sistemas de sombreamento em arquitectura

175 Pages·2009·12.17 MB·Portuguese

SISTEMAS DE SOMBREAMENTO EM ARQUITECTURA:

PROPOSTA DE UM NOVO MÉTODO DE CONCEPÇÃO E
DIMENSIONAMENTO

Milene Silva de Jesus Palhinha

Dissertação para a obtenção do Grau de Mestre em:
Arquitectura

JÚRI
Presidente: Prof. Dra. Maria Helena Neves Pereira Ramalho Rua (IST)
Orientador: Prof. Dra. Maria Luísa de Oliveira Gama Caldas (FAUTL)
Co-Orientador: Prof. Dr. António Heleno D. Moret Rodrigues (IST)
Vogal: Prof. Dr. Manuel de Arriaga Brito Correia Guedes (IST)

Abril 2009
SISTEMAS DE SOMBREAMENTO EM ARQUITECTURA: PROPOSTA DE UM NOVO MÉTODO DE CONCEPÇÃO E DIMENSIONAMENTO
Agradecimentos

AGRADECIMENTOS:

A autora gostaria de expressar o seu agradecimento a todos aqueles que contribuíram de natureza diversa
para a concretização deste estudo:

À Professora Doutora Luísa Caldas, orientadora do estudo, pela motivação, disponibilidade e preciosas
críticas e sugestões, feitas durante o desenvolvimento do trabalho, encaminhando o tema tratado nesta
dissertação.

Ao Professor Dr. Moret Rodrigues, co-orientador do estudo pela amabilidade de ter aceite o convite.

À Arquitecta Ana Tomé pela amabilidade e aconselhamento, apesar de pontual, para a execução dos
modelos físicos.

Ao Laboratório de Arquitectura Bioclimática do IST, pela cedência de utilização do equipamento para a
realização do estudo lumínico.

Ao amigo José Gama pela colaboração fotográfica.

À amiga Sara Santos pela colaboração nas medições lumínicas.

Aos atenciosos inquiridos, que sem os quais não haveria a avaliação subjectiva dos modelos em estudo.

A todos os amigos pelas inúmeras trocas de impressões, comentários ao trabalho e pela muita paciência e
amizade.

Aos familiares pela compreensão, estímulo e apoio incondicional em todos os momentos.

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SISTEMAS DE SOMBREAMENTO EM ARQUITECTURA: PROPOSTA DE UMA NOVO MÉTODO DE CONCEPÇÃO E DIMENSIONAMENTO
Resumo

SISTEMAS DE SOMBREAMENTO EM ARQUITECTURA:
PROPOSTA DE UM NOVO MÉTODO DE CONCEPÇÃO E DIMENSIONAMENTO

Milene Silva de Jesus Palhinha
Mestrado Integrado em Arquitectura
Orientadora: Prof. Dra. Maria Luísa de Oliveira Gama Caldas (FAUTL)
Co-Orientador: Prof. Dr. António Heleno Domingues Moret Rodrigues (IST)

Resumo

A arquitectura bioclimática é a resposta ao fenómeno do aquecimento global e à crise energética
internacional. Uma das estratégias principais da concepção bioclimática consiste na protecção do edifício
contra ganhos solares excessivos, diminuindo o consumo energético e simultaneamente permitir
adequados níveis de iluminação natural, mitigando a necessidade de iluminação artificial. Os sistemas de
sombreamento são o elemento preponderante no processo de concepção das fachadas de um edifício, no
seu papel no desempenho energético e na procura de um espaço interior com o máximo de conforto e
luminosidade que responda às preocupações ambientais e exigências arquitectónicas. Adicionalmente, os
sistemas de sombreamento têm ainda um papel fundamental na caracterização e definição da arquitectura
do edifício. Conceber e dimensionar um sistema de sombreamento em arquitectura requer igual atenção
aos aspectos funcionais e aos aspectos estéticos.

A presente dissertação aborda a dicotomia sombra e luz, iniciado pela revisão dos princípios de concepção
e desempenho dos sistemas de sombreamento e seguido de um levantamento dos sistemas actualmente
existentes no mercado e suas características. Analisam-se também alguns exemplos de sistemas de
sombreamento concebidos ou adaptados por arquitectos. Finalmente, é proposto um método de
concepção de um sistema de sombreamento, que resulte num equilíbrio entre a optimização do
sombreamento e a qualidade de iluminação natural, partindo das características climáticas do local e das
intenções arquitectónicas do projecto. Os modelos propostos são testados por meio de maquetas físicas,
em termos de geometria solar, níveis de luminosidade e por um inquérito efectuado a estudantes de
arquitectura.

Palavras-Chave
Arquitectura Bioclimática
Fachadas
Sistemas de Sombreamento
Iluminação

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SISTEMAS DE SOMBREAMENTO EM ARQUITECTURA: PROPOSTA DE UM NOVO MÉTODO DE CONCEPÇÃO E DIMENSIONAMENTO
Índice Geral

INDICE GERAL

INTRODUÇÂO ................................................................................................................................................................................. 9
Enquadramento ........................................................................................................................................................................... 9
Objectivos .................................................................................................................................................................................. 13
Metodologia ............................................................................................................................................................................... 13
Estrutura da tese ....................................................................................................................................................................... 14

1. PRINCÍPIOS TÉCNICOS E ESTRATÉGIAS DE DESENHO .................................................................................................. 16
1.1. Pressupostos ...................................................................................................................................................................... 16
1.1.1. Eficiência Energética .................................................................................................................................................. 16
1.1.2. Conforto ...................................................................................................................................................................... 17
1.2. Princípios Solares ............................................................................................................................................................... 19
1.2.1. Geometria Solar ......................................................................................................................................................... 20
1.2.2. Radiação Solar ........................................................................................................................................................... 25
1.2.3. Sombreamento e Iluminação ...................................................................................................................................... 29
1.3. Sistemas de Sombreamento como Estratégia da Construção Bioclimática ...................................................................... 32
1.3.1 Como Estratégia Passiva ............................................................................................................................................ 33
1.3.2 Como Estratégia Activa ............................................................................................................................................... 37

2. EVOLUÇÃO E LEVANTAMENTO DE SISTEMAS DE SOMBREAMENTO ............................................................................ 39
2.1. Evolução das técnicas de fachadas e de sistemas de sombreamento ............................................................................. 39
2.2. Classificação dos Sistemas de Sombreamento ................................................................................................................. 43
2.2.1. Exteriores ou Interiores .............................................................................................................................................. 43
2.2.2. Fixos ou Móveis .......................................................................................................................................................... 44
2.2.3. Sistemas avançados de controlo solar ....................................................................................................................... 44
2.3. Levantamento dos Sistemas de Sombreamento de Mercado ........................................................................................... 45
2.3.1. Palas Horizontais e Verticais ...................................................................................................................................... 45
2.3.2. Lamelas ou Brise-Soleils ............................................................................................................................................ 47
2.3.3. Malhas Metálicas ........................................................................................................................................................ 49
2.3.4. Portadas ..................................................................................................................................................................... 49
2.3.5. Venezianas ................................................................................................................................................................. 50
2.3.6. Estores de Bandas Horizontais .................................................................................................................................. 51
2.3.7. Telas de Rolo ou Estores verticais ............................................................................................................................. 51
2.3.8. Cortinas ...................................................................................................................................................................... 52

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SISTEMAS DE SOMBREAMENTO EM ARQUITECTURA: PROPOSTA DE UM NOVO MÉTODO DE CONCEPÇÃO E DIMENSIONAMENTO
Índice Geral

2.3.9. Toldos ......................................................................................................................................................................... 53
2.3.10. Vidros avançados de controlo solar ......................................................................................................................... 53
2.4. Exemplos de criações e adaptações de Sistemas de Sombreamento por Arquitectos ..................................................... 54
2.4.1. Edifício de Habitação na Rue des Suisses, Paris, França (1996-2000) .................................................................... 55
2.4.2. Centro Comercial Fünf Höfe, Munique, Alemanha (1999-2003) ................................................................................ 56
2.4.3. Laboratórios de Pesquisa Farmacêutica, Biberach, Alemanha (2000-2003) ............................................................. 58
2.4.4. Edifício extensão da Nikolai School, Leipzig, Alemanha (2000-2003) ....................................................................... 60
2.4.5. Edifício de Escritórios em Esslingen, Alemanha (2003) ............................................................................................. 61
2.4.6. Edifício de Habitação Social Carabanchel 16, Madrid, Espanha (2006-2007) .......................................................... 63

3. ESTUDO DE UM MÉTODO DE PROJECTO PARA UM SISTEMA DE SOMBREAMENTO ..................................................6 5
3.1. Definição do conceito, objectivos e estratégia ................................................................................................................... 65
3.1.1. Conceito ..................................................................................................................................................................... 65
3.1.2. Objectivos ................................................................................................................................................................... 65
3.1.3. Estratégia ................................................................................................................................................................... 66
3.2. Método para Optimização do Sombreamento .................................................................................................................... 66
3.2.1. Caracterização local ................................................................................................................................................... 66
3.2.2. Desenho e composição do vão .................................................................................................................................. 68
3.2.3. Dimensionamento dos elementos .............................................................................................................................. 68
3.2.4. Definição de princípios através da Geometria Solar .................................................................................................. 70
3.3. Estudo dos Níveis de Iluminação Natural .......................................................................................................................... 78
3.3.1. Elaboração do Modelo Físico ..................................................................................................................................... 78
3.3.2. Caracterização das Soluções ..................................................................................................................................... 80
3.3.3. Análise Quantitativa .................................................................................................................................................... 83
3.3.4. Análise Qualitativa ...................................................................................................................................................... 90

CONCLUSÕES .............................................................................................................................................................................. 98

BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................................................................................. 101

ANEXOS ....................................................................................................................................................................................... 106

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SISTEMAS DE SOMBREAMENTO EM ARQUITECTURA: PROPOSTA DE UM NOVO MÉTODO DE CONCEPÇÃO E DIMENSIONAMENTO
Índice de Figuras

INDICE DE FIGURAS

Figura 1 – Coordenadas Astronómicas: Latitude e Longitude ....................................................................................................... 21
Figura 2 – Estações do ano: Solstícios e Equinócios .................................................................................................................... 22
Figura 3 – Simulador Solar ............................................................................................................................................................. 23
Figura 4 – Relógio de Sol plano: latitude 40ºN, 10h, Equinócios ................................................................................................... 23
Figura 5 – Projecção estereográfica da Trajectória Solar .............................................................................................................. 24
Figura 6 – Posição relativa do Sol .................................................................................................................................................. 25
Figura 7 – Radiação Solar Directa e Difusa ................................................................................................................................... 26
Figura 8 – Fenómenos de trocas térmicas: Reflexão, Absorção e Transmissão ........................................................................... 27
Figura 9 – Factor Solar ................................................................................................................................................................... 30
Figura 10 – Iluminância .................................................................................................................................................................. 31
Figura 11 – Luminância .................................................................................................................................................................. 31
Figura 12 – Resposta à orientação ................................................................................................................................................ 34
Figura 13 – Incidência solar sobre pala horizontal ......................................................................................................................... 46
Figura 14 – Diagrama de eficiência do sombreamento nas palas horizontais ............................................................................... 46
Figura 15 – Diagrama do impacto de luz natural no espaço sobre pala horizontal ....................................................................... 46
Figura 16 – Incidência solar sobre pala vertical ............................................................................................................................. 46
Figura 17 – Diagrama de eficiência do sombreamento nas palas verticais ................................................................................... 46
Figura 18 – Incidência solar sobre Brise-Soleils ............................................................................................................................4 8
Figura 19 – Diagrama de eficiência de lamelas horizontais ........................................................................................................... 48
Figura 20 – Diagrama de eficiência de lamelas verticais ............................................................................................................... 48
Figura 21 – Diagrama de eficiência das malhas metálicas: malha pouco densa ...........................................................................4 9
Figura 22 – Diagrama de eficiência das malhas metálicas: malha muito densa ............................................................................4 9
Figura 23 – Incidência solar sobre venezianas interiores .............................................................................................................. 50
Figura 24 – Incidência solar sobre venezianas exteriores ............................................................................................................. 50
Figura 25 – Variantes do sistema Tela de Rolo: Corrente, Mola, Manivela, Motorizado ............................................................... 51
Figura 26 – Incidência solar sobre a tela, quando no exterior (à esquerda) ou no interior (à direita) ............................................ 52
Figura 27 – Incidência solar sobre os toldos .................................................................................................................................. 53
Figura 28 – Esquemas de inter-camadas em vidros duplos .......................................................................................................... 53
Figura 29 – Fachada do Edifício na Rue des Suisses ................................................................................................................... 55
Figura 30 – Detalhe Vertical de Fachada (Fig.29) ......................................................................................................................... 55
Figura 31 – Fachada do Centro Comercial Fünf Höfe ................................................................................................................... 56
Figura 32 – Detalhe Horizontal de Fachada (Fig.31) ..................................................................................................................... 56
Figura 33 – Fachada do Edifício Laboratório de Pesquisa Farmacêutica ......................................................................................5 8
Figura 34 – Detalhe Horizontal da Fachada (Fig.33) ..................................................................................................................... 58
Figura 35 – Fachada do Edif. Extensão da Nikolai School ............................................................................................................ 60

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SISTEMAS DE SOMBREAMENTO EM ARQUITECTURA: PROPOSTA DE UM NOVO MÉTODO DE CONCEPÇÃO E DIMENSIONAMENTO
Índice de Figuras

Figura 36 – Detalhes Verticais do Sistema de fachada (Fig.35) quando fechado e quando aberto .............................................. 60
Figura 37 – Fachada do Edifício de Escritórios em Esslingen ....................................................................................................... 61
Figura 38 – Detalhe Vertical de Fachada (Fig.37) ......................................................................................................................... 61
Figura 39 – Fachada do Edifício de Habitação Social em Carabanchel ........................................................................................ 63
Figura 40 – Detalhe interior da Fachada (Fig.39) .......................................................................................................................... 63
Figura 41 – Solução Comum à esquerda e Solução Base à direita ............................................................................................... 68
Figura 42 – Programa computacional SunTool .............................................................................................................................. 69
Figura 43 – Modelo Base ............................................................................................................................................................... 69
Figura 44 – Tipos de céu: Céu Limpo, Céu Parcialmente Encoberto, Céu Encoberto e Céu Uniforme ........................................ 78
Figura 45 – Dimensionamento do modelo ..................................................................................................................................... 79
Figura 46 – Maqueta ...................................................................................................................................................................... 79
Figura 47 – Modelos a elaborar para estudo da Iluminação .......................................................................................................... 80
Figura 48 – Modelo com Vão Aberto (sem sombreamento) .......................................................................................................... 80
Figura 49 – Modelo Comum ........................................................................................................................................................... 80
Figura 50 – Modelo Base ............................................................................................................................................................... 80
Figura 51 – Modelo A ..................................................................................................................................................................... 80
Figura 52 – Modelo A1 ................................................................................................................................................................... 81
Figura 53 – Modelo A2 ................................................................................................................................................................... 81
Figura 54 – Modelo A3 ................................................................................................................................................................... 81
Figura 55 – Modelo A4 ................................................................................................................................................................... 81
Figura 56 - Luxímetro ..................................................................................................................................................................... 81
Figura 57 – Material Real: Acabamento a branco .......................................................................................................................... 82
Figura 58 – Material 1: P.V.C. ........................................................................................................................................................ 82
Figura 59 – Material Real: Madeira ................................................................................................................................................ 82
Figura 60 – Material 2: Balsa envernizada ..................................................................................................................................... 82
Figura 61 – Material Real: Ripado Madeira .................................................................................................................................... 82
Figura 62 – Material 3: Ripado balsa envernizado ......................................................................................................................... 82
Figura 63 – Material Real: Rede Metálica ...................................................................................................................................... 83
Figura 64 – Material 4: Rede em Alumínio c/ perfuração de 1mm ................................................................................................. 83
Figura 65 – Padrão do material metálico em tamanho real ........................................................................................................... 83
Figura 66 – Grelha de Pontos ........................................................................................................................................................ 84
Figura 67 – Diagrama cromático de luz para Modelo Vão Aberto ................................................................................................. 84
Figura 68 – Diagrama cromático de luz para o Modelo Comum .................................................................................................... 85
Figura 69 – Diagrama cromático de luz para o Modelo Base ........................................................................................................ 86
Figura 70 – Diagrama cromático de luz para o Modelo A1 ............................................................................................................ 86
Figura 71 – Corte do modelo com gráfico do Factor Luz-Dia para os Modelos de Vão Aberto, Comum, Base e A1 ................... 87
Figura 72 – Diagrama cromático de luz para o Modelo A2 ............................................................................................................ 87

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SISTEMAS DE SOMBREAMENTO EM ARQUITECTURA: PROPOSTA DE UM NOVO MÉTODO DE CONCEPÇÃO E DIMENSIONAMENTO
Índice de Figuras

Figura 73 – Diagrama cromático de luz para o Modelo A3 ............................................................................................................ 88
Figura 74 – Diagrama cromático de luz para o Modelo A4 ............................................................................................................ 89
Figura 75 – Corte do modelo com gráfico do Factor Luz-Dia para os Modelos A1, A2, A3 e A4 .................................................. 89
Figura 76 - Corte do modelo com gráfico do Factor Luz-Dia para os Modelos em estudo ............................................................ 90
Figura 77 – Sundial, relógio de Sol ................................................................................................................................................ 90
Figura 78 – Modelo Comum (21/06, 15h00) .................................................................................................................................. 91
Figura 79 – Modelo Base (21/06, 15h00) ....................................................................................................................................... 91
Figura 80 – Modelo A1 (21/06, 15h00) ........................................................................................................................................... 91
Figura 81 – Modelo Comum (22/12, 15h00) .................................................................................................................................. 92
Figura 82 – Modelo Base (22/12 -15h00) ....................................................................................................................................... 92
Figura 83 – Modelo A1 (22/12 -15h00) .......................................................................................................................................... 92
Figura 84 – Modelo Comum (21/06 -12h30) .................................................................................................................................. 92
Figura 85 – Modelo Base (21/06 -12h30) ....................................................................................................................................... 92
Figura 86 – Modelo A1 (21/06 -12h30) .......................................................................................................................................... 92
Figura 87 – Modelo A2 (21/06 -12h30) .......................................................................................................................................... 93
Figura 88 – Modelo A3 (21/06 -12h30) .......................................................................................................................................... 93
Figura 89 – Modelo A4 (21/06 -12h30) .......................................................................................................................................... 93
Figura 90 – Modelo A4 (15/09 -10h00) .......................................................................................................................................... 93
Figura 91 – Modelo A3 (15/09 -10h00) .......................................................................................................................................... 93
Figura 92 – Modelo Comum (22/12 -12h30) .................................................................................................................................. 94
Figura 93 – Modelo A1 (22/12 -12h30) .......................................................................................................................................... 94
Figura 94 – Modelo A4 (22/12 -12h30) .......................................................................................................................................... 94

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SISTEMAS DE SOMBREAMENTO EM ARQUITECTURA: PROPOSTA DE UM NOVO MÉTODO DE CONCEPÇÃO E DIMENSIONAMENTO
Índice de Tabelas

INDICE DE TABELAS

Tabela 1 – Reflectância do Material 1 ............................................................................................................................................ 82 
Tabela 2 – Reflectância do Material 2 ............................................................................................................................................ 82 
Tabela 3 – Reflectância do Material 3 ............................................................................................................................................ 82 
Tabela 4 – Reflectância do Material 4 ............................................................................................................................................ 83 
Tabela 5 – Factor Luz-Dia para Vão Aberto ................................................................................................................................... 84 
Tabela 6 – Factor Luz-Dia para Modelo Comum ........................................................................................................................... 85 
Tabela 7 – Factor Luz-Dia para Modelo Base ................................................................................................................................ 86 
Tabela 8 – Factor Luz-Dia para Modelo A1 ................................................................................................................................... 86 
Tabela 9 – Factor Luz-Dia para Modelo A2 ................................................................................................................................... 87 
Tabela 10 – Factor Luz-Dia para Modelo A3 ................................................................................................................................. 88 
Tabela 11 – Factor Luz-Dia para Modelo A4 ................................................................................................................................. 89 
Tabela 12 – Resultados do inquérito em relação aos Elementos de Sombreamento ................................................................... 96 
Tabela 13 – Resultados do inquérito em relação ao Ambiente Interior ......................................................................................... 97 
Tabela 14 - Resultados do inquérito em relação à Ordem de Preferência dos Modelos ............................................................... 97 

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SISTEMAS DE SOMBREAMENTO EM ARQUITECTURA: PROPOSTA DE UM NOVO MÉTODO DE CONCEPÇÃO E DIMENSIONAMENTO
Introdução

INTRODUÇÂO

Enquadramento

“Es necessário aprender a ver la arquitectura no solo como los muros, las fachadas o la cubierta, sino
también como el espacio vital que fluye através de ellos y a su alrededor (…) deve ser saludable y
agradable al clima y sintetizar la experiencia construtiva de las generaciones que nos precedieron.”1

A arquitectura bioclimática surge hoje como uma opção fundamental na resposta tanto nas questões de
aquecimento global como da crise energética internacional. Uma das estratégias principais da concepção
bioclimática passa pela adequada protecção do edifício contra os ganhos solares excessivos, diminuindo o
consumo energético para arrefecimento, e simultaneamente permitindo elevados níveis de iluminação
natural, mitigando a necessidade de iluminação artificial. Os sistemas de sombreamento surgem como um
elemento preponderante no processo de concepção das fachadas de um edifício, quer pelo seu papel no
desempenho energético, quer na procura de um espaço interior com o máximo de conforto e luminosidade.
Adicionalmente os sistemas de sombreamento podem ter um papel fundamental na caracterização e
definição da imagem exterior da arquitectura do edifício, pela sua forma, geometria e materialidade
As fachadas de um edifício representam o seu interface com o ambiente exterior, o sol, a luz e o ar. Este
elemento, que estabelece a relação entre o sistema exterior e interior do edificado, necessita de se adaptar
às diferentes características dos espaços nas diferentes fases do dia e do ano.2 Estas questões são o
reflexo de preocupações directas na arquitectura e no ambiente urbano que a contextualiza, potenciado
pela contínua evolução tecnológica e pela crescente preocupação com os recursos ambientais.
Nos dias de hoje está presente a necessidade de um edificado transmitir essas preocupações, devido às
proporções elevadas que a crise energética global assume, associada ao uso de recursos energéticos não
renováveis (petróleo ou carvão) e sendo a responsável por sérios danos ambientais, desde a poluição
atmosférica, a destruição da camada de ozono, o aquecimento global, a perda do habitat da vida
selvagem, a desertificação e os abates de florestas que destroem os recursos naturais.
As crises energéticas atingem o mundo industrializado, a razão que leva à procura da racionalização do
seu uso e que leva os governos a procurar fontes de energia seguras para reduzir a dependência do
combustível importado, motivado não só pelas preocupações de ordem económica, como pela
consequente focagem dos problemas ecológicos.
Esta mudança de atitude, de defesa do meio ambiente, leva ao estudo de estratégias de desenho passivo
nos países industrializados do norte da Europa e EUA, que resultam em adaptações das “boas práticas”
utilizadas nas construções vernaculares, para exigências da época contemporânea. É uma atitude radical
que se reverte na consequente transformação da arquitectura que procura agora padrões mais exigentes
desde o desenho do planeamento urbano até ao pormenor do desenho do edificado. Estes desenhos são a
consequência da complexa relação de interdependência entre as condições climáticas, económicas,

1 VIQUEIRA, Manuel Rodríguez entre outros (2001) – Introducción à la Arquitectura Bioclimática, México: Limusa, p.10
2 Tony Fitzpatrick e Ove Arup & Partners cit. por YEANG, Ken (1996) – “The Skyscraper bioclimatically considered. A design primer” in External
wall and cladding, Wiley-Academy, Malaysia, p. 153

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