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research

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drops ISSN 2175-6716

abstracts

português
Faz-se aqui uma reflexão sobre o desempenho térmico e energético do edifício “caixa de vidro”, em climas quente, com base em fenômenos da física aplicada. Ao final, retoma-se a necessidade de revisão do uso generalizado do vidro sem proteção externa.

english
A reflexion about the thermal and energy performance of the glass-box building in warm climates is put forwarded here, based on the phenomena of the applied physics.

español
Se hace aqui una refleccion sobre el rendimiento térmico y energético del edifício “caja de vidrio” en climas calientes, basada en fenômenos de la física aplicada.

how to quote

GONÇALVES, Joana; et. al. O pobre desempenho ambiental dos escritórios em caixa de vidro. Conforto térmico e desempenho energético (parte 02/08). Drops, São Paulo, ano 21, n. 160.02, Vitruvius, jan. 2021 <https://vitruvius.com.br/revistas/read/drops/21.160/7999>.


Colagem-Manifesto 2
Colagem de Eduardo Pizarro / Collage by Eduardo Pizarro [Acervo pessoal / Personal collection]


O edifício de caixa de vidro é aquele do ambiente 100% controlado artificialmente, com condicionamento do ar e iluminação artificial, correspondendo a um conceito de conforto ambiental dos anos 1970, proposto por P. O. Fanger (1) e caracterizado por uma zona térmica restrita, de supostas temperaturas de conforto que oscilam ao redor de 22oC, com graves implicações do ponto de vista do conforto e do bem-estar dos usuários e da demanda energética. Em grande parte, por conta desta abordagem, nos anos 2000 o parque mundial de edifícios residenciais e comerciais já era responsável por aproximadamente 60% de toda eletricidade produzida globalmente (2).

Hoje em dia, cinquenta anos depois da popularização da caixa de vidro hermeticamente fechada, o mercado de edifícios de escritório dispõe de vidros comercializados como eficientes no controle da radiação solar, englobando diferentes tipos de coloridos, reflexivos, com tratamento de difusão da radiação (com aspecto leitoso), utilizados em fachadas de vidro simples, ou de vidros duplos, triplos e quádruplos. No entanto, fica a pergunta sobre a real influência destes vidros no desempenho ambiental final do edifício, tendo em vista as condições climáticas de uma cidade de clima quente como São Paulo.

O alto grau de isolamento térmico, natural dos vidros duplos e com mais camadas, não é a característica adequada para a envoltória de edifícios em climas quentes (mesmo em edifícios climatizados artificialmente por 100% do tempo), onde a radiação solar é a variável climática de maior impacto no ambiente térmico interno, e não a temperatura do ar externo, como acontece nos climas mais frios (3). Retomando o caso de São Paulo, a radiação global máxima em um plano horizontal desobstruído pode passar dos 1.000 W/m² em dias de verão, enquanto que as temperaturas máximas médias de 27,5oC para o mês mais quente, ficando este valor bastante de baixo de outras cidades de clima quente, como o Rio de Janeiro, onde a temperatura máxima média diária entre dezembro e março fica frequentemente acima de 30°C (4).

O isolamento dado pelo vidro duplo pode ser quatro vezes maior do que o do vidro simples. No cenário do vidro simples, o calor gerado internamente, além de ser retirado pelo sistema de condicionamento de ar, também se perde pelo vidro nos horários em que a temperatura interna é menor do que a externa (em decorrência do relativamente baixo isolamento térmico), o que, acontece em São Paulo com frequência nos primeiros horários da manhã e no final do dia, inclusive no verão. Enquanto isto, grande parte da radiação solar passa para o interior do edifício pela transparência do vidro, mesmo no caso daqueles com cor e com tratamento reflexivo, pois o fator de transparência se mantém, mesmo que reduzido pelo tratamento aplicado ao vidro.

Neste sentido, os vidros reflexivos são os piores, pois permitem a passagem da parcela da radiação associada ao calor propriamente dito associado às ondas longas de radiação, ao mesmo tempo em que barram a parcela responsável pela luz natural e, consequentemente, escurecem o ambiente, dando uma falsa impressão de que “o calor ficou do lado de fora”.

Sobre os componentes de fachada de vidro com aspecto leitoso, como o referente ao vidro chamado de U-glass (um tipo de tijolo de vidro de camada dupla no seu perímetro e uma cavidade de ar interna, que chegou recentemente à arquitetura comercial brasileira), a hipótese sobre o seu desempenho seria de que estes têm um efeito positivo no controle do ofuscamento provocado pela incidência da radiação solar direta, resultando em uma luz natural homogênea no ambiente interno, porém com as mesmas implicações e riscos de superaquecimento do interior inerentes aos demais tipos de vidro com mais de uma camada, ainda comprometendo a comunicação visual entre interior e exterior.

Ao contrário disto, o uso do sombreamento externo continua tendo um papel muito mais importante para o melhor desempenho ambiental e energético do edifício do que o isolamento da envoltória, em alguns casos tornando até viável a ventilação natural nos horários do dia de temperaturas mais amenas, uma vez que grande parte da radiação global fica do lado de fora da envoltória, consequentemente, contribuindo para o alcance de temperaturas internas mais amenas.

O acúmulo de calor gerado no interior de um edifício do tipo caixa de vidro exclusivamente por efeito dos ganhos solares (que se somam ao calor gerado internamente em função da ocupação) leva a quantidades elevadíssimas de carga térmica, que precisam ser retiradas pelo sistema de condicionamento de ar para que o mesmo possa ser ocupado. Cálculos simplificados de ganhos de calor solar, desenvolvidos por alunos do 4º ano do curso de Arquitetura e Urbanismo da FAU USP para edifícios típicos de fachada de vidro, mostraram que se tais cargas térmicas não fossem retiradas, teríamos ambientes com temperaturas do ar acima dos 40oC, enquanto a temperatura externa está por volta dos 24oC.

Olhando pela perspectiva energética, levantamentos in loco de uma amostra de edifícios coorporativos nas cidades do Rio de Janeiro e São Paulo, apontaram valores de consumo de até 268 kWh/m²/ano, onde a refrigeração do ar é tipicamente responsável por 50% do total (5). Enquanto isso, estudos analíticos desenvolvidos por Julia Galves (6) demonstraram a possibilidade de redução da carga de resfriamento de um modelo hipotético de edifício de caixa de vidro na cidade de São Paulo, de aproximadamente 130 kWh/m2 para 72 kWh/m2, em função do sombreamento adequado, associado a outras estratégias para o desempenho térmico e energético do edifício, como a exposição da estrutura interna de lajes para que essas atuem como sumidouro do calor gerado internamente pela ocupação.

Vale alertar que os mesmos estudos analíticos apontaram para um aumento de aproximadamente 20% da demanda energética de resfriamento de um edifício típico de escritório de envoltória envidraçada e sem proteção solar, para o ano de 2050, em um futuro de mudanças climáticas e consequente aquecimento do clima urbano.

Além do problema da demanda energética de resfriamento do ambiente interno, existe ainda o risco de desconforto, particularmente para aqueles que estão perto das fachadas envidraçadas, por conta do calor emitido pela face interna da fachada de vidro. Sabe-se que estes usuários ficam expostos ao contraste criado entre a temperatura média do ambiente (normalmente entre 22 e 24oC) e o ar frio insuflado pelo sistema de condicionamento de ar, junto ao plano interno das fachadas (que pode chegar aos 14oC), que é necessário para cortar as ondas de calor emitidas pelo vidro aquecido externamente pelo sol, por causa da falta de sombreamento externo.

A tentativa de barrar a radiação aplicando um fator solar ao vidro (adicionando cor), ou tratamento para a reflexão, acaba criando ambientes escuros em que a luz artificial passa a ser uma necessidade constante, diferente do que acontece no caso dos vidros leitosos, como já mencionado anteriormente. Mesmo com os tratamentos de A falta de proteção solar externa faz com que a radiação solar direta atinja o ambiente interno de trabalho (mesmo com os vidros coloridos), levando à colocação de algum tipo de proteção interna (como persianas dos mais variados tipos), que tem a tendência de escurecer o interior, isolando a comunicação visual entre interior e exterior.

Com isso, a promessa da comunicação visual trazida pela tecnologia do vidro cai por terra. Persianas do tipo rolô, que filtram a radiação solar, são uma opção disponível para o mercado brasileiro hoje, que deixa passar a luz natural necessária. No entanto, o calor continua passando para o interior. Por isso, a solução para fachadas de melhor resposta ambiental em cidades de clima quente como em São Paulo, passa pela revisão do uso generalizado do vidro e da criação de estratégias de sombreamento externo, incluindo a reinvenção do clássico elemento brise-solei, marcante da Arquitetura Brasileira Bioclimática.

notas

NA – A série de oito artigos intitulada “O pobre desempenho ambiental dos escritórios por trás da caixa de vidro” conta com os seguintes colaboradores: Amanda Ferreira, Ana Silveira, Aparecida Ghosn, Bruna Luz, Carolina Leme, Claudia Ferrara Carunchio, Cristiane Sato, Eduardo Lima, Erica Umakoshi, Guilherme Cunha, Julia Galves, Juliana Trigo, Karen dos Santos, Laís Coutinho, Larissa Luiz, Monica Uzum, Nathalia Lorenzetti, Paula Abala, Sheila Sarra, Sylvia Segovia.

NE – Este é o segundo de uma série de oito artigos sobre o tema do “desempenho ambiental”. A série completa é a seguinte:

GONÇALVES, Joana; et. al. Desempenho ambiental dos escritórios em caixa de vidro. Uma visão geral (parte 01/08). Drops, São Paulo, ano 21, n. 158.08, Vitruvius, nov. 2020 <https://vitruvius.com.br/revistas/read/drops/21.158/7926>.

GONÇALVES, Joana; et. al. O pobre desempenho ambiental dos escritórios em caixa de vidro. Conforto térmico e desempenho energético (parte 02/08). Drops, São Paulo, ano 21, n. 160.02, Vitruvius, jan. 2021 <https://vitruvius.com.br/revistas/read/drops/21.160/7999>.

O pobre desempenho ambiental dos escritórios em caixa de vidro: controle térmico e da qualidade do ar em tempos de pandemia (3/8).

O pobre desempenho ambiental dos escritórios em caixa de vidro: luz natural e artificial (4/8).

O pobre desempenho ambiental dos escritórios em caixa de vidro: conforto acústico (5/8).

O pobre desempenho ambiental dos escritórios em caixa de vidro: a força de transformação de estratégias arquitetônicas (6/8).

O pobre desempenho ambiental dos escritórios em caixa de vidro: o mito das certificações verdes (7/8).

O pobre desempenho ambiental dos escritórios em caixa de vidro: perspectivas futuras (8/8).

1
FANGER, P. O. Thermal comfort: analysis and application in environment engineering. Nova York, McGraw Hill, 1972.

2
IEA – International Energy Agency. World Energy Outlook 2009 <http://www.iea/electricity>.

3
FROTA, Anésia Barros; SCHIFFER, Sueli Ramos. Manual de conforto térmico. 7ª edição. São Paulo, Nobel, 2005.

4
INMET – Instituto Nacional de Meteorologia. Arquivos Climáticos 2018. 2019 <http://www.labeee.ufsc.br/downloads/arquivos-climaticos/inmet2018/>.

5
CBCS – Conselho Brasileiro de Construção Sustentável. DEO – Desempenho Energético Operacional em Edificações. Benchmarking de escritórios corporativos e recomendações para certificação DEO no Brasil. Relatório Final, 2015 <http://www.procel.gov.br>.

6
GALVES, Julia. Contemporary Translucent Buildings in São Paulo. Dissertação (Architecture and Environmental Design – AED, University of Westminster, 2019.

sobre os autores

Joana Carla Soares Gonçalves é arquiteta e urbanista pela UFRJ, mestre em Environment and Energy pela AA School of Architecture, doutora e livre-docente pela FAU USP. Orientadora dos programas de pós-graduação Arquitetura e Urbanismo da FAU USP e Architecture and Environmental Design, School of Architecture and Cities, University of Westminster, Londres. Profa. da AA School of Architecture, Londres. Diretora da Associação PLEA.

Roberta C. Kronka Mülfarth é arquiteta e urbanista pela FAU USP, mestre pelo Programa Interdisciplinar de Pós-Graduação em Energia da USP, doutora e livre-docente pela FAU USP. Orientadora de pós-graduação em Arquitetura e Urbanismo da FAU USP e no Programa de Educação Continuada – PECE, no curso de especialização de Gestão em Cidades, junto a POLI USP. Vice-coordenadora do USP Cidades. Chefe do Departamento de Tecnologia da FAU USP.

Marcelo de Andrade Roméro é professor titular da FAU USP. Arquiteto e urbanista pela UBC, mestre, doutor e livre docente pela FAU USP, Pós-Doc pela CUNY (USA). Orientador e professor dos programas de pós-graduação da USP, do Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo – IPT, da Universidade de Brasília, do Centro Universitário Belas Artes de São Paulo e da Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University.

Ranny Loureiro Xavier Nascimento Michalskié engenheira mecânica pela UFRJ, mestre e doutora em engenharia mecânica pela COPPE-UFRJ. Professora doutora da FAU USP, onde atua como docente no ensino e na pesquisa, na graduação e na pós-graduação. Coordenadora da Regional São Paulo da Sociedade Brasileira de Acústica – Sobrac. Participa da elaboração de normas técnicas brasileiras em acústica da Associação Brasileira de Normas Técnicas – ABNT.

Alessandra Rodrigues Prata Shimomura é arquiteta e urbanista pela PUC-Campinas, mestre pela Unicamp e doutora pela FAU USP. Professora pela Faculdade de Arquitetura e Urbanismo e Orientadora do programa de pós-graduação em Arquitetura e Urbanismo da FAUUSP. Advisor no Student Branch ArchTech Labaut da ASHRAE e Membro do Comitê PLEA (Passive and Low Energy Architecture) Chapter Latin America and the Caribbean (PLEA-LAC).

Eduardo Pimentel Pizarro é arquiteto e urbanista, mestre e doutor pela FAU USP. Professor da Universidade São Judas. É embaixador do LafargeHolcim Awards e já desenvolveu pesquisa na Architectural Association Graduate School, em Londres, e na ETH, em Zurique. Ganhador de prêmios como o Jovem Cientista (Brasília, 2012) e o LafargeHolcim Forum Student Poster Competition (Detroit, 2016).

Monica Marcondes-Cavaleri é arquiteta e urbanista, doutora e pós-doutora pela FAU USP. mestre pela AA Graduate School, Londres. Há 15 anos é consultora e pesquisadora em desempenho ambiental e eficiência energética da arquitetura. Especialista no uso de ferramentas avançadas de simulação computacional em avaliações dinâmicas e integradas de desempenho ambiental e eficiência energética. Auditora AQUA-HQE.

Marcelo Mello é engenheiro civil pela Politécnica USP, arquiteto e urbanista pela FAU Mackenzie, Mestre em Sustainable Environmental Design pela Architectural Association School of Architecture, Londres, e doutor pela FAU USP. Trabalhou com consultoria em sustentabilidade no Centro de Tecnologia de Edificações – CTE, e hoje atua como Diretor na Arqio Arquitetura e Consultoria.

João Pinto de Oliveira Cottaé arquiteto pela PUC-Campinas, mestre em Sustainable Environmental Design pela AA School of Architecture, Londres, e doutorando pela FAU USP. Sócio do escritório Oliveira Cotta Arquitetura. Em seu portfólio destacam-se o novo centro de P&D da empresa Siemens na Ilha do fundão, no Rio de Janeiro e a ampliação da estação de metrô Santo Amaro.

Juliana Pellegrini L. Trigo é arquiteta e urbanista pela FAU Mackenzie, pós-graduanda no programa de Arquitetura e Urbanismo da FAU USP, com foco em processo de projeto de edifício de alta desempenho. President Elect ASHRAE Brasil Chapter 2021/2022 e diretora do escritório Studio Symbios. Com mais de 20 anos de atuação, obteve publicações e premiações em concursos nacionais e internacionais.

 

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