrace cebrace
espessura 4mm 4mm 8mm 8mm 24mm 4mm
transmissão
luminosa 0,9 0,7 0,45 0,55 0,5 0,9
absorção 0,89 0,55 0,56 0,54 0,44 0,89
U (w/m²ºC) 6,3 5,7 5,16 5,16 1,6 6,3
alvenaria U (w/m²ºC) 2,02 2,02 2,02 2,02 2,02 2,02 2,02
0% 0% 0% 0% 0% 0% 0%
28 21,5 16,2 18,1 14,2 3,9 4,4
48,7 44,7 41 42,7 50,5 33,4 34,2
46,4 40,6 39,7 39,8 38,3 44 44,1
* alvenaria de bloco cerâmico de 6 furos com 19 cm de espessura acabado
** abertura com dimensões compatíveis à 15% da área interna do ambiente interno
FACHADA 1 - AZIMUTE 335º
satisfação dos usuários (%)
consumo energético para garantir
o conforto (KWh/mês m²)
temperatura ar ambiente interno
(ºC)
temperatura do vidro (ºC)
vidro
205
Tabela 5: Comparativo do desempenho dos vidros na fachada 2 (azimute 65 graus). Elaborado pela autora.
tipo de
fachada pele de vidro pele de vidro pele de vidro pele de vidro pele de vidro
alvenaria
cega*
alvenaria
com abertura
(dimensão
1,35 x 1,00
m**)
volume do
ambiente (m³) 24,3 24,3 24,3 24,3 24,3 24,3 24,3
tipo
vidro comum
incolor
(monolítico)
vidro verde
(monolítico)
vidro de
controle
solar
(laminado)
vidro de
controle
solar
(laminado) vidro duplo
caixilho
comum vidro
comum
monolítico
especificação float Emerald
Neutral 70
cinza
SuperNeutral
68 cinza
cool lite 154
SKN Incolor float
fornecedor Cebrace Cebrace Guardian Guardian Cebrace Cebrace
espessura 4mm 4mm 8mm 8mm 24mm 4mm
transmissão
luminosa 0,9 0,7 0,45 0,55 0,5 0,9
absorção 0,89 0,55 0,56 0,54 0,44 0,89
U (w/m²ºC) 6,3 5,7 5,16 5,16 1,6 6,3
alvenaria U (w/m²ºC) 2,02 2,02 2,02 2,02 2,02 2,02 2,02
0% 1% 1% 1% 0% 0% 0%
38,4 29,6 21,5 24,2 18,9 4 4,6
32,6 32,1 31,7 32 34,4 33 33
33 32,1 31,9 31,9 31,3 32,8 32,8
* alvenaria de bloco cerâmico de 6 furos com 19 cm de espessura acabado
** abertura com dimensões compatíveis à 15% da área interna do ambiente interno
FACHADA 2 - AZIMUTE 65º
vidro
consumo energético para
temperatura ar ambiente
interno (ºC)
temperatura do vidro (ºC)
satisfação dos usuários (%)
206
Tabela 6: Comparativo do desempenho dos vidros na fachada 3 e 5 (azimute 65 graus). Elaborado pela autora.
tipo de
fachada pele de vidro pele de vidro pele de vidro pele de vidro pele de vidro
alvenaria
cega*
alvenaria
com abertura
(dimensão
1,35 x 1,00
m**)
volume do
ambiente
(m³) 24,3 24,3 24,3 24,3 24,3 24,3 24,3
tipo
vidro comum
incolor
(monolítico)
vidro verde
(monolítico)
vidro de
controle
solar
(laminado)
vidro de
controle
solar
(laminado) vidro duplo
caixilho
comum vidro
comum
monolítico
especificação float Emerald
Neutral 70
cinza
SuperNeutral
68 cinza
cool lite 154
SKN Incolor float
fornecedor Cebrace Cebrace Guardian Guardian Cebrace Cebrace
espessura 4mm 4mm 8mm 8mm 24mm 4mm
transmissão
luminosa 0,9 0,7 0,45 0,55 0,5 0,9
absorção 0,89 0,55 0,56 0,54 0,44 0,89
U (w/m²ºC) 6,3 5,7 5,16 5,16 1,6 6,3
alvenaria U (w/m²ºC) 2,02 2,02 2,02 2,02 2,02 2,02 2,02
0% 1% 1% 1% 0% 0% 0%
20,2 15,9 12,3 13,6 10,8 3,9 4,2
32,5 32,1 31,7 32 34,4 33 33
33 32,1 31,9 31,9 31,3 32,8 32,8
* alvenaria de bloco cerâmico de 6 furos com 19 cm de espessura acabado
** abertura com dimensões compatíveis à 15% da área interna do ambiente interno
temperatura do vidro (ºC)
FACHADA 3 e 5 - AZIMUTE 155º
vidro
satisfação dos usuários (%)consumo energético para
garantir o conforto (Kh/mês
m²)
temperatura ar ambiente
interno (ºC)
207
Tabela 7: Comparativo do desempenho dos vidros na fachada 4 (azimute 229 graus). Elaborado pela autora.
tipo de
fachada pele de vidro pele de vidro pele de vidro pele de vidro pele de vidro
alvenaria
cega*
alvenaria
com abertura
(dimensão
1,35 x 1,00
m**)
volume do
ambiente
(m³) 24,3 24,3 24,3 24,3 24,3 24,3 24,3
tipo
vidro comum
incolor
(monolítico)
vidro verde
(monolítico)
vidro de
controle
solar
(laminado)
vidro de
controle
solar
(laminado) vidro duplo
caixilho
comum vidro
comum
monolítico
especificação float Emerald
Neutral 70
cinza
SuperNeutral
68 cinza
cool lite 154
SKN Incolor float
fornecedor Cebrace Cebrace Guardian Guardian Cebrace Cebrace
espessura 4mm 4mm 8mm 8mm 24mm 4mm
transmissão
luminosa 0,9 0,7 0,45 0,55 0,5 0,9
absorção 0,89 0,55 0,56 0,54 0,44 0,89
U (w/m²ºC) 6,3 5,7 5,16 5,16 1,6 6,3
alvenaria U (w/m²ºC) 2,02 2,02 2,02 2,02 2,02 2,02 2,02
0% 0% 0% 0% 0% 0% 0%
29,8 22,8 17,2 19,2 15 3,9 4,4
52,6 47,7 43,3 45,3 54,3 33,4 34,4
49,6 42,7 41,5 41,7 40 46 46,8
* alvenaria de bloco cerâmico de 6 furos com 19 cm de espessura acabado
** abertura com dimensões compatíveis à 15% da área interna do ambiente interno
temperatura do vidro (ºC)
FACHADA 4 - AZIMUTE 229º
vidro
satisfação dos usuários (%)
consumo energético para
garantir o conforto (Kh/mês
m²)
temperatura ar ambiente
interno (ºC)
208
Tabela 8: Comparativo do desempenho dos vidros na fachada 6 (azimute 229 graus). Elaborado pela autora.
A partir da análise dos dados coletados, pode se estabelecer uma relação direta
entre a quantidade de radiação recebida pela fachada e o calor interno. A grande
diferença entre os revestimentos vítreos e os opacos é a margem de oscilação entre
as temperaturas internas e o consumo energético para a manutenção do conforto
térmico por meio de ar condicionado. Citando um exemplo: a parede cega oscila
entre 33ºC e 33,5ºC, enquanto a parede com abertura oscila entre 33ºC e 34,8ºC. A
superfície envidraçada apresenta aumento nas variações de temperatura. No caso
do Neutral 70, essas variações oscilam entre 31,7ºC e 46,4ºC, uma amplitude de
mais de 14 ºC, enquanto no caso do Super Neutral 68 a diferença pode chegar a
25,3 ºC.
Em relação ao consumo energético para manter a temperatura interna dentro da
margem considerada de conforto (26ºC), com condicionamento artificial de ar, a
fachada 2 (azimute 65º) tem o pior desempenho entre as fachadas analisadas,
consumindo de 18,9 a 38,4 kWh/mês/m², entre os vidros, e de 4 a 4,6 kWh/mês/m²,
nas alvenarias convencionais. Isso porque, mesmo com temperaturas internas iguais
tipo de
fachada pele de vidro pele de vidro pele de vidro pele de vidro pele de vidro
alvenaria
cega*
alvenaria
com abertura
(dimensão
1,35 x 1,00
m**)
volume do
ambiente
(m³) 24,3 24,3 24,3 24,3 24,3 24,3 24,3
tipo
vidro comum
incolor
(monolítico)
vidro verde
(monolítico)
vidro de
controle
solar
(laminado)
vidro de
controle
solar
(laminado) vidro duplo
caixilho
comum vidro
comum
monolítico
especificação float Emerald
Neutral 70
cinza
SuperNeutral
68 cinza
cool lite 154
SKN Incolor float
fornecedor Cebrace Cebrace Guardian Guardian Cebrace Cebrace
espessura 4mm 4mm 8mm 8mm 24mm 4mm
transmissão
luminosa 0,9 0,7 0,45 0,55 0,5 0,9
absorção 0,89 0,55 0,56 0,54 0,44 0,89
U (w/m²ºC) 6,3 5,7 5,16 5,16 1,6 6,3
alvenaria U (w/m²ºC) 2,02 2,02 2,02 2,02 2,02 2,02 2,02
0% 0% 0% 0% 0% 0% 0%
34,8 26,5 19,7 22,1 17,3 4 4,5
58,1 51,9 46,4 48,9 59,7 33,5 34,8
54,1 45,5 44,1 44,3 42,4 50,5 50,6
* alvenaria de bloco cerâmico de 6 furos com 19 cm de espessura acabado
** abertura com dimensões compatíveis à 15% da área interna do ambiente interno
temperatura do vidro (ºC)
FACHADA 6 - AZIMUTE 245º
vidro
satisfação dos usuários (%)
consumo energético para
garantir o conforto (Kh/mês
m²)
temperatura ar ambiente
interno (ºC)
209
às das fachadas 3 e 5, recebe uma quantidade maior de radiação direta do que
todas as outras fachadas, chegando a 2575 W/m², enquanto as fachadas 3 e 5
recebem 513 W/m².
Tabela 9: Levantamento das radiações direta, difusa e global, das fachadas analisadas, durante o período do verão (dezembro - solstício). Tabela elaborada pela autora, com base em dados adquiridos de planilha desenvolvida pelo Prof. Dr. Dominique Fretin para sua tese de doutorado.
Qualidades das fachadas residenciais em vidro
Quando se discute a utilização do vidro em fachadas residenciais, devem-se
considerar, além das questões relativas ao desempenho do material, como vedação,
suas qualidades como parte da arquitetura. Anteriormente, nesta tese, já foram
ressaltadas as qualidades deste material quanto à transmissão da luz natural e de
calor. Mas quais outras vantagens o vidro pode oferecer?
Pode-se citar, respondendo à pergunta acima, a diversidade de acabamentos
(translúcidos, opacos, transparentes, espelhados e coloridos), que permite grande
flexibilidade de uso em fachadas, possibilitando diversos efeitos a serem
aproveitados como elementos arquitetônicos, como os exemplos da Figura 64,
Figura 3, Figura 35, Figura 37 e 19. O vidro permite, também, que se trabalhe a luz
de diferentes formas, alcançando desempenhos lumínicos diferenciados (Figura 41 e
Figura 49), como é o caso do uso de vidros translúcidos, que podem diminuir a
entrada da luz, tendo como consequência a perda da visibilidade do exterior, mas,
por outro lado, promovendo um ganho de privacidade.
O uso de elementos vítreos em fachadas também é responsável por aproximar o
usuário do exterior, mantendo uma relação constante entre interior e exterior, o que
pode se tornar um problema, em se tratando de privacidade. Áreas como banheiros,
cozinhas e áreas de serviço normalmente pedem um tratamento diferenciado quanto
à exposição. Outro problema é a necessidade da utilização da vedação que faz
fachada azimute época do ano
radiação
direta
(W/m²)
radiação
difusa
(W/m²)
radiação
global
(W/m²)
1 335 1642 1608 3251
2 65 2575 1608 4183
3 e 5 155 513 1608 2122
4 229 1516 1608 3124
6 245 2048 1608 3656
VER
ÃO
JAN
EIR
O
210
parte da fachada como superfície para apoio de bancadas de trabalho,
principalmente em cozinhas, criando um conflito entre a transparência do vidro e a
visibilidade da infraestrutura hidráulica, de gás, de elétrica e até mesmo o mobiliário.
O vidro permite que a superfície das fachadas seja totalmente homogênea, contínua,
inclusive nas áreas onde há caixilhos que abrem para ventilação, criando um volume
sem interrupções. Essa concepção de fachada cria um visual único, passível de
incorporar inclusive células fotovoltaicas e coletores solares, para minimizar o
consumo energético.
Outro fator favorável ao uso do vidro como vedação de fachadas é a fácil reposição
dos painéis que venham a sofrer danos. Alguns sistemas estruturais, como os
unitizados, permitem, inclusive, que o vidro seja trocado internamente, sem a
necessidade de balancins nem de andaimes. Há também a possibilidade de se
utilizarem vidros com acabamento autolimpante110, diminuindo, inclusive, a
necessidade de limpeza pela área externa do edifício.
Sistemas de fachada para vidros englobam uma estrutura metálica e painéis de
vidro, que chegam já dimensionados à obra. No caso de sistemas industrializados,
como os unitizados (capítulo 2), todo o painel de vedação chega pronto à obra,
havendo a necessidade apenas de encaixá-los na estrutura do edifício. Mesmo em
sistemas mais simples, o caixilho chega pronto na obra, inclusive com o vidro, sendo
encaixado em um contramarco instalado previamente no vão. Em ambos os casos a
montagem do caixilho é rápida e sem desperdícios, mas não permitem alterações de
última hora.
Análise dos resultados
O clima paulistano oferece alguns obstáculos ao uso de vidros em fachadas
residenciais. Em primeiro lugar, o clima quente e úmido promove uma grande
incidência de radiação solar nas fachadas dos edifícios, além de a umidade relativa
do ar elevada dificultar a ação dos mecanismos termorreguladores da pele, exigindo
que os ambientes proporcionem temperaturas mais baixas e taxas de renovação do
110
Nos vidros com acabamento autolimpante, uma camada de dióxido de titânio incorporada ao vidro é ativada pela radiação solar, mais especificamente pelos raios ultravioleta, que divide as partículas de sujeira levadas pela água da chuva. Informações adquiridas durante visita à Cebrace. Mais informações no site: http://www.cebrace.com.br/v2/produtos-aplicacoes/produtos/10. Acessado em: 15.02.2011
211
ar (ventilação) mais altas. Superfícies envidraçadas provocam o efeito estufa,
decorrente do acúmulo de radiação de onda curta nos ambientes internos,
aumentando a temperatura dos ambientes e diminuindo o conforto. Portanto,
materiais de vedação que permitem a entrada de radiação solar em grande escala
são prejudiciais para o equilíbrio entre a temperatura do ambiente e o conforto do
usuário.
A escolha de um material de fachada deve ser feita com base nas particularidades
do clima, na trajetória solar e no entorno. Portanto, o projeto arquitetônico deve se
beneficiar das variações de incidência da radiação solar em cada uma das fachadas,
durante os diferentes períodos do dia e do ano.
Quando uma fachada é projetada para uma área urbana deve-se considerar o
impacto do entorno sobre o sombreamento das superfícies externas da construção.
No caso do exemplo analisado, o sombreamento provocado pela proximidade de
três edifícios adjacentes prejudica a insolação, principalmente no inverno, das
fachadas 4 e 6, no pavimento térreo, evitando que o sol aqueça essas duas
fachadas. As sombras diminuem sua abrangência, à medida que se consideram os
pavimentos mais altos, mas, ainda no 4º andar, essas duas fachadas sofrem com a
falta de sol no inverno. Durante o verão, no entanto, as sombras interferem menos
na insolação do edifício, sendo que apenas as fachadas 1,4 e 6 têm parte do sol da
tarde interrompida pelo edifício vizinho, após as 17 horas.
No exemplo analisado, o entorno prejudica o conforto ambiental, visto que impede
que o calor do sol do inverno seja aproveitado pelas fachadas, ao mesmo tempo em
que não evita que o excesso de radiação incida sobre as fachadas envidraçadas do
edifício. Neste caso, o entorno foi prejudicial ao desempenho do edifício, visto que
prejudica o uso do aquecimento passivo do interior da unidades e permite que o
interior alcance altas temperaturas devido a grande exposição à radiação.
A orientação de um edifício também é responsável por ditar o quanto de radiação
solar incide sobre sua fachada, pois quanto mais radiação direta maior o calor e a
quantidade de luz que adentra o ambiente. Pode-se pensar, também, em aproveitar
essa radiação para produzir energia, agregando mais uma função à fachada.
No Edifício Fidalga 772, as fachadas com melhor potencial para a produção de
energia por meio da incidência da radiação solar são: no verão, as fachadas 4 e 6 e,
no inverno, as fachadas 1 e 2 (únicas que recebem radiação nesse período do ano).
212
Na Tabela 10 mostram-se os valores de radiação separados por pavimento e
estação do ano (inverno e verão). Pode-se constatar, pela análise dos dados, que o
verão acaba sendo responsável por uma incidência mais homogênea da radiação,
visto que há menor interferência (sombras) do entorno sobre as superfícies da
fachada. No inverno, a radiação fica concentrada em apenas duas das fachadas,
mas supera, em quantidade, as radiações incidentes durante os períodos quentes
do ano. Portanto, o aproveitamento da radiação solar, neste exemplo, é
comprometido pela restrita incidência do sol durante os períodos frios do ano,
quando se necessita de mais energia para aquecer água, iluminar ambientes e,
eventualmente, aquecer ambientes internos.
Tabela 10: Radiação solar por fachada e por pavimento. Elaborada pela autora com base nos dados do programa Luz do Sol.
Toda a questão da incidência da radiação, assim como a relação entre a insolação e
as superfícies envidraçadas depende do volume arquitetônico proposto. No caso do
Fidalga 772, todas as fachadas, com exceção da 3, apresentam mais de 50% de sua
superfície envidraçada, requerendo cuidados para que o conforto ambiental não seja
comprometido pelo efeito estufa. A fachada 6, por exemplo, apresenta a maior
parcela de vidro como vedação, sendo uma das orientações que mais recebe
radiação no verão (1745 - térreo e 2139 no 4º e 8º andares). Ao adicionarmos essa
informação aos dados das simulações sobre os vidros, constata-se que essa
fachada apresenta as mais altas temperaturas internas, portanto, necessita de
subterfúgios extras para auxiliar no controle do clima, como proteções solares
externas e persianas.
A fachada 3, além de ter apenas 24,1% de sua área envidraçada, 63% da mesma
apresenta reentrâncias, o que auxilia no controle da entrada da radiação solar. As
varandas tornam-se áreas de transição, onde é possível retardar a entrada do calor.
fachada
radiação solar
incidente (W/m²)
TÉRREO - VERÃO
radiação solar
incidente (W/m²)
4º e 8º - VERÃO
radiação solar
incidente (W/m²)
TÉRREO-
INVERNO
radiação solar
incidente (W/m²)
4º - INVERNO
radiação solar
incidente (W/m²)
8º - INVERNO
fachada 1 608 666 1600 1600 2987
fachada 2 1807 1807 2644 2644 2866
fachad 3 1398 1398 0 0 0
fachada 4 1578 1946 0 0 0
fachada 5 1398 1398 0 0 0
fachada 6 1745 2139 0 0 0
213
Nas simulações com vidros, na fachada 3, percebeu-se que esta era a fachada com
melhores temperaturas internas, mesmo sem qualquer tipo de artifício arquitetônico,
pois, com a redução de superfícies envidraçadas e reentrâncias, o clima interno
desta face, em dias quentes, mostrou-se o mais agradável.
Todas as questões de desempenho de uma fachada envidraçada esbarram nas
características do vidro utilizado. Dentre os vidros disponíveis no mercado brasileiro,
foram analisados de acordo com sua capacidade de permitir a entrada do calor e da
luz, duas qualidades primordiais para se determinar o desempenho da arquitetura
residencial. Tomou-se como base a necessidade de garantir o conforto térmico sem
prejudicar a iluminação natural, para determinar quais os produtos mais adequados
a projetos residenciais. Portanto, foram adotadas as práticas utilizadas pelo
mercado, nas quais a transmissão luminosa deve estar em uma faixa de 50% e, o
fator solar, o menor possível. Dentro desse raciocínio, foi escolhido o vidro Neutral
70, da Guardian, que apresentava melhor relação entre passagem de luz e calor, no
entanto, este produto altera a percepção das cores e aumenta as reflexões.
A partir do levantamento das características dos vidros foram selecionados 5 tipos
para serem analisados e comparados, quanto ao desempenho térmico, por fachada.
Descobriu-se que mesmo a alvenaria convencional não é capaz de garantir o
conforto térmico interno em períodos críticos do ano. Constatou-se que em três das
fachadas do exemplo, isto é, fachadas 2, 3 e 5, a temperatura interna do ambiente
simulado ficou em 31,7ºC quando utilizado o vidro Neutral 70. A temperatura interna
com vedação em vidro Neutral 70, nestes casos ficou menor do que a temperatura
interna de ambientes vedados com alvenaria comum, em torno de 33ºC.
Todas as temperaturas internas, independente do material de fachada, extrapolam a
temperatura ideal de conforto adotada, chegando a 50,5ºC, no caso do vidro duplo
Cool Lite, este totalmente inadequado à realidade paulistana. Vale lembrar que
todos os materiais foram analisados sob circunstâncias extremas de temperatura,
para o clima de São Paulo, podendo representar desempenhos aceitáveis em boa
parte do ano, visto que as temperaturas médias máximas durante o verão não
passam de 28ºC, segundo as Normais Climatológicas. Por tal motivo, questiona-se
em quantos dias no ano ocorrem temperaturas do ar de 31,4ºC, às 15 horas.
O uso do vidro em fachadas requer cuidados. Em parte, porque há uma gama
enorme de produtos com qualidades diferentes, que implicam em resultados
214
estéticos e funcionais completamente distintos. Por exemplo, existem vidros
coloridos, reflexivos, translúcidos e transparentes, com desempenhos, em relação à
transmissão de luz e calor, muito diferentes, possibilitando, também, a criação de um
volume arquitetônico com soluções estéticas diferenciadas, como nos exemplos da
Figura 32, Figura 35, Figura 36 e Figura 39. Usar vidros em fachadas requer
conhecimento das propriedades do vidro e do local onde este será empregado, para
que se possam equilibrar as qualidades do material com os requisitos climáticos e de
conforto de uma construção específica.
Quando se analisa o exemplo proposto, percebe-se que a grande quantidade de
vidro utilizada nas fachadas confere uma posição de destaque da construção em
meio à paisagem urbana paulistana. Pode-se atribuir tal destaque ao fato de a
tipologia residencial ser predominantemente formada por edifícios com vedações em
alvenaria, revestidas ou não de pastilhas ou cerâmicas, e pequenas aberturas, ao
passo que o Fidalga 772 amplia o contato entre as unidades e o meio externo, por
meio de suas grandes aberturas.
O vidro tem qualidades como: o aproveitamento da luz natural; a possibilidade de
usar o calor do sol para aquecimento no inverno; a variedade de cores e texturas; o
isolamento acústico, quando devidamente fechado; os diferentes desempenhos
diante da radiação solar; a fácil reposição de painéis danificados; e a rapidez de
montagem, diminuindo o tempo de obra. Estas qualidades demonstram o potencial
do vidro como material de vedação de fachadas residenciais de bom desempenho.
215
7. Considerações Finais
A arquitetura está em constante mutação, em busca de formas que atendam tanto a
requisitos técnicos quanto estéticos de sua época. Hoje os edifícios precisam ser
confortáveis e atender às necessidades de conforto com pequeno consumo
energético, requisitos esses em resposta a uma situação de crise energética
mundial. Essa necessidade de novos padrões leva ao desenvolvimento de novas
técnicas e de materiais que atendam às demandas do presente, sendo que o vidro é
um material cuja tecnologia veio se desenvolvendo, de modo que, hoje, é possível
ampliar a sua utilização na arquitetura, com ganhos cada vez maiores de espaço nas
fachadas.
Durante o desenvolvimento da pesquisa que fundamenta esta tese, foram
levantadas informações sobre o vidro, sobre os sistemas de fachadas envidraçadas
e sobre as características do clima paulistano e o conforto ambiental e, também,
sobre a eficiência energética que se consegue nos interiores. Estes quatro pontos
foram considerados de importância crucial para a determinação da viabilidade da
utilização do vidro como material de vedação em fachadas de edifícios residenciais.
No capítulo 5, levantou-se a situação atual das fachadas de edifícios residenciais e
como se dá a participação do vidro nas mesmas. Com essas informações passou-se
a observar um caso, analisando o desempenho térmico da edificação selecionada,
considerando todas as possíveis orientações solares do edifício, bem como as
diferentes possibilidades de se utilizar determinados tipos de vidros.
Destaca-se que a decisão de se utilizar vidro em uma fachada depende de uma
série de critérios que consideram, inicialmente, a análise do clima local do entorno
da obra, a trajetória solar e mesmo a forma da edificação, com suas necessidades
de conforto e eficiência energética e, além disso, focalizando o tipo de vidro
empregado e o sistema estrutural da fachada. No caso de fachadas envidraçadas,
nenhum desses aspectos pode ser ignorado, visto que um edifício eficiente é
sinônimo do equilíbrio entre todas essas variáveis.
O vidro, como todos os materiais, tem "defeitos e virtudes", dependendo de onde
venha a ser utilizado. A especificação do material é responsavel pela adequação ou
não a uma concepção de eficiência, tanto em relação ao conforto do usuário quanto
ao consumo energético. A grande variedade de produtos disponíveis no mercado
216
permite diversos usos e desempenhos, podendo ser utilizado numa grande
variedade de obras. Mas, para se especificar o material corretamente, devem-se
conhecer as necessidades locais da obra: variáveis climáticas e de conforto;
concepção arquitetônica; técnicas disponíveis; e orçamento.
Destaca-se que a tecnologia do vidro mudou rapidamente após a descoberta do
processo "float" de produção (vidro plano), na segunda metade do século XX. Essa
nova tecnologia de produção fez com que surgisse uma infinidade de tipos de vidros
com diversas propostas estéticas, propriedades quanto à transmissão de luz e calor,
acabamentos e várias possibilidades de utilizações diferentes, ampliando o espectro
de seu uso. Na arquitetura, o grande valor agregado ao vidro foi a possibilidade de
transformá-lo em um material com potencial de controlar a quantidade de luz e calor
que entra em um ambiente construído, conferindo a ele flexibilidade e versatilidade,
ampliando ainda mais o seu potencial de utilização em fachadas na construção civil.
O vidro, por si só, não é o único responsável pelo desempenho de uma fachada
como parte do desempenho térmico do edifício residencial. O sistema estrutural e as
vedações, que constituem a fachada externa do edifício, são essenciais para que se
garanta o sucesso da escolha do material. De nada adianta colocar um vidro com
características de controle solar, se a estrutura é mal vedada e permite vazamento
de calor. Todo o conjunto deve trabalhar em prol do conforto interno, sem gastos
excessivos com energia elétrica para alimentar equipamentos de ar condicionado e
iluminação artificial.
Em se tratando de sistemas de fachadas envidraçadas, a possibilidade de
industrialização dos componentes é um ponto favorável a este tipo de construção,
visto que os módulos de fechamento, isto é os caixilhos, são acoplados a uma
estrutura previamente instalada na edificação, como, por exemplo, os contramarcos,
diminuindo o tempo necessário para a conclusão do serviço na obra e o número de
funcionários necessários. Além do mais, componentes produzidos em escala
industrial beneficiam-se dos padrões de qualidade impostos à indústria, diminuindo
defeitos e minimizando a possibilidade de erros na sua implantação.
Sistemas de caixilhos e vidros utilizados como fechamento de fachadas são mais
leves do que a tradicional alvenaria, necessitando de estruturas mais delgadas.
Menor peso das estruturas resulta em menor consumo de material para estruturar
217
todo o sistema de fachadas do edifício e, consequentemente, menos recursos
financeiros.
Entre as funções de uma fachada observa-se ser importante aquela que se liga à
transição entre o interior e o exterior de uma edificação, sendo responsável por
proteger os usuários dos excessos do clima, quer seja do frio ou do calor. Para que
a arquitetura "funcione plenamente", esta deve estar de acordo com as
necessidades de conforto dos usuários do ambiente, equilibrando-as com as
variáveis externas - como insolação, temperatura externa e ventos - e internas -
temperatura de conforto dos usuários, número de ocupantes e equipamentos
existentes.
Desse modo, observa-se que a eficiência das construções depende do
conhecimento do clima local, para que se possam tomar decisões coerentes com o
comportamento dos estímulos externos à fachada. Um projeto equivocado, sem
preocupações que o adaptem à realidade local, pode levar a grandes investimentos
corretivos, provocando o uso de equipamentos de ar condicionado de alta potência,
à inclusão posterior de elementos de sombreamento ou, até mesmo, à inviabilidade
do uso do espaço. Portanto, a eficiência de um edifício requer planejamento desde
as primeiras etapas de projeto.
Quando se pensa na eficiência de um edifício, deve-se considerar o conforto de
seus usuários, que é fruto da relação entre o clima e a arquitetura. O conforto é
consequência de uma arquitetura adaptada ao clima, portanto, conhecer as
necessidades do público-alvo, assim como as atividades que serão desempenhadas
no interior da construção, é essencial para que o projeto seja bem sucedido. O
arquiteto deve conhecer os parâmetros de conforto, como o bem-estar do usuário,
para que, ao criar sua obra, possa dar o "valor ideal" para cada um dos aspectos
inerentes ao projeto. Há casos em que a orientação e a posição geográfica do
terreno pedem maior cuidado com o conforto térmico, como em locais quentes. Em
outros casos, o conforto visual deve ser planejado para controlar a entrada de luz
natural, devido à grande exposição à luminosidade. Já locais urbanos, em vias de
grande tráfego, exigem medidas para garantir o conforto acústico.
A aplicação do vidro em fachadas de edifícios residenciais, em resumo,
independentemente do tipo de tecnologia utilizada, não pode deixar de buscar
soluções para questões como: conforto térmico durante todo o dia e a noite;
218
iluminação natural durante o dia; privacidade e controle da transparência do vidro; e
conforto acústico.
Quando se fala sobre vidros em fachadas, uma das grandes dúvidas que surgem é
quanto ao receio do superaquecimento. O vidro comum tem características físicas
que "aprisionam" o calor nos ambientes internos, podendo transformá-los em
estufas. Observa-se que esta característica foi, muito provavelmente, um dos
motivos pelos quais os países do hemisfério norte adotaram o uso do vidro em um
grande número de fachadas. O clima, nos países frios, beneficia-se das
características de transmissão de calor e luz do vidro comum, diminuindo a
necessidade de aquecimento dos ambientes internos e de luz artificial, grandes
consumidores de energia. Por outro lado, países tropicais, como o Brasil, sofrem
com o problema inverso. Locais quentes, onde o efeito estufa é indesejado, faz-
se necessário manter o calor do lado de fora das construções, evitando grandes
gastos com o condicionamento do ar. Além do calor, o excesso de radiação solar
pode trazer também luminosidade em demasia, o que prejudica a qualidade do
conforto visual, sendo preciso controlar sua entrada para não prejudicar a utilização
do espaço interno. No entanto, com a chegada dos vidros de controle solar, o uso
desse material passou a ser viável, mesmo em áreas de incidência direta de
radiação solar, pois revestimentos específicos tornaram o produto capaz de refletir
ou diminuir a entrada de raios solares responsáveis pelo aquecimento e pela
luminosidade excessiva nos ambientes internos.
O equilíbrio entre fatores externos à construção, como o clima e as necessidades de
conforto dos usuários, pode gerar uma edificação menos dependente de energia,
por diminuir a necessidade de gasto energético para compensar discrepâncias entre
a temperatura externa e a temperatura de conforto. Essa dependência de energia,
das edificações, tem sido debatida por arquitetos, visto que as construções têm um
papel decisivo no consumo energético. No Brasil, por exemplo, as construções são
responsáveis por 45% do total de energia dispendida. Além do mais, o descompasso
entre a produção de energia e o seu consumo tem provocado uma mudança na
mentalidade daqueles que projetam edifícios, trazendo consequências à arquitetura.
Nesse sentido, a arquitetura passou a ter a responsabilidade de minimizar o
consumo de recursos e de funcionar de forma eficiente, com menor gasto de
energia.
219
Como consequência dessa mudança na mentalidade de se projetar a arquitetura,
buscando um mínimo consumo energético, surgiram certificações e selos que
atestam a eficiência das construções. O PROCEL, por exemplo, é uma iniciativa do
governo brasileiro, que busca a promoção da consientização, tanto de setores
técnicos quanto do consumidor final, a respeito da importância de se economizar
energia.
Durante a análise do estudo de caso, foi possível perceber a interferência do entorno
e das características climáticas da região, sob o ponto de vista do desempenho
térmico e lumínico da construção. O sombreamento proveniente dos vizinhos
atrapalha o aproveitamento da radiação solar como fonte de calor e luz, em
determinadas fachadas. Portanto, para se constatar níveis de eficiência de um
edifício residencial, todo o contexto ao seu redor precisa ser estudado para que
elementos externos à construção não tenham impacto negativo sobre a arquitetura
proposta.
Posteriormente, com o levantamento de informações sobre o desempenho dos
vidros, comparados à alvenaria convencional (cega ou com abertura), constatou-se
que, em temperaturas extremas, 31,4ºC, com umidade relativa do ar de 63%,
nenhum dos sistemas de fachadas, seja o convencional ou envidraçado, está dentro
das margens adotadas como nível de conforto. Em todas as situações de orientação
de fachadas e materiais, a temperatura interior superou os 26ºC, considerada como
temperatura interna de conforto. O vidro, no entanto, alcançou desempenho
compatível com o da alvenaria, em algumas orientações, o que mostra o potencial
do vidro como material de vedação. Por exemplo, nas fachadas 2, 3 e 5 do caso
analisado, a temperatura interna das simulações com o vidro Neutral 70 ficou abaixo
das temperaturas das alvenarias convencionais.
Mas por que utilizar vidros em fachadas residenciais?
Após toda a análise do referencial teórico e das simulações com o vidro, percebem-
se quatro campos de interesse com alto potencial para aplicação do vidro em
fachadas de edifícios residenciais, em São Paulo: variedade estética; conforto;
produção e conservação de energia; e agilidade de obra. Retomando a hipótese da
pesquisa, de que o vidro é um material com potencial para ser utilizado em fachadas
de edifícios residenciais, sem prejudicar o conforto ambiental de seus usuários,
verifica-se que o vidro, ao longo desta tese, mostrou- se eficiente energeticamente,
220
ou seja, independente do uso de equipamentos de ar condicionado. Comprova-se,
assim, a tese de que o vidro tem potencial para ser utilizado em fachadas de
edifícios residenciais, em São Paulo, sem prejudicar o conforto ambiental dos
usuários, com eficiência energética. Destaca-se que a viabilidade do uso do vidro
está na dependência de análises do entorno; relevo; trajetória solar e ventos;
características de transmissão, reflexão e absorção de radiação solar do material de
vedação para cada uma das orientações das fachadas de um edifício, dependendo
também da quantidade de vidro em cada uma das faces da construção.
Destaca-se, mais uma vez, que o vidro tem diversas possibilidades de acabamentos,
sejam eles espelhados, translúcidos, transparentes, coloridos ou texturizados. Cada
um deles, com diferentes propriedades, pode produzir efeitos e resultados distintos
quanto à absorção de luz e calor. Encontra-se, assim, um universo de possibilidades
de cores e formas, além de desempenho térmico e lumínico que podem ser
utilizados na arquitetura residencial.
A grande variedade de vidros de controle solar e suas características, em relação a
seus coeficientes de transmissão de luz e calor, permite que se encontre um produto
que atenda às necessidades de conforto térmico e lumínico do local, mais
especificamente da orientação solar da fachada.
Destaca-se que, com a tecnologia atual dos vidros, é possível balancear a
quantidade de radiação incidente e a desejada interiormente, promovendo o conforto
com o mínimo consumo de energia, mantendo a transparência ou translucidez da
fachada.
Além das características dos vidros quanto à radiação solar, também se tem como
primordial, para o seu funcionamento em prol do conforto ambiental, a estrutura do
sistema que compreende a fachada, bem como sua vedação. A partir do momento
em que a fachada é capaz de prover o conforto sem depender de equipamentos
mecânicos de condicionamento de ar, pode-se dizer que o projeto prima pela
qualidade da eficiência energética que propõe para seu desempenho. Isto porque a
fachada é capaz de estabelecer um equilíbrio entre a necessidade de conforto dos
usuários e a temperatura interna, esta resultante da relação entre o clima externo e
as propriedades térmicas da vedação.
Observa-se que há uma nova função das superfícies externas de uma edificação,
como a produção de energia, seja ela térmica (coletores solares) ou elétrica (células
221
fotovoltaicas). Um exemplo claro é o desenvolvimento de produtos para fachadas
que incorporam células fotovoltaicas, que tem aberto a possibilidade de transformar
fachadas em elementos construtivos capazes de produzir energia de fonte renovável
e de baixo impacto ambiental.
Por último, é importante destacar que sistemas industrializados permitem que a
construção ganhe agilidade, dependendo de menor manipulação no canteiro de
obras, o qual se beneficia da precisão dos processos industriais na confecção de
componentes para a construção. A grande vantagem dos caixilhos com painéis de
vidro é que estes chegam prontos à obra, havendo apenas a necessidade de
montagem no local designado, exigindo menor número de operários, porém estes
com qualificação específica. Quanto mais pronto chega o componente de fachada, à
construção, menor será o trabalho no canteiro de obra, reduzindo custos tanto com
mão de obra quanto com o aluguel de máquinas e de equipamentos, diminuindo o
tempo total da obra. Estes sistemas de fachadas de vidro também permitem a fácil
substituição de painéis, o que promove uma manutenção simplificada.
Assim sendo, o vidro tem um grande potencial como material de vedação a ser
utilizado em fachadas de edifícios residenciais, não apenas por suas características
estéticas, como a variedade de cores e texturas, mas também por suas propriedades
seletivas de transmissão de calor e de luz, no caso dos vidros de controle solar.
Além de constituírem sistemas de revestimento de fachadas com alto grau de
industrialização, agilizam o processo da montagem, minimizando erros e
desperdícios. Destaca-se, ainda, um potencial futuro, que é a possibilidade de
transformar as peles de vidro em "usinas" de geração de energia, reduzindo a
ocorrência de "apagões" e a dependência de grandes investimentos em
infraestrutura.
222
Anexo A: Tabela de avaliação de envoltória do PROCEL Edifica
223
Anexo B: Tabelas de radiação incidente geradas pelo programa Luz do Sol.
Nebulosidade de verão: 8,2 (Normais Climatológicas - quadro 15) Nebulosidade de inverno 6,2 (Normais Climatológicas - quadro 15) Latitude 23,55 Azimutes referentes as fachadas do Fidalga 772: 335; 65; 155; 245; 229
224
225
Índice de figuras
Figura 1: Fachada do Lake Shore Drive de Mies Van Der Rohe ............................... 15
Figura 2: Edifício da Swiss Re, em Londres (1997-2004), projetado por Norman
Foster ........................................................................................................................ 17
Figura 3: Innsbruck Nordpark Cable Railway, projetado por Zaha Hadid, com vidros
brancos curvos. ......................................................................................................... 19
Figura 4: New Meyer Hospital, em Florença, Itália. A cobertura de vidro recebe
película que contem células fotovoltaicas. ................................................................ 21
Figura 5: Feixe luminoso através de vidro comum. ................................................... 24
Figura 6: Mostra o comportamento da radiação solar incidente sobre três tipos de
vidros diferentes, o primeiro pouco reflexivo e absorvente; o segundo pouco reflexivo
e muito absorvente; e o terceiro muito reflexivo. Disponível em: (LECHNER, 2009, p.
247). .......................................................................................................................... 29
Figura 7: esquema da penetração da radiação em um vidro simples ....................... 29
Figura 8: esquema da penetração da radiação em um vidro verde .......................... 29
Figura 9: esquema de vidros absorventes e películas (fumês) ................................. 29
Figura 10: esquema de vidro e película reflexivos .................................................... 31
Figura 11: esquema de vidros multicamadas ............................................................ 31
Figura 12: esquema do processo off line de revestimento do vidro. Disponível em:
www.sa.pt.sunguardglass.com/IntroToAdvancedArchitecturalGlass/IntroducaaoVidro
deControleSolareEficienciaEnergetica/index.htm. Acessado em: 22.04.2011 .......... 34
Figura 13: Vidro com inserção de cerâmica, com o intuito de controlar o ganho de
calor .......................................................................................................................... 35
Figura 14: Imagem da Broadway, na cidade de Nova Iorque Arquivo pessoal,
setembro de 2010. .................................................................................................... 47
Figura 15: Detalhes das janelas do Hospital Paimio, na Finlândia, Projetado por Alvar
Aalto. (EHRSTROM, JETSONEN, et al., 2005, p. 35). .............................................. 52
Figura 16: Casa Dalton de Toledo,projeto de Joaquim Guedes (1962). (GRAÇA,
2007, p. 61) ............................................................................................................... 52
226
Figura 17: Edifício Lever House (1951-52) em Nova Iorque projeto do escritório
Skidmore, Owings and Merrill . .................................................................................. 53
Figura 18: Ilustração sobre os sistemas Stick, Unitizado e Híbrido, de fachadas-
cortina em vidro. ........................................................................................................ 56
Figura 19: Torre Almirante (2004), situada no Rio de Janeiro, projeto do arquiteto
Davino Pontual. Neste caso foi utilizado sistema de fachada em módulos pré-
fabricados. ................................................................................................................. 61
Figura 20: Rochaverá Corporate Tower (2006-2008), edifício comercial projetado por
Aflalo & Gasperini, em São Paulo, com estrutura da fachada oculta pelo vidro colado
com silicone. Disponível em:
www.aflaloegasperini.com.br/projeto_detalhe.php?lang=ENG&id=127. Acessado em:
04.03.2011 ................................................................................................................ 61
Figura 21: Corte do perfil de alumínio de um caixilho, no caso de vidro duplo
insulado. .................................................................................................................... 63
Figura 22: Esquema do funcionamento de uma fachada ventilada em vidro ............ 65
Figura 23: Detalhe das aberturas entre os painéis de uma fachada ventilada e a
passagem do ar ......................................................................................................... 65
Figura 24: Exemplos de cobogós. Disponível em: .................................................... 69
Figura 25: Duas situações, uma na qual a luz do sol é barrada pelo brise (imagem
superior) e a outra em que a inclinação dos raios de sol permite sua passagem pelo
brise (imagem inferior) Disponível em: ..................................................................... 69
Figura 26: Ilustração do funcionamento de uma light shelf ....................................... 69
Figura 27: Instituto do mundo Árabe (1981-1987), Paris, Jean Nouvel. Arquivo
pessoal, Paris 2007. .................................................................................................. 73
Figura 28: Imagem do interior do edifício Burjum Center, Dubai, projeto do escritório
KPF. Disponível em: www.kpf.com/project.asp?R=4&ID=193. Acessado em:
11.11.2010 ................................................................................................................ 74
Figura 29: Fachada do edifício Burjum Center, Dubai, projeto do escritório KPF.
Disponível em: www.kpf.com/project.asp?R=4&ID=193 Acessado em: 11.11.2010 . 75
227
Figura 30: Fachada do edifício Burjum Center, Dubai, projeto do escritório KPF.
Disponível em: www.kpf.com/project.asp?R=4&ID=193 Acessado em: 11.11.2010 . 75
Figura 31: Fachada sul envidraçada do Edifício Gifu (1994/1998) ............................ 76
Figura 32: Detalhe da face envidraçada do edifício Gifu, com o sol incidindo sobre a
fachada. (FRENCH, 2006, p. 181) ............................................................................ 76
Figura 33: Implantação do conjunto habitacional Logements sociaux rue de Picpus.
As flechas azuis mostram as fachadas voltadas para o exterior. A flecha rosa aponta
as fachadas para o pátio interno. Disponível em: http://ecdm.eu/wp-
content/uploads/2010/10/0828.jpg. Alterado pela autora. Acessado em: 15.04.2011
.................................................................................................................................. 77
Figura 34: Fachada envidraçada do edifício residencial Logements sociaux rue de
Picpus – Paris XII (Paris - 2005). Imagem disponível em:
www.dezeen.com/2009/01/29/paris-social-housing-by-ecdm/. Acessado em:
06.01.2011 ................................................................................................................ 77
Figura 35: Detalhe da fachada envidraçada do edifício residencial Logements
sociaux rue de Picpus – Paris XII (Paris - 2005). Imagem disponível em:
www.dezeen.com/2009/01/29/paris-social-housing-by-ecdm/. Acessado em:
06.01.2011 ................................................................................................................ 78
Figura 36: Edifício Macquarie, Sidney (2000) projeto de Renzo Piano .................... 79
Figura 37: Edifício Macquarie, Sidney (2000), projeto de Renzo Piano, detalhes dos
painéis de vidro operáveis. (abertos) ........................................................................ 79
Figura 38: Edifício Macquarie, Sidney (2000), projeto de Renzo Piano, vista do
interior da unidade habitacional. (FRENCH, 2006, p. 173) ....................................... 80
Figura 39: Fachada do Yerba Buena Lofts (2002), projeto de Stanley Saitowitz para
São Francisco. .......................................................................................................... 81
Figura 40: Yerba Buena Lofts (2002), projeto de Stanley Saitowitz para São
Francisco ................................................................................................................... 81
Figura 41: Interior de unidade no Yerba Buena Lofts (2002), projeto de Stanley
Saitowitz para São Francisco .................................................................................... 81
228
Figura 42: Esquema das perdas de calor pelo corpo humano. Figura modificada pela
autora Disponível em: www.gsd.inesc-
id.pt/~pgama/ab/Relatorio_Arq_Bioclimatica.pdf Acessado em: 21.03.2011 ............ 96
Figura 43: Exemplos de diferentes insolações simuladas pelo REVIT (programa de
projeto da AUTODESK) executados pela autora, 2011. ......................................... 105
Figura 44: modelos de abertura de caixilhos ........................................................... 111
Figura 45: Simulações do comportamento do vento em relação a uma edificação
com aberturas de tamanhos e orientações distintas. Foi utilizado software
FLUXOVENTO da PUC-RJ ..................................................................................... 114
Figura 46: Esquema de um edifício onde há efeito chaminé para ventilar e renovar o
ar interno ................................................................................................................. 115
Figura 47: Iluminância - como a luz não visível se comporta. ................................. 120
Figura 48: Luminância - como a luz não visível se comporta. ................................. 120
Figura 49: Igreja projetada pelo arquiteto Tadao Ando, em Osaka, Japão (1989). . 125
Figura 50: Corte esquemático de aberturas com diferentes tamanhos e sua relação
com a luz natural. Disponível em: ........................................................................... 126
Figura 51: Tipos de caixilhos e suas respectivas interferências quanto à luz
natural.http://pt.saint-gobain-glass.com/upload/files/3.1.3_o_vidro_e_a_luz.pdf
Disponível em: ......................................................................................................... 126
Figura 52: Esquema do funcionamento das Light Shelves ..................................... 131
Figura 53: Esquema do funcionamento dos Light Pipes ......................................... 131
Figura 54: Implantação da casa Beitcher, Califórnia, EUA, projeto do escritório W3
Architects. (MINGUET, 2009, p. 212) ...................................................................... 141
Figura 55: Casa Beitcher, Califórnia, EUA, projeto do escritório W3 Architects.
(MINGUET, 2009) ................................................................................................... 142
Figura 56: Imagem que mostra a circulação do ar e ventilação passiva na Casa
Beitcher, Califórnia, EUA, projeto do escritório W3 Architects. (MINGUET, 2009, p.
213) ......................................................................................................................... 142
229
Figura 57: Exemplo de etiqueta para edifício residencial das zonas climáticas de 1 a
4 .............................................................................................................................. 154
Figura 58: Placa fotovoltaica ................................................................................... 159
Figura 59: A Universidade Nacional da Austrália desenvolveu, junto com a UNSW
(University of New South Wale), uma nova tecnologia chamada Silver, que utiliza
90% menos de silício do que nas placas fotovoltaicas comuns. ............................. 160
Figura 60: Painéis solares coloridos que não necessitam de luz direta. ................. 161
Figura 61: COR Miami, edifício multifuncional construído em Miami, EUA, pelo
escritório Oppenheim, no qual as turbinas são acopladas em uma segunda pele do
edifício. .................................................................................................................... 163
Figura 62: Casa com placas fotovoltaicas incorporadas à cobertura, projeto de Sue
Roaf ......................................................................................................................... 164
Figura 63: Sierra Bonita é um edifício de apartamentos para usuários de baixa renda,
em Los Angeles, projetado pelo escritório Tighe Architecture. Na imagem pode-se
observar os painéis solares aplicados à fachada. Disponível em: /www.architecture-
view.com/2010/12/05/stylish-sierra-bonita-apartments-for-low-income-housing/.
Acessado em: 07.02.2011 ....................................................................................... 165
Figura 64: Edifício desenvolvido pelos estudantes da Universidade Técnica de
Darmstadt (Technische Universitat Darmstadt), na Alemanha. O volume cúbico é
todo revestido com painéis fotovoltaicos, inclusive a cobertura. Disponível em:
www.archithings.net/solar-powered-house-designed-by-students-of-the-technische-
universitat-darmstadt. Acessado em: 07.02.2011 ................................................... 165
Figura 65: Edifício Humanary, da construtora Cyrela, projeto do arquiteto Itamar
Berezin, situado no bairro do Brooklin. Disponível em: ........................................... 170
Figura 66: Edifício Blanc, da construtora Cyrela, projeto do escritório MCAA
arquitetos, situado no bairro do Campo Belo. Disponível em: ................................. 170
Figura 67: Fachada do Edifício Quintessence, da construtora Tecnisa, projeto de
Itamar Berezin. disponível: http://www.tecnisa.com.br. Acessado em: 21.05.2011. 170
Figura 68: Fachada do Edifício Ciragan da construtora Cyrela, projeto de Itamar
Berezin. Disponível em:
230
http://imgcdn.webcyrela.com.br/Content/img/Imoveis/ciragan/ProntoMorar/Large/2.jp
g. Acessado em: 21.05.2011 ................................................................................... 171
Figura 69: Edifício Aimberê 1749, projeto de Andrade e Marcelo Morettin. Disponível
em: :www.movimentoum.com.br/aimbere1749/popup.asp?area=projeto&img=1.
Acessado em: 21.05.2011 ....................................................................................... 172
Figura 70: Edifício Fidalga 727 projeto de Triptyque. Disponível em:
www.movimentoum.com.br/fidalga727/. Acessado em: 21.05.2011 ....................... 172
Figura 71: Fachada Sudeste (lado esquerdo da imagem) e Sudoeste (lado direito da
imagem) do Edifício Fidalga 772, do escritório Andrade & Morettin. Disponível em:
www.arcoweb.com.br/arquitetura/fotos/949/morettin-sete-sete-dois.jpg. Acessado
em:19.01.2011 ........................................................................................................ 172
Figura 72: Edifício Vitra, do arquiteto Daniel Libeskind, a ser construído na cidade de
São Paulo. Disponível em: www.edificiovitra.com.br/#Empreendimento. Acessado
em: 21.05.2011 ....................................................................................................... 173
Figura 73 Planta e elevação de modulo base para simulações de desempenho de
fachada. Elaborado pela autora .............................................................................. 176
Figura 74: Imagem de satélite do terreno do edifício Fidalga 772. O terreno foi
demarcado com linhas vermelhas pela autora. Fonte: Google Maps ...................... 178
Figura 75: Volumetria executada pela autora, 2011, do entorno do edifício Fidalga
772 (magenta) , vista a partir do Norte. ................................................................... 179
Figura 76: Volumetria executada pela autora, 2011, do entorno do edifício Fidalga
772 (magenta), vista a partir do Leste ..................................................................... 179
Figura 77: Volumetria executada pela autora, 2011, do entorno do edifício Fidalga
772 (magenta), vista a partir do Oeste .................................................................... 179
Figura 78: corte esquemático da volumetria executada pela autora, 2011 (edifício
Fidalga 772 em magenta) ....................................................................................... 179
Figura 79: Fachada 1 do Edifício Fidalga 772, do escritório Andrade & Morettin.
Disponível em: www.entre.arq.br/?page_id=759. Acessado em: 19.01.2011 ........ 180
Figura 80: Fachada voltada para a rua, do edifício Fidalga 772 do escritório Andrade
& Morettin. Arquivo pessoal, maio 2011. ................................................................. 180
231
Figura 81: Gráfico solar referente à insolação do edifício Fidalga 772, térreo.
Elaborado pela autora, 2011. .................................................................................. 181
Figura 82: Gráfico solar referente à insolação do edifício Fidalga 772, 4º andar.
Elaborado pela autora, 2011. .................................................................................. 181
Figura 83: Gráfico solar referente à insolação do edifício Fidalga 772, 8º andar.
Elaborado pela autora, 2011. .................................................................................. 182
Figura 84: Fachada voltada para a rua, do Edifício Fidalga 772, projeto do escritório
Andrade & Morettin, durante a obra. Imagem disponível no Blog de Miguel Martello
http://miguelmartello.wordpress.com/2010/08/27/quase-pronto/. Acessado em:
21.05.2011 .............................................................................................................. 192
Figura 85: Fachadas do edifício Fidalga 772. Imagens cedidas pelo escritório
Andrade & Morettin. ................................................................................................ 193
Figura 86: Corte esquemático do funcionamento dos brises de 30 cm existentes na
fachada 1. Elaborado pela autora, 2011 ................................................................. 195
Figura 87: Corte de um vidro laminado. Imagem disponível em:
www.sa.pt.sunguardglass.com/stellentdev/groups/sunguardsouthamerica/documents
/web_assets/gi_002781.pdf. Acessado em: 30.05.2011 ......................................... 196
Figura 88: Relação de tonalidade entre o vidro Neutral 70 cinza (3), Neutral 70
incolor (2) e vidro float comum (1). Arquivo pessoal, maio 2011. ............................ 200
Figura 89: Foto do vidro Neutral 70 cinza contra a paisagem. Arquivo pessoal, junho
2011. ....................................................................................................................... 201
Figura 90: Foto do vidro Neutral 70 cinza contra superfície clara. Arquivo pessoal,
junho 2011............................................................................................................... 201
232
Índice de gráficos
Gráfico 1: Carta bioclimática de Olgyay para zona de clima moderado nos EUA
(OLGYAY, 1998, p. 22) 87
Gráfico 2: Zonas de conforto ASHRAE de inverno e verão para pessoas com
vestimenta clo = 0,5 a 1,0. (ASHRAE Handbook—Fundamentals/ American Society
of Heating, Refrigerating and Air-, 2009, p. 12) 88
Gráfico 3: Carta Bioclimática com TRY de São Paulo. Disponível em:
www.labeee.ufsc.br/arquivos/publicacoes/dados_climaticos.pdf. Acessado em:
06.01.2011 91
Gráfico 4: Gráfico Solar para a cidade de São Paulo. Disponível no software SOL-AR
103
Gráfico 5: Taxas de ventilação recomendadas. (TOLEDO apud FROTA E
SCHIFFER, 2007, P.223). 116
Gráfico 6: Frequência de ocorrência dos ventos na cidade de São Paulo. Programa
SOL-AR, da Universidade Federal de Santa Catarina. 118
Gráfico 7: Velocidade dos ventos na cidade de São Paulo. Programa SOL-AR, da
Universidade Federal de Santa Catarina. 118
Gráfico 8: Consumo por setor de atividade de energia elétrica (Balanço Energético
Nacional - 2008) 150
Gráfico 9: distribuição do consumo energético residencial relativo aos
eletrodomésticos 151
Gráfico 10: Desempenho dos vidros em relação ao fator solar. Desenvolvido pela
autora, 2011. 199
Gráfico 11: Desempenho dos vidros em relação à transmissão luminosa.
Desenvolvido pela autora, 2011. 199
233
Índice de quadros
Quadro 1: Tipos de vidros utilizados em fachadas e suas características. Quadro
elaborado pela autora, com base em: HERZOG, 2008, p. 184-185. 18
Quadro 2: Características físicas do vidro como é aplicado à construção civil.
Elaborado pela autora com base em: (WIGGINTON, 2004) 23
Quadro 3: Quadro relacionando os tipos de vidro e sua capacidade de isolar o som
em diversas frequências. 1. Vidro monolítico; 2. Vidro laminado; 3. Vidro duplo; 4.
Vidro duplo laminado. 26
Quadro 4: Termos utilizados para descrever as propriedades do vidro em relação à
radiação solar. Elaborado pela autora, com base em dados Glass Association of
North America, disponível em:
www.glasswebsite.com/aia/Glass%20in%20Today's%20Architecture.pdf. Acessado
em: 24.04.2011 32
Quadro 5: Tipos de vidros de controle solar laminados com espessura total de
8mm da CEBRACE. Informações disponíveis em: www.cebrace.com.br/v2/produtos-
aplicacoes/produtos. Acessado em: 20.05.2011. 38
Quadro 6: Tipos de vidros de controle solar laminados, com espessura total de 8mm,
da Guardian. Informações disponíveis em:
www.sa.pt.sunguardglass.com/stellentdev/groups/sunguardsouthamerica/documents
/web_assets/gi_002781.pdf. Acessado em: 20.05.2011. 39
Quadro 7: Prós e contras da utilização de vidro em fachadas. Elaborado pela autora,
2011. 41
Quadro 8: Quadro sobre fachadas e suas especificidades. Elaborado pela autora,
com base em informações (HERZOG, KRIPPNER e LANG, 2008, p. 18) 49
Quadro 9: Síntese dos materiais utilizados, vantagens e desvantagens de fachadas
envidraçadas simples e duplas. 55
Quadro 10: Tipos de estruturação para fachadas envidraçadas. Elaborado pela
autora com base em: Modificações nas Normas devem redesenhar mercado de
esquadrias, 2010, Balanço dos avanços tecnológicos, 2005 e SCHITTICH, STAIB, et
al., 2007, p.52- -55. 59
Quadro 11: Fator solar das proteções solares externas e internas ao edifício.
Adaptado de 70
Quadro 12: Check list de parâmetros para análise de fachadas quanto à estrutura e
vedação. Elaborado pela autora. 83
234
Quadro 13: Temperatura mínima média, máxima média e média de chuvas em
milímetros, por mês, na cidade de São Paulo, utilizando-se a classificação climática
de Koeppen. Disponível em: www.cpa.unicamp.br/outras-
informacoes/clima_muni_565.html. Acessado em: 13.07.2010 89
Quadro 14: síntese do TRY de São Paulo. Onde tbs é temperatura de bulbo seco;
tbu temperatura de bulbo úmido e rad é radiação. Disponível em:
www.labeee.ufsc.br/arquivos/arquivos_climaticos/csv_2005/resumo/SaoPauloTRY19
54_05_resumo.pdf. Acessado em: 17.01.2011 90
Quadro 15: Normais climatológicas. (SÃO PAULO, 2000, p. 15) 92
Quadro 16: temperaturas de referência para zona de conforto, variações de acordo
com diferentes pesquisadores. Elaborado pela autora com base em informações
(OLGYAY, 1998, p. 17-18) 99
Quadro 17: dados sobre condução térmica, densidade e calor específico de alguns
materiais utilizados em envoltórias. Elaborado pela autora com base em dados
disponíveis em: 107
Quadro 18: Nível de iluminância de acordo com atividades humanas. 121
Quadro 19: Fatores mínimos de luz natural 122
Quadro 20: Estratégias para iluminação natural em edifícios. Elaborado pela autora
com base em: (LECHNER, 2009, p. 394-397) 129
Quadro 21: Valores de isolamento acústico (STC) de alguns materiais utilizados em
fachadas. Informação disponível em:
www.usp.br/fau/deptecnologia/docs/bancovidros/index.html. Acessado em:
05.05.2011. 136
Quadro 22: Limites de decibéis de ruídos externos e internos. Extraído da NBR
10152 136
Quadro 23: Variáveis climáticas e sua relação com a arquitetura. Desenvolvido pela
autora, com base em informações: (FROTA, et al., 2007 pp. 57-65). 139
Quadro 24: inter-relações entre arquitetura, clima e conforto ambiental. Elaborado
pela autora. 144
Quadro 25: descritivo das variáveis da Equação 1 (BRASIL, 2010 p. 17) 155
Quadro 26: Informações sobre empreendimentos de 3 e 4 dormitórios construídos na
zona sul, por 3 construtoras de renome em São Paulo: Cyrela, Tecnisa e Gafisa.
Foram utilizadas informações disponíveis no site das construtoras:
http://www.cyrela.com.br/sp; http://www.tecnisa.com.br ;http://www.gafisa.com.br.
Acessados em: 13.05.11 169
235
Quadro 27: Gráficos solares referentes à insolação nas fachadas do edifício Fidalga
772, no pavimento térreo. Elaborado pela autora, 2011, com o programa SOLAR.
184
Quadro 28: Gráficos solares referentes à insolação nas fachadas do edifício Fidalga
772, no 4º pavimento. Elaborado pela autora, 2011, com o programa SOLAR. 185
Quadro 29: Gráficos solares referentes à insolação nas fachadas do edifício Fidalga
772, no 8º pavimento. Elaborado pela autora, 2011, com o programa SOLAR. 186
Quadro 30: Número de horas de insolação e seus períodos. Elaborado pela autora.
A fachada 6, no 8º andar, recebe algo em torno de 1 hora de sol no inverno, mas,
como o período está fracionado, não foi considerado no quadro. 187
Quadro 31: radiação incidente nas fachadas no pavimento térreo, no verão.
Elaborado pela autora. 189
Quadro 32: radiação incidente nas fachadas, no 4º e 8º andares, no verão.
Elaborado pela autora. 190
Quadro 33: radiação incidente nas fachadas, no pavimento térreo, no inverno.
Elaborado pela autora. 190
Quadro 34: radiação incidente nas fachadas, no 4º andar, no inverno. Elaborado
pela autora. 190
Quadro 35: radiação incidente nas fachadas no 8º andar, no inverno. Elaborado pela
autora. 191
Quadro 36: Quadro com áreas de fachadas envidraçadas e opacas e influência da
insolação. Elaborado pela autora, 2011. 194
236
Índice de tabelas
Tabela 1: índices de PMV e PPD referentes à sensação térmica. Elaborado pela
autora, com base em (OLESSEN, 1982, p. 32)....................................................... 100
Tabela 2: Relação dos vidros de controle solar laminados de 8 mm. As
especificações em vermelho apontam produtos com alta reflexão, em verde, com
média reflexão e, em preto, com baixa reflexão. Elaborado pela autora com base nos
catálogos técnicos cedidos pela CEBRACE e Guardian. ........................................ 197
Tabela 3: Vidros de controle solar de baixa reflexão. Elaborado pela autora com
base em catálogos técnicos cedidos pela CEBRACE e Guardian. ......................... 198
Tabela 4: Comparativo do desempenho dos vidros na fachada 1 (azimute 335
graus). Elaborado pela autora. ................................................................................ 204
Tabela 5: Comparativo do desempenho dos vidros na fachada 2 (azimute 65 graus).
Elaborado pela autora. ............................................................................................ 205
Tabela 6: Comparativo do desempenho dos vidros na fachada 3 e 5 (azimute 65
graus). Elaborado pela autora. ................................................................................ 206
Tabela 7: Comparativo do desempenho dos vidros na fachada 4 (azimute 229
graus). Elaborado pela autora. ................................................................................ 207
Tabela 8: Comparativo do desempenho dos vidros na fachada 6 (azimute 229
graus). Elaborado pela autora. ................................................................................ 208
Tabela 9: Levantamento das radiações direta, difusa e global, das fachadas
analisadas, durante o período do verão (dezembro - solstício). Tabela elaborada
pela autora, com base em dados adquiridos de planilha desenvolvida pelo Prof. Dr.
Dominique Fretin para sua tese de doutorado. ....................................................... 209
Tabela 10: Radiação solar por fachada e por pavimento. Elaborada pela autora com
base nos dados do programa Luz do Sol. ............................................................... 212
237
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