alice rück drummond dias

280 Pages·2016·8.95 MB·Portuguese

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE TECNOLOGIA
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ARQUITETURA E URBANISMO
MESTRADO ACADÊMICO

ANÁLISE DO IMPACTO DO SOMBREAMENTO VEGETAL NO
CONFORTO TERMO-LUMINOSO EM EDIFICAÇÕES NO CLIMA
QUENTE E ÚMIDO

ALICE RÜCK DRUMMOND DIAS

Orientação: Aldomar Pedrini

Natal/RN, 2016
Alice Rück Drummond Dias

ANÁLISE DO IMPACTO DO SOMBREAMENTO VEGETAL NO
CONFORTO TERMO-LUMINOSO EM EDIFICAÇÕES NO CLIMA
QUENTE E ÚMIDO

Dissertação apresentada ao
Programa de Pós-graduação em
Arquitetura e Urbanismo, Mestrado
Acadêmico, da Universidade Federal do
Rio Grande do Norte, como parte dos
requisitos para obtenção do título de
Mestre.

Orientador: Aldomar Pedrini

Natal/RN, 2016
Catalogação da Publicação na Fonte. Universidade Federal do Rio Grande do
Norte / Biblioteca Setorial de Arquitetura.

Dias, Alice Rück Drummond.
Análise do impacto do sombreamento vegetal no conforto termo-
luminoso em edificações no clima quente e úmido/ Alice Rück
Drummond Dias. – Natal, RN, 2016
120f. : il.

Orientador: Aldomar Pedrini.

Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal do Rio Grande do
Norte. Centro de Tecnologia. Departamento de Arquitetura.

1. Paisagismo – Dissertação. 2. Iluminação natural – Dissertação.
3. Conforto térmico – Dissertação. 4. Eficiência energética – Dissertação.
I. Pedrini, Aldomar. II. Universidade Federal do Rio Grande do Norte.
III. Título.

RN/UF/BSE15 CDU 712
RESUMO
Este trabalho visa analisar o potencial do sombreamento vegetal no edifício para
promover conforto térmico, luminoso e eficiência energética, a partir de simulações
computacionais nos softwares DesignBuilder e Daysim. Foram simuladas diferentes
combinações de fator de céu visível (FCV), transparência da copa vegetal e
percentual de abertura da fachada (PAF) para edificação residencial térrea em Nata
/ RN, a fim de quantificar os impactos e propor recomendações projetuais. Os
modelos foram analisados por meio do método de conforto adaptativo indicado pela
ASHRAE Standard 55 (AMERICAN SOCIETY OF HEATING, 2010), classificação do
nível de eficiência energética do Regulamento Técnico da Qualidade para o Nível de
Eficiência Energética de Edificações Residenciais (RTQ-R), resultados de Daylight
autonomy (DA) e uniformidade da luz natural para as exigências lumínicas de 100-
300-500 lux. Os resultados demonstram grande potencial para integração da
vegetação na edificação, principalmente para os fatores de céu médio e grande, e
falta de coerência do RTQ-R para classificar as edificações da Zona Bioclimática 08
pelo método de simulação.
Palavras-chave: iluminação natural, conforto térmico; eficiência energética;
paisagismo; RTQ-R.
ABSTRACT
This master thesis aims to assess the landscape shading potential in building
cells to achieve thermal and lighting comfort, and efficiency energy, using
DesignBuilder and Daysim software. Simulations were carried out considering
different combinations of sky view factor, vegetation density and window to wall ratio
(WWR) for a sample of residential building in Natal / RN, in order to quantify their
impacts to support building design. The results were analyzed using the adaptive
thermal comfort method indicated by ASHRAE Standard 55, the Brazilian Energy
Labeling for Residential Buildings (RTQ-R), Daylight Autonomy results (DA) and
daylight uniformity for lighting requirements 100-300-500 lux. The results show great
potential for integration of vegetation in buildings, especially for medium and large
sky view factor, and a lack of RTQ-R coherence to classify buildings in bioclimatic
zone number 08 by the simulation method.
Keywords: daylight, thermal comfort; energy efficiency; landscaping; RTQ-R.
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 2-1: Típica fragmentação da energia de diferentes superfícies do paisagismo
durante o dia: as magnitudes relativas do fluxo de energia através dos vários
canais de dissipação são representadas pela largura das setas. ......................... 22
Figura 2-2: Efeitos de sombreamento conforme a posição do elemento arbóreo. .... 24
Figura 2-3: Formato de copa das espécies vegetais ................................................. 24
Figura 2-4: Obstrução vegetal na abóboda celeste por meio de máscara de sombra
em pontos do entorno e de uma janela, respectivamente. .................................... 25
Figura 2-5: Abstração de modelos de vegetação em softwares termo-energéticos .. 29
Figura 2-6: Simplificação dos modelos computacionais na forma da vegetação ...... 29
Figura 2-7: Simplificação dos modelos de vegetação no Software Daysim .............. 30
Figura 2-8: As Componentes da Luz Natural em relação a um ponto “P”. ................ 32
Figura 2-9: Situações de obstrução do céu da janela em um ponto do ambiente ..... 33
Figura 2-10: Cálculo de Fator de Céu Visível (FCV) ................................................. 34
Figura 2-11: Percentual de Abertura na fachada (PAF) ............................................ 35
Figura 2-12: Sombreamento ideal com obstrução da trajetória solar (em cinza) e
desobstrução da abóboda celeste (em amarelo), destacando os horários de
temperaturas mais altas. ....................................................................................... 35
Figura 2-13: Sombreamento otimizado para os trópicos para orientação Norte-Sul e
Leste-Oeste, respectivamente .............................................................................. 36
Figura 2-14: Sombreamento com brise e vegetação: a) Sombreamento com protetor
típico para oeste com obstrução visual; b) Sombreamento com arborização
permitindo maior integração interior exterior. ........................................................ 36
Figura 2-15: Resultados de DA (CINTRA, 2011) e UDI (CARVALHO 2014) em planta
.............................................................................................................................. 44
Figura 2-16: Resultados de DA Reinhart e Wienold (2011) em corte ........................ 44
Figura 2-17: Resultados de Reinhart e Wienold (2011) de UDI >500, UDI >2000, UDI
100-2000, UDI >100 em planta ............................................................................. 45
Figura 2-18: Resultados de Marques (2012) em gráfico de UDI pela profundidade do
ambiente ............................................................................................................... 45
Figura 2-19: Resultados de Marques (2012) em gráfico geral de classificação dos
modelos................................................................................................................. 46
Figura 2-20: Exemplo de apresentação dos resultados de Moreno (2015) para
recomendação de projeto...................................................................................... 46
Figura 2-21: Carta Psicrométrica de Natal/RN .......................................................... 47
Figura 2-22 – Exemplo da plataforma Gráfica do software DesignBuilder ................ 49
Figura 2-23 – Gráfico de conforto térmico adaptativo proposto por Negreiros (2010)
.............................................................................................................................. 51
Figura 2-24 - Modelo da Etiqueta Nacional de Conservação de Energia (ENCE) para
edificações comerciais e residenciais, respectivamente. ...................................... 52
Figura 2-25. Localização de Natal / RN no Brasil ...................................................... 55
Figura 2-26. Trajetória solar e rosa dos ventos de Natal/RN ..................................... 56
Figura 2-27. Radiação Solar Direta e Difusa em Natal / RN, para 2009.................... 56
Figura 3-1: Diagrama Geral dos Procedimentos Metodológicos ............................... 57
Figura 3-2: Variáveis da pesquisa - PAF, FCV e transparência da copa vegetal ...... 60
Figura 3-3: Situações de posicionamento da vegetação da análise exploratória ...... 61
Figura 3-4: Situações de diferentes FCV em edifícios ocasionada pela vegetação .. 64
Figura 3-5: Planta baixa do ambiente analisado ....................................................... 65
Figura 3-6: Composição da parede dos modelos ...................................................... 66
Figura 3-7: Composição da cobertura dos modelos .................................................. 66
Figura 3-8: Dimensão das aberturas dos Modelos - PAFs de 20%, 40%, 60% e 90%
.............................................................................................................................. 67
Figura 3-9: Configuração vegetal de sombreamento dos modelos para FCV pequeno
.............................................................................................................................. 68
Figura 3-10: Configuração vegetal de sombreamento dos modelos para FCV médio
.............................................................................................................................. 69
Figura 3-11: Configuração vegetal de sombreamento dos modelos para FCV grande
.............................................................................................................................. 69
Figura 3-12: Máscara de sombra dos modelos para FCV grande ............................. 70
Figura 3-13: Máscara de sombra dos modelos para FCV médio .............................. 70
Figura 3-14: Máscara de sombra dos modelos para FCV pequeno .......................... 71
Figura 3-15: Etapas da Obtenção do FCV conforme método de Carvalho (2014) .... 72
Figura 3-16: Mapa de sensores dos modelos ........................................................... 76
Figura 3-17: Exemplo de Ficha de desempenho de luz natural para cada modelo ... 81
Figura 3-18: Intensidade de ocupação estabelecido pelo RTQ-R para sala ............. 85
Figura 3-19: Intensidade de uso da iluminação do RTQ-R ........................................ 86
Figura 3-20 –Gráfico de resultados do método de conforto adaptativo proposto por
Negreiros (2010) ................................................................................................... 87
Figura 3-21: Exemplo de Ficha de desempenho de luz natural para cada modelo ... 90
Figura 4-1: Gráfico de desempenho luminoso geral dos modelos ............................ 93
Figura 4-2: Gráfico do impacto da transparência vegetal no desempenho luminoso 94
Figura 4-3: Gráfico de ocorrência de desconforto por calor dos modelos ................. 95
Figura 4-4: Resultados de Conforto Térmico – Modelos com PAF de 20% .............. 96
Figura 4-5: Resultados Detalhados de Conforto Térmico – Modelo 20peq20 ........... 97
Figura 4-6: Resultados de Conforto Térmico – Modelos com PAF de 40% .............. 98
Figura 4-7: Resultados de Conforto Térmico – Modelos com PAF de 60% .............. 98
Figura 4-8: Resultados de Conforto Térmico – Modelos com PAF de 90% .............. 99
Figura 4-9: Classificação de eficiência energética dos modelos pelo método de
simulação do RTQ-R ........................................................................................... 100
Figura 4-10: Infográfico de recomendação projetual de otimização termo-luminosa
para o paisagismo integrado ao edifício de aberturas para Norte em Natal / RN 104
Figura 4-11: Infográfico de recomendação de copas vegetais favoráveis para
otimização térmica e luminosa de ambientes para Norte em Natal / RN ............ 105
Figura 4-12: Infográfico de recomendação de posição de alinhamento da vegetação
para otimização térmica e luminosa de ambientes para Norte em Natal / RN .... 106
Figura 4-13: Infográfico de recomendação de posição e disposição da vegetação
para otimização térmica e luminosa de ambientes para Norte em Natal / RN .... 107
Figura 4-14: Infográfico de combinações recomendadas de FCV pequeno, PAF
(20%, 40%, 60% e 90%) e transparência da copa vegetal (40%, 20% e 0% opaca)
para visando otimização térmica e luminosa de ambientes para Norte em Natal /
RN ....................................................................................................................... 108
Figura 4-15: Infográfico de combinações recomendadas de FCV médio, PAF (20%,
40%, 60% e 90%) e transparência da copa vegetal (40%, 20% e 0% opaca) para
visando otimização térmica e luminosa de ambientes para Norte em Natal / RN
............................................................................................................................ 109
Figura 4-16: Infográfico de combinações recomendadas de FCV grande, PAF (20%,
40%, 60% e 90%) e transparência da copa vegetal (40%, 20% e 0% opaca) para
visando otimização térmica e luminosa de ambientes para Norte em Natal / RN
............................................................................................................................ 110
LISTA DE TABELAS
Tabela 2-1: Transmissividade a luz natural de espécies vegetais ............................. 26
Tabela 2-2: Atenuação da radiação solar de espécies vegetais ............................... 26
Tabela 2-3: Atenuação da radiação solar de espécies arbóreas ............................... 27
Tabela 2-4: Exemplo de análise dos estudos de Mardaljevic, Reinhart e Rogers
(2006) .................................................................................................................... 39
Tabela 2-5: Programas de simulação de luz natural ................................................. 40
Tabela 2-6: Resultado fornecido pelo Programa Daysim .......................................... 41
Tabela 2-7: Regras internacionais de profundidade do ambiente com relação à altura
de janela................................................................................................................ 43
Tabela 2-8 –Escalas para etiquetagem da envoltória com ventilação natural por Zona
Bioclimática do RTQ-R .......................................................................................... 53
Tabela 2-9. Propriedades Térmicas do RTQ-R para as Zonas Bioclimáticas do Brasil
.............................................................................................................................. 54
Tabela 3-1: Casos da análise exploratória da obstrução vegetal .............................. 61
Tabela 3-2: Máscaras de sombra da análise exploratória. ........................................ 62
Tabela 3-3: Máscaras de sombra da análise exploratória (cont.). ............................. 63
Tabela 3-4: Quantidade mínima de pontos conforme índice do Ambiente K............. 76
Tabela 3-5: Classificação do desempenho lumínico ................................................. 78
Tabela 3-6: Exemplo de parte II da ficha individual - Desempenho do Modelo ......... 82
Tabela 3-7: Símbolos do desempenho lumínico final ................................................ 82
Tabela 3-8: Coeficientes de pressão do modelo de exposição normal da edificação
.............................................................................................................................. 84
Tabela 3-9: Taxa metabólica para cada atividade do RTQ-R .................................... 85
Tabela 3-10: Densidade de potência instalada de iluminação do RTQ-R ................. 86