Gizela Peralta
DESEMPENHO TRMICO DE TELHAS: ANLISE DE MONITORAMENTO E NORMALIZAO ESPECFICA
Dissertao apresentada Escola de Engenharia de So Carlos, da Universidade de So Paulo, como parte dos requisitos para a obteno do Ttulo de Mestre em Arquitetura e Urbanismo.
Orientador: Prof. Assoc. Eduvaldo Paulo Sichieri
So Carlos
2006
AUTORIZO A REPRODUO E DIVULGAO TOTAL OU PARCIAL DESTE TRABALHO, POR QUALQUER MEIO CONVENCIONAL OU ELETRNICO, PARA FINS DE ESTUDO E PESQUISA, DESDE QUE CITADA A FONTE.
Ficha catalogrfica preparada pela Seo de Tratamento da Informao do Servio de Biblioteca EESC/USP
Peralta, Gizela
P426d Desempenho trmico de telhas : anlise de monitoramento e normalizao especfica / Gizela Peralta ; orientador Eduvaldo Paulo Sichieri. - So Carlos, 2006.
Dissertao (Mestrado-Programa de Ps-Graduao em Arquitetura e Urbanismo. rea de Concentrao: Arquitetura, Urbanismo e Tecnologia) - Escola de Engenharia de So Carlos da Universidade de So Paulo, 2006.
1. Monitoramento. 2. Desempenho trmico. 3. Normas. 4. Refletncia. 5. Absortncia. I. Ttulo.
Dedico esta dissertao memria de minha
querida av Augustinha
Agradecimentos
Deus por toda a f, esperana, confiana e sade mim concedidas;
Ao Prof. Assoc. Eduvaldo Paulo Sichieri, pela oportunidade, orientao, bom humor
e carisma;
Aos Professores Rosana Caram de Assis e Lucila Chebel Labaki por terem aceitado o
convite para participar da banca examinadora e pelo inquestionvel carisma;
Ao Professor Maurcio Roriz pela participao na banca de qualificao e pela
constante disponibilidade em esclarecer minhas dvidas;
Aos professores Osny Pelegrino Ferreira e Francisco Arthur Silva Vecchia pela
ateno e disponibilidade em fornecer informaes;
Sylvana Cardoso Miguel Agustinho, tcnica do laboratrio de Anlises Qumicas
Instrumentais do Instituto de Qumica de So Carlos/USP, pelo importante auxlio
nas anlises espectrofotomtricas;
Capes, pelo apoio financeiro;
Fapesp, pela concesso dos equipamentos de monitoramento e clulas teste;
Aos funcionrios do departamento de Arquitetura, sempre atenciosos e prestativos:
Serginho, Cenevia, Oswaldo, Ftima, Marcelinho, Paulo e Lucinda.
A meus pais por todo apoio incondicional, pacincia e confiana;
minha filha Camila;
Aos meus irmos Daniela e Gustavo;
Ao meu afilhado Rafael e minha sobrinha Mariana;
s minhas amigas especiais, Ana Carolina, Maria Ceclia, Alessandra, Adriana,
Priscila, Juliet, Flvia, Daniela, Carol e Rosana;
Aos amigos queridos que fiz em So Carlos e dos quais tenho sempre saudades.
RESUMO
PERALTA, G. (2006), Desempenho trmico de telhas: Anlise de
monitoramento e normalizao especfica, So Carlos, Dissertao (Mestrado)
Escola de Engenharia da So Carlos, Universidade de So Paulo.
O objetivo dessa pesquisa foi avaliar o desempenho trmico de telhas atravs do
monitoramento de clulas-teste existentes na cidade de So Carlos, comparar os
resultados com anlises espectrofotomtricas das amostras (das telhas das clulas
teste) para correlacionar os resultados com normas que fazem alguma referncia
ao desempenho trmico de telhas. Foram realizadas anlises comparativas das
temperaturas internas e da superfcie das telhas em quatro clulas teste: com telha
de ao, fibrocimento, cermica e material reciclado (de embalagem longa vida). Em
uma segunda etapa as telhas de ao e fibrocimento foram selecionadas para
receberem a aplicao de tinta ltex acrlico branco. Foi verificada, aps anlise
comparativa, a importncia do tratamento superficial externo em coberturas e a
necessidade de normas especficas para o desempenho trmico de telhas.
Palavras chaves: Monitoramento, desempenho trmico, normas, refletncia,
absortncia.
ABSTRACT
PERALTA, G. (2006), Thermal performance of tiles: Analises monitoring
and specific standard, So Carlos, Dissertation (Master) So Carlos Engineering
School, University of So Paulo.
The purpose of this research was to evaluate the thermal performance of roofs by
monitoring existing test cells in the city of Sao Carlos, and comparing the results
with the spectrophotometric analyses of the samples (the roofs of the test cells) for
correlating the results with the standards associated with the thermal performance
of tiles. Comparative analyses were carried out of the internal temperature and the
temperature of the surface of the roofs in four test cells: roofs made of steel,
asbestos cement ceramic and recycled material (long-life packaging). At the second stage a white latex acrylic paint was applied to the steel and asbestos
cement roofs. This confirmed, following a comparative analysis, the importance of
the treatment of the external surface of the roofs, and the necessity for specific
standards for the thermal performance of roofs.
Key words: Monitoring, thermal performance, standards, reflection, absorption.
Sumrio Resumo Abstract 1. Introduo 8 2. Reviso da Literatura Primeira Parte 14 2.1 Caracterizao climtica da regio de So Carlos 14 2.2 So Carlos segundo o zoneamento bioclimtico 2.3 Clima e ambiente construdo 16 2.4 Espectro eletromagntico e espectro solar 19 2.4.1 Espectro eletromagntico 19 2.4.2 Espectro solar 20 2.5 Conceitos fsicos de transmisso de calor 22 2.5.1 Conduo 26 2.5.2 Conveco 27 2.5.3 Radiao 28 2.5 Propriedades termofsicas e caractersticas dos materiais 28 2.6 Coberturas 32 2.7 Desempenho trmico de telhas 34 2.7.1 Influncia da refletncia na temperatura superficial dos materiais 38 Segunda Parte 2.8 Normalizao 40 2.8.1 A ABNT e o processo de normalizao 40 2.8.2 Normas e projetos de normas brasileiras 42 2.8.2.1 NBR 15220 44 2.8.2.2 Projeto de norma de desempenho de edifcios habitacionais 46 at cinco pavimentos 2.8.3 Normas para produtos ecolgicos 49 3. Materiais e mtodos 50 Primeira Parte 3.1.1 Estao meteorolgica 50 3.1.2 Clulas teste monitoradas 53 3.1.3 Instalao dos sensores 55 Segunda Parte 3.2.1 Amostras ensaiadas 57
3.2.2 O espectrofotmetro 58 4. Resultados 60 Primeira Parte Desempenho trmico de vero 60 4.1 Dados climticos 61 4.2 Dados da clula-teste com telha cermica. 64 4.2.1 Temperatura do ar externo e temperaturas internas 64 4.3 Dados da clula-teste com telha de material reciclado 66 4.3.1 Temperatura do ar externo e temperaturas internas 66 4.4 Dados da clula-teste com telha de ao 68 4.4.1 Temperatura do ar externo e temperaturas internas 68 4.5 Dados da clula-teste com telha de fibrocimento 73 4.5.1 Temperatura do ar externo e temperaturas internas 73 4. 6. Comparao entre todos os resultados 78 4.7 Comparao entre fibrocimento e ao 80 4. 7.1 Temperaturas internas 80 4. 7.2 Temperaturas superficiais internas 83 4. 7.3 Resultados 85 Segunda Parte 4.8 Anlises espectrofotomtricas. 88 5. Discusso 97 5.1 Anlises comparativas dos resultados de monitoramentos de temperaturas 99 e de medio de refletncia no espectrofotmetro 5.1.1 Temperaturas superficiais 101 5.1.2 Temperaturas internas 101 5.2 Comparao dos critrios delimitados na NBR 15220 e no PNBR 102 02:136.01.007 e os resultados de monitoramento. 6. Concluses 109 6.1 Sugestes para pesquisas futuras 112 7. Referncias Anexo A 118 Anexo B 120 Anexo C 127 Anexo D 128
1 Introduo
A temperatura interna das edificaes sofre considervel influncia de fontes
internas (cargas trmicas oriundas de equipamentos, iluminao artificial, etc.) e
externas (variveis climatolgicas, especialmente a temperatura do ar e a radiao
solar). O telhado, em virtude de sua intensa exposio radiao solar, durante
todo o dia, tem uma importncia significativa no desempenho trmico de
edificaes trreas. A carga trmica recebida pela cobertura em uma edificao
trrea pode chegar a 72,3% (MASCARO, 1992).
A radiao solar a principal varivel a interferir diretamente na superfcie
exterior dos materiais. O tratamento superficial e a seleo dos materiais de
revestimento influem no comportamento trmico do edifcio e podem ajudar a
reduzir a carga trmica. Em superfcies exteriores polidas ou pintadas em cores
claras, ocorre reflexo de grande parte da radiao solar incidente, e,
consequentemente, a reduo da quantidade de energia absorvida.
A cobertura, ao mesmo tempo em que recebe grande quantidade de calor,
tambm irradia este calor acumulado, noite. Essa propriedade varia conforme as
caractersticas trmicas dos materiais e devem ser utilizadas conforme as
estratgias climticas mais adequadas em cada local. No entanto, o bom
desempenho trmico das telhas depende da correta especificao, a qual por sua
vez est atrelada s exigncias prescritas em normas.
Segundo Givoni (1998), os materiais da qual uma edificao (e
especialmente o envelope) construda determinam a relao entre a temperatura
externa e as condies de radiao com a temperatura interna em edificaes no
climatizadas. As propriedades fsicas, espessura e localizao de cada elemento na
edificao, so determinantes no desempenho trmico desta. Alm disso, a
Introduo
9
composio de diferentes camadas de um elemento na edificao tambm tem
grande influncia sobre este desempenho.
Atualmente, um crescente nmero de trabalhos cientficos tem sido
desenvolvido visando aprimorar o desempenho trmico de componentes e da
edificao como um todo. As pesquisas envolvem monitoramento em clulas teste,
simulaes computacionais, anlise de propriedades trmicas relevantes, entre
outros. Assim, podem ser estabelecidos os critrios para a definio de coberturas,
ressaltando-se o problema do ganho de calor (SILVEIRA et al., 2004).
Os benefcios da adoo de cores com alta refletncia, em telhas (a qual,
pode influenciar at mesmo na queda do consumo de energia), tm sido
demonstrados em diversas pesquisas. Em pases de climas quentes, uma elevada
refletncia e emissividade no espectro da radiao infravermelho reduzem as
cargas necessrias para o condicionamento de ar e o consumo de energia (MILLER
et al., 2005).
O desempenho trmico de telhas tambm sofre considervel influncia da cor
externa, a qual determina as parcelas de refletncia e a absortncia nos espectros
de luz visvel e infravermelho (CASTRO et al., 2003). O desempenho trmico de
coberturas est associado, sobretudo, aplicao de tcnicas de resfriamento
radiante1 e evaporativo (LABAKI et al., 2005).
O isolamento trmico das telhas pode ser aprimorado atravs da utilizao de
isolantes trmicos disponveis no mercado, da camada de ar entre o telhado e o
forro, das aberturas que auxiliam na sada do ar quente atravs do processo de
conveco, entre outros. Para isto necessria, por parte do projetista, a correta
especificao dos materiais a partir do conhecimento da influncia das propriedades
trmicas e propriedades radiantes dos materiais, principalmente das telhas.
Um projeto racional e com bom desempenho trmico depende, sobretudo da
correta especificao dos materiais. Nesse sentido, a qualidade da construo civil
conseqncia das solues tcnicas, produtos de pesquisas, da anlise dos
materiais em conformidade com as normas em vigncia e as futuras normas a
serem implementadas.
1 Pintura branca - superfcie de alto albedo, e filme adesivo de alumnio, RCF superfcie de baixa emissividade
Introduo
10
A evoluo do setor da construo civil depende, fundamentalmente, de uma
resoluo coerente, em conformidade com os princpios geradores de qualidade.
Sabe-se que para alcanar este objetivo fundamental que haja um dilogo efetivo
entre as exigncias normativas para cada material, realadas em seus aspectos
mais frgeis. No caso das telhas, diversos estudos comprovaram a importncia das
anlises de desempenho trmico, assim como da insuficincia das exigncias
prescritas em normas (e da ausncia de normas para produtos ecolgicos).
1.1 Justificativa
Segundo o jornal Folha de So Paulo2 ,o consumo de energia eltrica no Brasil
fechou o ano 2005 com crescimento de 4,6% em relao a 2004, quando a
expanso havia sido de 4,5%. Para 2006, a estimativa de aumento de 5,1% na
demanda por energia eltrica. Segundo o Ministrio das Minas e Energia, em
levantamento realizado em 2005, os edifcios so responsveis por cerca de 45%
do consumo total de energia eltrica no Brasil. Em 2005, 1,7 milho de lares foram
ligados rede eltrica. Este resultado expressivo influenciado, em parte, pelo
programa federal Luz para Todos. Em 2005, o nmero de lares com eletricidade
chegou a 48,5 milhes.
Alm da questo energtica, ressalta-se a importncia do conforto trmico em
edificaes, o qual est condicionado ao desempenho dos materiais construtivos.
Edificaes que apresentam boas solues de conforto trmico passivo possibilitam
a reduo do consumo energtico, alm de conferirem aos usurios das edificaes
condies satisfatrias para realizao de atividades especficas que exigem
condies mnimas de conforto trmico.
Solues que visem melhorar o desempenho energtico das edificaes,
principalmente as edificaes familiares, cujo crescimento tem sido mais
expressivo, podero contribuir para que o Pas no sofra com possveis apages no
futuro.
Recentes pesquisas, como a desenvolvida por Granja (2002), tm verificado
que influncia da absortncia mais significativa em fechamentos opacos com
baixa inrcia trmica. Como as telhas so freqentemente componentes
2 Caderno Dinheiro, 04/02/2006
Introduo
11
construtivos com baixa inrcia trmica, devido, principalmente pequena
espessura, fundamental otimizar a absortncia destes elementos a fim de garantir
o desempenho trmico, no caso de climas com elevada mdia de radiao solar
direta ao longo do ano.
As normas de telhas atualmente existentes no contemplam o desempenho
trmico, cuja importncia tem se constatado freqentemente atravs de diversas
pesquisas no Brasil. Contudo esforos tm sido verificados na elaborao de
normas recentes, ainda que no sejam especficas para telhas (ABNT, 2005). As
normas de desempenho trmico so fundamentais como elemento balizador da
qualidade da construo civil, cujos princpios devem ser estendidos a todos os
materiais.
Alm disso, necessrio que arquitetos e engenheiros tenham o acesso s
corretas informaes dos materiais da construo civil (as quais deveriam ser
informadas pelos fabricantes). necessrio que as normas facilitem ao projetista a
correta especificao, de acordo com as questes mais relevantes do material em
relao s suas conseqncias no projeto. Alm disso, a ABNT deveria exigir dos
fabricantes o atendimento aos requisitos delimitados em normas e que estes
informem corretamente as caractersticas do material.
1.2 Objetivos
Esta pesquisa tem como objetivo geral avaliar o desempenho trmico de
telhas atravs do monitoramento de clulas-teste existentes na cidade de So
Carlos, comparar os resultados com anlises espectrofotomtricas das amostras
(das telhas das clulas teste) e correlacionar os resultados com normas que fazem
alguma referncia ao desempenho trmico de telhas.
Como objetivos especficos so elencados:
Obter dados de monitoramento de temperatura em quatro pontos para
quatro clulas teste;
Obter experimentalmente dados de refletncia das amostras de telhas
segundo as trs regies do espectro (infravermelho, luz visvel e ultravioleta);
Introduo
12
Evidenciar a influncia da refletncia e da absortncia no desempenho
trmico de telhas;
Citar a norma NBR15220 (partes 2 e 3) e o PNBR 02:136.01, relacionando
seus aspectos significativos com os resultados obtidos.
1.3 Estrutura
O presente trabalho est estruturado em seis captulos. No primeiro captulo
feita uma breve introduo, so apresentados os objetivos e a justificativa da
pesquisa.
No segundo captulo, Reviso da literatura, so apresentados os conceitos que
tm relevncia na anlise, como a caracterizao climtica da regio de
monitoramento, transferncia de calor em coberturas, desempenho trmico de
telhas, propriedades trmicas na transmisso de calor, alm de relacionar os
objetivos da normalizao com as normas de telhas atualmente existentes e projeto
de norma.
No terceiro captulo so apresentados os equipamentos utilizados durante a
pesquisa, assim como a metodologia utilizada.
No quarto captulo so exibidos os dados e anlises comparativas em situao
de vero para as quatro clulas teste analisadas (com nfase em duas) e para as
seis amostras de telhas.
No quinto captulo so analisados os resultados obtidos e comparados com as
caractersticas trmicas relevantes e com a norma e projeto analisados.
Finalmente, no sexto captulo so expostas as anlises conclusivas,
relacionando-as com a necessidade de normas desempenho trmico para telhas,
alm de sugestes para futuras pesquisas.
2 Reviso Bibliogrfica
Este captulo est estruturado em duas partes. A primeira parte apresenta a
caracterizao climtica da regio estudada, as relaes entre clima e as
edificaes, os princpios que determinam o fluxo de calor em coberturas, os
resultados de algumas publicaes cientficas sobre desempenho trmico e a
apresentao de propriedades que interferem no desempenho trmico de telhas,
segundo bibliografia pesquisada.
Primeira Parte
Clima segundo definio de Rivero (1985) o conjunto de fenmenos
meteorolgicos que definem a atmosfera de um lugar determinado. Os fatores
climticos que devem ser considerados ao se tratar de clima so: temperatura do
ar, a umidade e as precipitaes, a presso atmosfrica, o vento, a insolao e a
nebulosidade. Na climatologia tradicional cada um destes elementos considerado
de forma separada, tomando-se como base suas respectivas mdias. Contudo as
mdias no representam a realidade quando trata-se de elementos climticos, pois
Reviso Bibliogrfica 14
duas cidades podem apresentar mdias semelhantes e dinmicas climticas
diferentes.
Conforme definio de Vesentini (1996), Tempo atmosfrico algo
momentneo, que varia constantemente". Assim condies temporais so
suscetveis a constantes oscilaes (que so conseqncias das particularidades de
cada local, como a altitude, por exemplo). No entanto, para caracterizar o clima das
vrias regies da Terra, esta dividida em zonas que apresentam climas
semelhantes (conhecidas como regies climticas). O Brasil, em funo de sua
expressiva extenso territorial, apresenta vrios tipos de clima (LAMBERTS, 1997).
A norma NBR 15220-3 (ABNT, 2005) determina o zoneamento bioclimtico
brasileiro1, com o objetivo de fundamentar as sugestes e estratgias construtivas
destinadas s habitaes unifamiliares de interesse social.
2.1 Caracterizao climtica da regio de So Carlos
So Carlos situa-se na regio central do Estado de So Paulo (figura 2.1), a
225 km da capital, apresentando 220123 de latitude sul e 475360 de longitude
oeste, estando a 855 metros acima do nvel do mar. caracterizado por um clima
com condies particulares em funo de sua implantao (entre o incio do
planalto central e uma depresso perifrica). Segundo a classificao de Koppen
(1900 apud VECCHIA, 1997), esta regio possui um clima temperado, com inverno
seco e um vero mido, com grande presena de chuvas. No vero o ndice
pluviomtrico pode ser elevado e a umidade relativa alcana uma mdia de 75%
(enquanto que no inverno esse valor de apenas 56,2%). A temperatura mdia
mais elevada ocorre no vero, especialmente entre os meses de janeiro a maro
(com temperatura mxima em torno de 32C e a mnima 14 C). A temperatura
mdia das mximas mais elevadas ocorre nos meses de fevereiro, maro e
outubro. Em junho e julho observam-se as menores temperaturas do ano
(temperatura mdia mxima de 29 C e mdia mnima de 7C).
1 Este zoneamento ser enfocado no item 2.2 e tambm na 2 parte da reviso bibliogrfica - item 2.8.2.1
Reviso Bibliogrfica 15
Conforme a caracterizao clssica, a regio possui um clima Cwa2, clima
quente e seco (onde C - grupo mesotrmico, w - seco no inverno, com a
temperatura do ms mais quente superior a 22C). Para a caracterizao dinmica,
segundo MONTEIRO (1973) a regio controlada por massas equatoriais e
tropicais, com clima alternadamente seco e mido, onde na poca seca, a chuva
reduzida no sentido dos paralelos. Os ventos dominantes so NE (30%) e SE
(20%).
A regio sudeste do Brasil pode ser caracterizada pela influncia das massas
de ar equatorial (E), tropical (T), polar (P) e, com menos frequncia, a massa
antrtica (A). Estas massas de ar so responsveis por alteraes considerveis nas
variveis climticas de So Carlos em curtos perodos de tempo (enquanto durar
sua atuao), o que refletido nas grandes amplitudes trmicas verificadas com
frequncia para a regio.
2.2 So Carlos segundo o zoneamento bioclimtico brasileiro
Figura 2.1 Mapa do estado de So Paulo com indicao da localizao de So Carlos
FONTE: www.fmvz.unesp.br
Reviso Bibliogrfica 16
O zoneamento bioclimtico brasileiro (figura 2.2) definido na NBR 15220-3
surgiu a partir da proposta de dividir o pas em zonas climticas com caractersticas
relativamente homogneas. Inicialmente o territrio nacional foi dividido em 6500
clulas, as quais foram caracterizadas a partir de sua posio geogrfica e pelas
seguintes variveis climticas: Mdias mensais das temperaturas mximas, Mdias
mensais das temperaturas mnimas e Mdias mensais das umidades relativas do ar
(ABNT, 2005). No caso de 330 clulas identificaram-se 2 grupos:
206 cidades dados das normais climatolgicas (1961 a 1990);
124 cidades dados das normais climatolgicas e outras fontes (1931 a
1960)
No caso das outras clulas o clima foi estimado por interpolao segundo os
mtodos descritos na norma (ABNT, 2005 pg.14).
Segundo o zoneamento bioclimtico brasileiro (NBR 15220-3) So Carlos se
encontra na zona 4 (figura 2.3), zona que corresponde a apenas 2% do territrio
Brasileiro.
2 De acordo com a classificao de KPPEN (1900)
Figura 2.2 Zoneamento bioclimtico brasileiro
FONTE: ABNT 2005.
Reviso Bibliogrfica 17
Figura 2.4 Carta Bioclimtica apresentando as normais climatolgicas de cidades desta zona, destacando a
cidade de Braslia, DF FONTE: ABNT 2005.
Como mtodo de classificao bioclimtica foi adotada a carta bioclimtica
adaptada de Givoni para a realidade brasileira (figura 2.4). A partir desta foram
determinadas estratgias para cada regio climtica. A cidade de So Carlos
segundo esta definio apresenta as estratgias definidas na tabela 2.1, para
inverno e vero.
Figura 2.3 Zoneamento bioclimtico brasileiro com indicao da zona de So Carlos
FONTE: ABNT 2005.
Reviso Bibliogrfica 18
FONTE: ABNT 2005.
Em relao s diretrizes construtivas3 para esta zona so definidas nas
tabelas que se encontram no anexo A.
2.3 Clima e ambiente construdo
Sabe-se que o microclima ao redor das edificaes conseqncia da
influncia das variveis climticas, especialmente da radiao solar incidente no
envelope construtivo. A radiao de onda longa (oriunda da prpria edificao e do
entorno), assim como a radiao trmica so alguns dentre os elementos que
particularizam o clima em cada local.
O projeto de edificaes deve adequar-se de modo racional s caractersticas
climticas especficas na regio em que esteja inserido. Assim, desde sua
concepo, at a fase de especificaes, as solues projetuais envolvendo as
variveis climticas e as caractersticas arquitetnicas e construtivas devem estar
em concordncia, respeitando os limites do clima e aproveitando seus benefcios.
Um projeto de edificao ou em escala urbana deve evitar, sobretudo, os impactos
negativos do clima sobre estes.
Segundo Rivero (1985), as estratgias de projeto devem considerar as
possibilidades de conservao de energia no projeto; a correta orientao dos
edifcios, ruas e parques; a avaliao dos elementos climticos do local; a utilizao
de material construtivo com propriedades termofsicas adequadas ao clima;
3 Estas sero abordadas com maiores detalhes no item 2.8.2.1
TABELA 2.1 Estratgias de condicionamento trmico passivo para a Zona Bioclimtica 4
Reviso Bibliogrfica 19
localizao e dimenses de superfcies transparentes; localizao de
sombreamentos, entre outros.
necessrio, assim, identificar, a influncia das variveis climticas na regio
em que se deseja projetar. O clima, o tempo, as propriedades e nmero das
massas de ar dominantes so representados por elementos climticos
(geodinmicos como: temperatura e umidade do ar, direo e velocidade dos
ventos, presso atmosfrica; aquosos: nebulosidade e precipitaes). As anlises
de tempo e clima envolvem, assim, o entendimento desses elementos (no caso do
clima so adotadas snteses de observaes peridicas, no decorrer de vrios anos,
sendo posteriormente submetidas a anlises estatsticas).
Para melhor compreenso da influncia do clima sobre as edificaes
fundamental conhecer, sobretudo, o processo de trocas trmicas, as quais so
responsveis pelo desempenho trmico de edificaes, e conseqentemente da
transferncia de calor em coberturas. Considerando-se os elementos de uma
edificao, a cobertura, est constantemente sujeita ao ganho de calor em climas
quentes, sendo responsvel por grande parcela do fluxo de calor que penetra na
edificao e transferido para o entorno.
2.4 Espectro eletromagntico e espectro solar
2.4.1 Espectro eletromagntico
As caractersticas da energia radiante so explicadas pela teoria
eletromagntica. O espectro eletromagntico (Figura 2.5) a distribuio da
intensidade da radiao eletromagntica com relao ao seu comprimento de onda
ou frequncia. O espectro eletromagntico (ou energia radiante) abrange de 10-5
nanmetros (nm) para os raios csmicos, at 4,98 x 1015 nm para corrente eltrica
de 60 Hertz (Hz). As radiaes mais energticas so aquelas que tm menor
comprimento de onda, como os raios x e os raios gama.
Reviso Bibliogrfica 20
Considerando-se todo o espectro eletromagntico, a luz a parcela que o
sistema visual pode detectar. A radiao eletromagntica de carter ondulatrio,
ou seja, constituda por ondas eletromagnticas (e se propaga no vcuo com
velocidade constante c=3.0x108 m/s). A energia radiante depende do comprimento
de onda e freqncia ao longo de todo o espectro (=c/f).
2.4.2 Espectro solar
A radiao que atinge a superfcie da Terra aps atravessar a atmosfera
dividida em trs regies, segundo propores aproximadas: ultravioleta (1 a 5%),
visvel (41 a 45%) e infravermelho (52 a 60%) (ROBINSON, 1966). Estas
propores so alteradas conforme as condies atmosfricas, nebulosidade e
presena de vapor de gua.
O espectro solar, parte da radiao eletromagntica, possui uma faixa de
variaes de comprimento de onda que vo de 280 a 3000 nm, abrangendo trs
regies: ultravioleta, visvel e infravermelho. As radiaes que chegam superfcie
terrestre encontram-se nos intervalos cujo comprimento de onda esteja entre 290 e
1500 nm. No caso de comprimentos inferiores a 290 nm, a camada de oznio
Figura 2.5: Espectro eletromagntico
Fonte: www.vision.ime.usp.br/.../espectro_03.jpg
Reviso Bibliogrfica 21
responsvel pela sua absoro, enquanto que para valores superiores a 1500 nm,
estes so absorvidos pelo vapor de gua e dixido de carbono da atmosfera.
A regio ultravioleta (u.v) encontra-se num limite entre 100 e 400 nm, sendo
ainda subdividida em trs partes (u.v A de 315 a 380 nm; u.v B de 280 a 315
nm; u.v C de 100 a 280 nm). Em funo da camada de oznio, a luz solar alcana
a Terra com somente uma parcela de luz ultravioleta. Ainda que a parcela que
alcance a Terra seja pequena, o efeito do ultravioleta em edificaes no
desprezvel. A baixa refletncia a radiao ultravioleta est diretamente relacionada
degradao dos materiais. "A absortncia das radiaes u.v pode causar
alteraes na estrutura atmica de alguns materiais, causando efeitos como
descoloraes ou degradaes, que podem se dar de ordem permanente"
(FERREIRA et al, 2003). Segundo Sichieri et al (1995) a faixa do espectro u.v que
ocasiona o desbotamento est entre 300 e 400 nm. Comprimentos at 600 nm
podem causar desbotamento na regio do visvel, mas com reduzida intensidade
(assim como ocorre para valores menores do que 300 nm).
A regio visvel situa-se entre 380 nm e 780 nm, causando a sensao de
viso e definio de cores. A luz branca possui todos os comprimentos de onda do
limite visvel do espectro eletromagntico.
J o infravermelho, possui um espectro invisvel ao olho humano, sendo que o
infravermelho prximo fonte de calor (ocasiona o aquecimento de ambientes
internos em edificaes). Este espectro (i.v) encontra-se entre 780 nm e 1 mm,
sendo divididos em trs partes:
- i.v de ondas curtas (prximo) - de 780 a 1400 nm;
- i.v de ondas mdias - de 1400 a 3000 nm;
- i.v de ondas longas - de 3000 nm a 1 mm.
A radiao de onda longa (ou radiao trmica) emitida, temperatura
ambiente, pelos corpos (por exemplo: a Terra perde calor para o exterior,
equilibrando o calor ganho pela radiao solar incidente).
Segundo Kreith (1977) radiao um termo aplicado todas as formas de
fenmenos de ondas eletromagnticas, mas para a transmisso do calor, s
Reviso Bibliogrfica 22
interessa as formas que resultam da diferena de temperatura e podem transportar
energia atravs de um meio transparente ou atravs do espao.
2.5 Conceitos fsicos de transmisso de calor
As molculas de um corpo ou de diferentes corpos esto em contnuo
processo de troca de energia entre si. Esta energia pode ser cedida ou recebida
atravs das ondas eletromagnticas. A temperatura constante em um corpo
determinada pela distribuio da energia entre suas partculas, pois as molculas
variam sempre sua energia devido s trocas com as molculas vizinhas.
A elevao da temperatura de uma regio de um corpo, pelo contato com
outro corpo com temperatura superior, faz com que as molculas desta regio
adquiram maior energia (e, portanto, maior velocidade). No entanto, devido ao
processo de trocas com as molculas vizinhas, parte desta energia cedida para
outras molculas e a temperatura no corpo uniformizada, devido ao princpio de
conservao de energia. A primeira lei da termodinmica expressa este princpio, o
qual determina que o calor um processo de troca de energia (a energia interna
a soma de todos os tipos de energia, como cintica, potencial, trmica, etc).
Sempre que h um gradiente de temperatura no interior de um sistema ou
quando h contato de dois sistemas com temperaturas diferentes h um processo
de transferncia de energia. O processo atravs do qual a energia transferida
conhecido como transferncia de calor (KREITH,1977). O calor uma grandeza que
pode ser caracterizada por um valor quantitativo, direo e sentido vetorial.
Conforme a segunda lei da termodinmica, o fluxo de calor ocorre sempre da maior
para a menor temperatura.
As trocas trmicas entre a edificao e o meio podem ocorrer por diferena
de temperatura ou por influncia da radiao solar. Quando h incidncia da
radiao solar h sempre um ganho de calor. Ocorrem perdas ou ganhos quando se
trata de radiao de onda longa.
A radiao solar (ondas curtas) ao incidir sobre uma superfcie opaca, tem
uma parcela da energia absorvida e outra refletida. A parcela absorvida emitida
Reviso Bibliogrfica 23
ou novamente irradiada sob a forma de radiao de onda longa. Contudo, a
emissividade e a absortncia, so os mesmos, para um mesmo material (GIVONI,
1981).
O fluxo de calor que atravessa um fechamento opaco e penetra no interior
da edificao (em funo da radiao solar incidente e da diferena de
temperatura) definido atravs da equao:
q = .U.I + U. t (W/m) (1)
he
Atravs da frmula 1 nota-se que o ganho de calor solar diretamente
proporcional absortncia .
onde:
q ganho de calor solar (w/m)
Absortncia da radiao solar (adimensional)
U Coeficiente global de transmisso trmica (w/mK)
I Intensidade da radiao solar global (w/m)
he Coeficiente de condutncia trmica superficial externa (w/mK)
t Diferena entre as temperaturas interna e externa
.U.I - ganho de calor solar; he
.U = Fs - fator ganho de calor solar de material opaco (ou fator solar); he
Reviso Bibliogrfica 24
U. t trocas de calor por diferena de temperatura (te ti)
Assim, a equao 1 pode ser reescrita da seguinte forma:
q = Fs.I + U. t (W/m) (2)
O coeficiente global de transmitncia trmica (U) o inverso da resistncia
trmica (U= 1/R). Givoni (1998) define a transmitncia trmica como a
transmisso trmica atravs da unidade de rea de um elemento, em unidade de
tempo, por unidade de temperatura (diferenas entre temperaturas externa e
interna).
No processo de transferncia de calor, ocorrem a conveco na superfcie
interna da parede, a conduo atravs da parede e a conveco na superfcie
externa da parede. Considerando-se estes processos, o fluxo de calor por unidade
de tempo fica definido pelo coeficiente global de transferncia de calor (ou
transmitncia trmica, U). Se a superfcie de um componente fica diretamente
exposta radiao solar, ocorre sempre ganho de calor para o ambiente interno.
A transferncia e converso de energia esto envolvidas nos trs modos de
transmisso de calor: conduo, conveco e radiao (figura 2.6). Nestes
processos, os fluxos sempre ocorrem devido diferena de temperatura (do maior
para o menor valor), o que define o calor sensvel. Quando ocorre mudana de
estado, observa-se o que denominado calor latente (nos processos de evaporao
e condensao)4. Dentre estes, a conduo e a radiao devem ser classificadas
como processos de transmisso de calor, pois somente estes dois mecanismos
dependem para sua operao da mera existncia de uma diferena de temperatura.
4 Neste captulo sero enfocadas apenas as trocas trmicas secas.
Reviso Bibliogrfica 25
Os processos de transmisso de calor, na prtica nunca ocorrem separados,
pois sempre h simultaneidade entre dois ou trs destes fenmenos. A intensidade
de qualquer processo de transferncia de calor pode ser mensurada tanto como
fluxo de calor, quanto como densidade do fluxo de calor5.
O fluxo trmico definido como sendo a quantidade de calor trocada na
unidade de tempo em qualquer um dos trs processos. Pode ser permanente (ou
estacionrio) quando ele constante, ou seja, a temperatura em cada ponto no
alterada e as condies de regime permanente predominam. Nesta situao, no
h mudanas na energia interna e a entrada de calor deve ser igual sada em
qualquer ponto. O regime do fluxo de calor dito transitrio, no caso em que a
temperatura em diversos pontos, varia com o tempo. As questes que envolvem
fluxo de calor transitrio so mais complexas do que os permanentes, sendo
determinados por mtodos aproximados (RIVERO, 1985).
Considerando-se a variao de temperatura de um edifcio ao longo de um
dia, tem-se uma situao particular de fluxo de calor em regime transitrio, pois a
temperatura do sistema exposta s variaes cclicas. Neste caso, o
5 Segundo Szokolay (2004), como fluxo de calor (Q), o total de transferncia de calor em uma
unidade de tempo atravs de uma rea definida de um corpo no espao, ou sem um sistema definido em unidades de J/s ou Watt. como densidade do fluxo de calor, por exemplo: a taxa de transferncia de calor atravs de uma unidade de rea de um corpo no espao, em W/m2.
Figura 2.6: Representao das trocas de calor em um telhado
(Fonte: AKUTSU, 2003)
Reviso Bibliogrfica 26
armazenamento de energia e o fluxo de calor tambm executam variaes
peridicas.
2.5.1 Conduo
Segundo Givoni (1998) a condutividade trmica nas edificaes um
processo de transferncia de calor atravs de materiais slidos (parede ou telhado)
do lado mais quente para o lado mais frio do elemento da edificao. A taxa do
fluxo depende da condutividade do material e da espessura do elemento da
envoltria em questo.
Costa (2000) define a conduo como sendo "a passagem de calor de uma
zona para outra de um mesmo corpo ou de corpos diversos em ntimo contato,
devido ao movimento molecular dos mesmos, sem que se verifiquem
deslocamentos materiais no corpo ou sistema considerado. As vibraes de um
corpo slido dependem de sua temperatura, de modo que se a amplitude das
vibraes sofrer uma elevao devido ao aquecimento, o calor passa a ser
transmitido para todo o corpo atravs de ressonncia (sempre da maior para a
menor temperatura). Para que ocorra, as temperaturas internas e externas devem
ser distintas, pois corpos com a mesma temperatura no trocam calor (energia).
A conduo ocorre em um material slido atravs da transferncia do calor
das molculas mais quentes para as mais frias. Rivero (1985) define a conduo
como a transferncia de calor entre dois corpos em contato e com diferentes
temperaturas, de modo que o fluxo de calor direcionado para as reas de menor
temperatura. O volume de calor transferido em cada local depende da diferena
entre a maior e a menor temperatura. O regime do fluxo de calor pode ser
estacionrio, no caso das temperaturas se manterem uniformes, e varivel, caso
uma das temperaturas varie com freqncia.
Considerando-se o regime varivel, importante entender a forma como os
fenmenos trmicos ocorrem dentro e fora das edificaes, como no caso do
regime peridico, em que as temperaturas variam segundo um padro senoidal ao
longo de um dia. Neste caso, a diferena entre as variaes das temperaturas
internas e externas depende das caractersticas da envoltria da edificao.
Reviso Bibliogrfica 27
O gradiente de temperatura ao longo de um material homogneo gera um
fluxo de energia por conduo no interior deste. No caso de uma cobertura plana,
por exemplo, o fluxo de transferncia de calor por conduo depende da espessura
do corpo (e), da condutividade (), da diferena de temperatura entre dois pontos
(t) e do perfil da rea por onde o calor ir fluir (A).
Durante a transmisso de calor por conduo atravs de um corpo
homogneo, o coeficiente de condutividade trmica propriedade de extrema
importncia, o qual depende de diversos fatores, como: de seu estado fsico,
composio, temperatura, densidade aparente, entre outros. A condutividade
trmica eleva-se com a presena de umidade. Em materiais porosos, como telhas
de barro, observa-se uma elevao considervel devido diferena entre a
condutividade da gua e do ar.
2.5.2 Conveco
A conveco um processo de transporte de energia em virtude da ao
combinada da conduo de calor, armazenamento de energia e movimento de
massa. Segundo Givoni (1998) a conveco pode ser de dois tipos: natural
(causada pela diferena de temperatura) ou forada. Considerando-se a conveco
natural, esta ocorre quando o ar, aps entrar em contato com uma superfcie
aquecida, se expande e sobe. Aps entrar em contato com uma superfcie mais fria,
perde calor e ocorre o processo inverso (o ar resfriado, fica mais denso e desce).
O fluxo da transferncia de calor depende da diferena de temperatura assim como
da posio da superfcie aquecida. O fluxo maior quando a superfcie mais
aquecida o piso, e menor quando o teto a superfcie mais quente.
Em superfcies horizontais, considera-se que o sentido do fluxo de ar pode ser
ascendente ou descendente conforme a temperatura interna seja maior ou menor
do que a externa. A quantidade de calor transmitido nas duas situaes depende
das facilidades do deslocamento do ar que sofre conveco.
Reviso Bibliogrfica 28
2.5.3 Radiao
A energia trmica (calor) est presente em todos os corpos (os quais a
transformam em energia radiante atravs da emisso de ondas eletromagnticas).
"Os corpos no s emitem radiaes infravermelhas, como absorvem tais radiaes
de suas vizinhanas. Estas radiaes so chamadas Radiaes Trmicas"6. Existem
propriedades trmicas7 relacionadas radiao, que dependem do comportamento
da superfcie (como emissor ou receptor da radiao solar) e que so fundamentais
no desempenho trmico do elemento construtivo.
A radiao considerada um fenmeno superficial, pois a emisso do calor
atravs da radiao ocorre nas molculas que se situam a uma distncia menor do
que 1 m em relao superfcie (considerando-se o enfoque na anlise de
edificaes). Radiao assim definida, como sendo a troca de calor entre dois
corpos a partir da capacidade de emitir e de absorver energia trmica - situados a
certa distncia. Pode ocorrer at mesmo no vcuo, pois no preciso que haja um
meio para propagao. Quanto radiao solar, o comportamento dos materiais
seletivo segundo a radiao incidente, de modo que a quantidade de energia
absorvida, refletida e transmitida varia conforme o comprimento de onda
(considerando-se os espectros ultra violeta, visvel e infravermelho).
2.6 Propriedades termofsicas e caractersticas dos materiais
A melhoria do desempenho trmico das telhas (e de qualquer outro elemento)
consiste de estudos detalhados que englobem todos os aspectos que relacionem os
materiais construtivos em relao ao clima. A cobertura, ao mesmo tempo em que
recebe grande quantidade de calor, tambm irradia este calor acumulado, noite.
Essa propriedade varia conforme as caractersticas trmicas dos materiais e deve
ser utilizada conforme as estratgias climticas mais adequadas em cada local.
6 Extrado de: www.pcarv.pro.br/luz/radiacao_termica/radiacao_termica_2.htm 7 Como emissores Emissividade; como receptores: absortncia () e refletncia ()
Reviso Bibliogrfica 29
As propriedades termofsicas dos materiais construtivos que interferem nas
formas de transmisso de calor so: Absortncia, refletncia e emissividade
(caractersticas superficiais radiao de onda longa); condutividade trmica (dos
materiais); calor especfico (dos materiais); transparncia radiao; resistncia e
condutncia (dos componentes); capacidade trmica (dos componentes);
coeficiente de conveco superficial; caractersticas dos materiais (transparentes e
opacos) em relao radiao solar e coeficiente global de transmisso trmica (de
componentes).
O desempenho trmico dos materiais depende da parcela de radiao solar
incidente, assim como das propriedades das superfcies atingidas. Aps a radiao
solar incidir, as parcelas so absorvidas, refletidas e transmitidas (conforme
superfcie opaca ou transparente), mas independentemente de qual desses
processos seja predominantes, h sempre um ganho de calor. As caractersticas
das superfcies em relao radiao trmica so: a absortncia, a refletncia e a
emissividade. A tabela 2.2 contm algumas definies.
Emissividade Quociente da taxa de radiao emitida por uma superfcie pela taxa de radiao emitida por um corpo negro, mesma temperatura
Emitncia Taxa de emisso de radiao por unidade de rea
Absortncia radiao solar Quociente da taxa de radiao solar absorvida por uma superfcie pela taxa de radiao solar incidente sobre esta mesma superfcie
Absortncia em ondas longas
Quociente da taxa de radiao de ondas longas que absorvida por uma superfcie pela taxa de radiao de ondas longas incidente sobre esta superfcie.
Refletncia radiao solar Quociente da taxa de radiao solar refletida por uma superfcie pela taxa de radiao solar incidente sobre esta mesma superfcie
Refletncia em ondas longas
Quociente da taxa de radiao de ondas longas que refletida por uma superfcie pela taxa de radiao de ondas longas incidente sobre esta superfcie
TABELA 2.2: Caractersticas trmicas de materiais, elementos e componentes construtivos
Fonte: ABNT 2005, parte 1
Reviso Bibliogrfica 30
As superfcies opacas8 absorvem uma parte da radiao incidente e refletem a
outra parcela em relao ao total da radiao incidente sobre estas. A equao que
define esta relao dada por:
+ = 1, (onde a absortncia e a refletncia) (3)
Como referncia, considera-se que um corpo negro ideal absorve (e emite)
toda a radiao incidente na mesma proporo, ou seja, = = 1, = 0. Para Szokolay (2004), "a absortncia radiao solar, determina a frao da energia
solar radiante absorvida e convertida em calor". Corresponde a uma reao
radiao solar, sendo funo da cor da superfcie (superfcies escuras apresentam
valores elevados enquanto que claras ou metlicas brilhantes apresentam valores
baixos). J a refletncia () responsvel pela parcela da energia solar incidente
em um corpo, e que refletida por este sem que ocorra modificao de sua
temperatura superficial.
Ao considerar um comprimento de onda determinado, a emissividade , em
termos quantitativos, igual absortncia (contudo ocorre uma variao para
diferentes comprimentos de onda), de modo que a radiao trmica de um corpo
absorvida na mesma proporo em que emitida.
Segundo Guyot et al (1983) em relao radiao solar e radiao de onda
longa os materiais so classificados em quatro grupos: seletivos quentes, seletivos
frios, refletores e corpos negros. Os materiais seletivos quentes so caracterizados
por possurem pequena reflexo da radiao de ondas curtas e da emissividade.
Tm dificuldade em perder calor para o meio externo devido baixa emissividade e
absorvem muito a radiao solar (exemplos: ao galvanizado novo, cobre tratado,
etc). J no caso de materiais seletivos frios, estes possuem elevada emissividade e
alta reflexo radiao solar (e consequentemente reduzida absoro). Em funo
da alta emissividade perdem calor para o meio rapidamente (pintura branca,
mrmore branco, cal, etc.). Os materiais refletores, como as superfcies polidas,
apresentam baixa emissividade e elevada reflexo. Os corpos negros (como asfalto,
concreto) apresentam elevada emissividade e baixa reflexo para radiao de
ondas curtas, alm de ganhar e perder calor com facilidade.
8 Normalmente, quanto mais escura for a superfcie, maior ser sua absortncia.
Reviso Bibliogrfica 31
Em relao influncia das cores sobre a absortncia e refletncia, Castro
(2002) realizou anlises espectrofotomtricas para a refletncia radiao solar de
tintas em diferentes cores, com o objetivo de demonstrar as respectivas parcelas
nas regies de luz visvel e infra-vermelho. Foi verificado que, dentre as amostras
ensaiadas, as cores que tiveram menor influncia no ganho de calor solar foram
branco, marfim e vanilla (com refletncias superiores a 70%), enquanto que as
amostras de cores preto, azul profundo, alecrim e telha, por apresentarem baixas
refletncias (inferiores a 40%) foram as que mais tiveram influncia no ganho de
calor.
Em pesquisa realizada por Krger et al (2005) foi realizada a anlise do
desempenho trmico atravs de monitoramento em clulas teste com coberturas
de cimento-amianto (com e sem a utilizao de embalagens Tetra Pak) e
comparao com o isolamento proporcionado por manta tipo "foil" (considerado um
isolante por reflexo, refletindo 95% do calor irradiado e com emissividade =5%).
As propriedades ou caractersticas que determinam o comportamento trmico
de um fechamento opaco, segundo Rivero (1985) so: a absortncia, a
emissividade, a condutividade trmica, o calor especfico e a espessura dos
materiais. Segundo o autor, o coeficiente de absoro (ou absortncia) de grande
importncia para a superfcie exterior, sendo maior no vero (sua importncia)
quando os fechamentos (principalmente o horizontal) recebem grandes quantidades
de radiao solar. A influncia deste coeficiente tambm elevada na medida em
que o fechamento tem menor resistncia e amortecimento. A reduo da
absortncia da superfcie a partir de uma cor adequada um dos recursos para
reduo do efeito trmico da radiao solar nos perodos de calor. Granja (2002)
constatou a importncia da absortncia na superfcie externa de fechamentos
opacos, a qual tem relao direta com a baixa inrcia trmica (isto , quanto
menores os valores de inrcia, maior a importncia de valores elevados para a
absortncia). Em fechamentos opacos de pequena espessura a absortncia passar a
assumir maior importncia do que a inrcia.
Rivero (1985) afirma ainda que a reduo do ganho de calor interno depende
do correto tratamento da parte externa e interna das telhas. As chapas de metal,
conforme concepo do autor, tm grande problema do ponto de vista trmico.
Essas placas, em alguns momentos de vero, convertem-se em enormes painis
radiantes, cujas temperaturas superficiais alcanam e elevam-se alm dos 60C.
Em relao a esta situao, a emissividade tambm influencia a transmisso de
Reviso Bibliogrfica 32
calor por radiao. As lminas metlicas (com temperaturas consideradas normais
no espao exterior) tm uma emissividade baixa para as ondas que emite. Esta
emissividade diminui conforme aumentado o polimento da lmina (e se eleva com
a oxidao mas sempre se mantm abaixo da emissividade dos outros materiais).
Alm disso, a posio da lmina metlica importante, pois perde a efetividade
pela acumulao de p. A tabela D.2 (anexo D) apresenta alguns valores de
emissividade segundo o tipo de superfcie.
Segundo Givoni (1981):
O fluxo de calor para o interior do edifcio diminui conforme a
capacidade trmica de sua estrutura aumenta. Quando a espessura da
parece aumentada, a fim de se elevar a capacidade trmica, a resistncia
trmica total aumenta proporcionalmente; assim, o efeito trmico muito
maior. A amplitude de temperatura interna varia como uma funo
exponencial da espessura da parede, e, consequentemente, a temperatura
mxima deveria diminuir, e a mnima aumentar exponencialmente com o
aumento da espessura. Na prtica, o efeito quantitativo da espessura na
temperatura superficial interna e na temperatura do ar tambm depende da
ventilao e da cor externa.
Em relao resistncia trmica total, segundo definio da ABNT (2003),
resistncia trmica total (Rt; unidade: m.K/W) o somatrio do conjunto de
resistncias trmicas correspondentes s camadas de um elemento ou componente,
incluindo as resistncias superficiais interna e externa. Conforme o processo de
transmisso de calor analisado so encontradas resistncias trmicas diferentes: a
resistncia transferncia de calor por conduo (que depende do coeficiente de
condutividade) e por conveco (que depende do coeficiente de transferncia de
calor por conveco, h, interno e externo).
2.6 Coberturas 9
9 Seguindo o enfoque do presente trabalho (telhas), a primeira abordagem refere-se s coberturas, para
posteriormente ser concentrado no elemento telha. No entanto, ao longo da reviso bibliogrfica so
considerados todos os aspectos que apresentam estreita ligao com as telhas.
Reviso Bibliogrfica 33
A envoltria de uma edificao constituda por todos os componentes
(paredes, telhados, portas e janelas) que separam do meio externo, exercendo
simultaneamente, o contato e a proteo contra a influncia as variveis climticas
(temperatura, radiao solar, umidade, etc.). O conhecimento dos processos fsicos
que ocorrem na envoltria, alm das propriedades dos materiais utilizados em cada
componente da edificao, fornece informaes acerca da energia trmica e
consequentemente, do desempenho trmico de cada componente, assim como de
toda a edificao.
As coberturas constituem parte fundamental em edificaes, protegendo tanto
a prpria edificao quanto os usurios dos efeitos nocivos do clima. Esta proteo,
no entanto, depende das propriedades trmicas dos elementos da cobertura que
podero gerar condies internas mais adversas do que a do meio externo. As
coberturas devem responder com eficincia a diversos fatores, como desempenho
estrutural, trmico e acstico, estanqueidade, proteo contra incndio, entre
outros.
Em edificaes trreas, considerando-se o envelope composto pelas
vedaes e cobertura, esta ltima responsvel pelo acrscimo de considervel
parcela da carga trmica em funo de sua exposio permanente radiao solar.
Dentre os componentes da cobertura, a telha o elemento construtivo mais
importante em relao a este ganho de calor (especialmente no caso de coberturas
sem forro), pois interfere no conforto trmico e at mesmo no consumo de energia.
Em coberturas simples, a propriedade do material de importncia fundamental,
pois como no existem outras camadas, a proteo contra o excesso de passagem
de calor s pode ser realizada pela prpria telha.
Segundo Domnguez et al (1992), no projeto de uma cobertura devem ser
considerados simultaneamente trs fatores:
- Controle solar (quantidade de sombra produzida e adequao da forma
da superfcie ocupada);
- Parcela de radiao que atravessa a cobertura em relao ao total que
incide sobre ela (o que depende do tipo de cobertura e dos materiais utilizados);
- A quantidade de calor absorvido e dissipado pela cobertura (o que depende
do tipo de cobertura, da forma e da cor da superfcie).
Reviso Bibliogrfica 34
Uma correta especificao de cobertura depende, sobretudo, dos
conhecimentos do profissional da construo civil acerca das exigncias
fundamentais, responsveis por um bom desempenho (como impermeabilidade,
resistncia ao impacto, isolamento trmico, leveza e durabilidade). Alm disso, o
profissional deve conhecer as variveis climticas de cada regio e de sua relao
com as propriedades trmicas dos materiais.
O mercado oferece cada vez mais, maior variedade de telhas, compostas por
diversos tipos de materiais. Atualmente existem tambm os materiais que se
enquadram na categoria ecolgicos, por serem compostos de resduos e no
desprenderem substncias nocivas.
No presente trabalho optou-se pelos quatro tipos de telhas (cermica,
fibrocimento, ao e material reciclado de embalagem longa vida) devido a sua
grande utilizao em edificaes trreas (cermica e fibrocimento,
predominantemente em residncias e ao em galpes industriais). No caso da telha
de material reciclado, sua escolha ocorreu em funo de se comparar seu
desempenho em relao aos materiais convencionais, uma vez que esta ainda no
amplamente utilizada no mercado.
2.7 Desempenho trmico de telhas
A intensidade da radiao solar depende do comprimento da trajetria que os
raios solares tm que atravessar ao longo da atmosfera, o que est condicionado,
inclusive altura solar (a qual funo da hora). A atuao da radiao solar sobre
as edificaes determinada pelas condies atmosfricas, localizao geogrfica,
pelo ngulo de incidncia dos raios solares sobre o solo e as superfcies (lei do
cosseno), pela distncia de sua trajetria ao atravessar a atmosfera (lei das
massas) e pela prpria composio da atmosfera.
A radiao solar ao incidir sobre uma superfcie opaca, tem uma parcela da
energia absorvida e outra refletida. A parcela absorvida (onda curta) emitida ou
novamente irradiada sob a forma de radiao de onda longa. Contudo, a
emissividade e a absortncia, so os mesmos, para um mesmo material, em
regies de mesmo comprimento de onda (GIVONI, 1981).
Reviso Bibliogrfica 35
Quanto s formas de transmisso de calor por radiao, estas so:
1. Radiao direta do sol (onda curta);
2. Radiao difusa, proveniente do cu (onda curta);
3. Radiao refletida (albedo onda curta);
4. radiao reemitida, de onda longa (produzida no processo de absoro das
superfcies, aquecendo o solo ou as superfcies, materiais, objetos, etc. - aps
algum tempo, depende das propriedades termofsicas de cada material ou
superfcie, a energia incidente absorvida e reemitida na forma de onda longa -
calor).
Os estudos de desempenho de trmico de telhas devem considerar a
intensidade da radiao solar incidente, a qual varia conforme a latitude. Em
latitudes prximas ao equador (figuras 2.7 e 2.8) observa-se que os raios solares
incidem ortogonalmente superfcie terrestre (B) e com um ngulo de incidncia
bastante inferior 90 em latitude elevadas (A). Alm disso, observa-se que nestas
latitudes (A), os raios solares tm que atravessar camada mais espessa da
atmosfera, o que faz com que esta radiao chegue at a superfcie com menor
intensidade. Variaes na orientao e inclinao podem maximizar ou minimizar os
valores da radiao solar incidente nestas superfcies. Alm disso, a intensidade e
ngulo desta radiao variam conforme a poca do ano (nos solstcios e
equincios).
Figura 2.7: Variao da intensidade da radiao solar conforme a latitude
(Fonte: GONZALEZ, 1986)
Figura 2.8: Representao da radiao solar incidente em A e B
(Fonte: GONZALEZ, 1986)
A B
Reviso Bibliogrfica 36
Os padres de desempenho trmico dos telhados esto necessariamente
condicionados realidade climtica do local em que ser inserida a edificao.
Silveira et al (2004) verificaram que as coberturas esto mais expostas insolao
do que as paredes (recebem em mdia 12 horas de insolao, conforme a poca do
ano, enquanto que as paredes recebem uma radiao trmica direta de 5,5 a 6
horas, para latitudes maiores). A figura 2.9 ilustra a diferena quando se
comparam as parcelas de carga trmica recebida pelas paredes e coberturas em
habitaes trreas.
Em relao intensidade da radiao solar que atinge as telhas, o vero a
poca mais preocupante, especialmente em edificaes de baixo custo. Ao incidir
na edificao e, inclusive em seu entorno, a radiao solar transforma-se em
energia radiante na faixa do espectro correspondente ao infravermelho,
contribuindo para a elevao da temperatura do ambiente interno da edificao.
Durante o inverno, os ganhos solares e internos tendem a manter a
temperatura interna do ar mais elevada do que a externa, mas o telhado o
responsvel pelas maiores perdas. Isto ocorre principalmente durantes noites de
cu limpo, quando o resfriamento radiativo10 faz com que a temperatura da
superfcie externa do telhado cai abaixo da temperatura externa do ar.
Givoni (1981) afirma que o controle da influncia da radiao solar pode ser
realizado a partir da cor da superfcie externa, o que, consequentemente altera o
desempenho trmico de uma edificao (uma parcela da radiao solar absorvida
convertida em calor transmitida para o interior da edificao).
10 O resfriamento radiativo consiste na perda de calor da Terra por emisso de radiao infravermelha, principalmente noite, sob cu limpo Fonte: http://fisica.ufpr.br/grimm/aposmeteo/cap5/cap5-7-3.html
Figura 2.9: Carga Trmica recebida por habitaes trreas e isoladas
Fonte: MASCAR (1992)
Reviso Bibliogrfica 37
Com o objetivo de verificar os ganhos e/ou perdas que comprometem o
desempenho trmico de telhas (e em outros materiais), diversas pesquisas so
realizadas em universidades. O monitoramento em clulas teste e prottipos, por
exemplo, tem sido amplamente utilizado, uma vez que foi verificado seu carter de
anlise prtica e confivel (desde que os aparelhos estejam devidamente
calibrados).
Krger et al (2004) realizaram a verificao do desempenho trmico de
materiais de vedao por meio do monitoramento de prottipos. Prottipos em
escala reduzida possibilitam a anlise comparativa para diferentes materiais,
inclusive, segundo o prprio autor, podendo-se estend-la para coberturas,
estratgias de ventilao, acabamento de superfcies, entre outros.
Assim como a presente pesquisa, cujo monitoramento foi realizado na cidade
de So Carlos, Souza et al (1995) analisaram, a partir de monitoramento de
clulas-teste, o desempenho trmico para trs tipos de coberturas, para o clima de
So Carlos. Verificou-se que as variaes da temperatura interna das clulas-teste
foram prximas da temperatura exterior (o que no favorvel, pois a temperatura
interna fica sujeita s constantes variaes da temperatura externa).
Silveira et al (2004) em sua anlise dos critrios para a definio de
coberturas em habitao social enfocam o desempenho trmico como fator
fundamental para a garantia do conforto trmico em habitaes trreas. Verificou-
se que os requisitos mnimos de conforto no so atendidos. Atravs do enfoque
bioclimtico os autores citam as possibilidades de melhoria de desempenho trmico
para toda a edificao.
Teixeira et al (2005) monitoraram em prottipos (para a cidade de
Campinas), o desempenho trmico de trs tipos de coberturas (fibrovegetal,
metlica e membrana tensionada de PVC), atravs da aplicao de tcnicas de
resfriamento radiante e evaporativo.
Simioni et al (2003) analisaram o desempenho trmico de coberturas atravs
de simulaes computacionais, com o objetivo de orientar os profissionais da
construo civil na correta escolha do tipo de cobertura. Em uma das simulaes foi
analisada a influncia da cor em telhas de fibrocimento com absortncias distintas
(e com laje de concreto 10 cm e reboco 2 cm). Observou-se que a mxima
Reviso Bibliogrfica 38
diferena de temperatura superficial interna entre as telhas foi de
aproximadamente 6C (para =0,2 e =0,8).
2.7.1 Influncia da refletncia na temperatura superficial dos materiais
A refletncia dos materiais corresponde parcela refletida da radiao solar
incidente sobre as superfcies. uma varivel que pode evitar (quando elevada) o
ganho de calor para o interior das edificaes. "Superfcies com elevado albedo11 e
emissividade permanecem mais frias quando expostas radiao solar, pois
absorvem menos radiao e emitem mais radiao trmica para o espao.
Consequentemente transmitem menos calor para o entorno" (FERREIRA et al,
2003).
As temperaturas superficiais das telhas (resultantes da intensidade da
incidncia de radiao solar) exercem influncia sobre o ganho de calor interno. A
equao para determinao da temperatura de uma superfcie exposta ao sol
apresentada no trabalho de Bretz et al (1998) em que so consideradas:
= albedo ou refletncia solar;
I = radiao solar incidente na superfcie (W/m2)
= emissividade da superfcie
= constante de Stefan Boltzmann (5,67 * 10-8 W/m2K4)
Ts = temperatura de equilbrio da superfcie (K ou C)
Tcu = temperatura radiante do cu (K ou C)
11 "Por albedo entende-se a refletncia especular e difusa integrada no intervalo com comprimento de onda entre 290 e 2500nm, que engloba aproximadamente 96% da Radiao Solar que atinge a superfcie terrestre". (FERREIRA et al, 2002)
Reviso Bibliogrfica 39
hc = coeficiente de conveco (W/m2 K ou W/m2 C)
Ta = temperatura do ar (K ou C)
Com esta metodologia so avaliadas as caractersticas da superfcie dos
materiais, em funo da refletncia e emissividade de cada um. Pode-se assim,
estimar a temperatura superficial de qualquer material, em situaes com elevado
valor de radiao solar (especialmente em baixas latitudes) em funo de sua
refletncia e emissividade. Segundo Ferreira et al (2003), quanto mais prxima
temperatura superficial do material em relao temperatura do ar, menor ser a
transmisso de calor para o ar por conveco e para o entorno por radiao.
Segundo Bretz (1998) a influncia da cor externa na temperatura do ar
interno est relacionada a outros parmetros, alm da refletncia, como por
exemplo, a capacidade e a resistncia trmica das edificaes. Em edificaes com
valores pequenos de transmitncia trmica (U) e capacidade trmica elevada, o
efeito da cor externa to importante quanto para uma edificao que apresente
alta transmitncia e baixa capacidade trmica.
Em relao refletncia das superfcies, Berdahl & Bretz (1997), atravs de
uma pesquisa sobre a refletncia de materiais para telhados, verificaram a reduo
desta (refletncia) na medida em que era aumentada a rugosidade. Neste trabalho
foram realizados ensaios com revestimento branco para telhas (em uma amostra a
pintura foi aplicada sobre um substrato de vidro e na outra em um sarrafo de
asfalto). Constatou-se que a superfcie lisa apresentou uma refletncia 25% maior
do que a superfcie rugosa.
Bansal et al (1992) consideram que o efeito da cor da superfcie externa na
temperatura interna de um ambiente possa estar condicionado a outros parmetros
em relao ao ponto de vista passivo que envolvam a taxa de ventilao e o ganho
de radiao solar direta para o interior do edifcio.
Todas as pesquisas realizadas em relao refletncia apontam para a sua
importncia em relao reduo de temperatura superficial, e por consequncia,
de menor transmisso de calor para o ambiente interior.
Reviso Bibliogrfica 40
Segunda Parte
2.8 Normalizao
A segunda parte exibe inicialmente, um panorama da estruturao da ABNT,
em seguida, uma apresentao da norma NBR 15220 e do projeto de norma
Desempenho de edifcios habitacionais at cinco pavimentos (que apresentam
algum aspecto relacionado ao componente telha) e uma breve anlise da
necessidade de normas para produtos ecolgicos. Pretende-se com esta abordagem
identificar nestas normas, a amplitude dos aspectos referentes a este componente,
para, no decorrer do trabalho demonstrar as lacunas existentes na questo de
desempenho trmico.
2.8.1 A ABNT e o processo de normalizao
Segundo definio da ABNT, "norma um documento, estabelecido por
consenso e aprovado por organismo reconhecido, que fornece, para uso comum e
repetitivo, regras, diretrizes ou caractersticas para atividades ou seus resultados,
Reviso Bibliogrfica 41
visando obteno de um grau timo de ordenao em um dado contexto"12. Os
princpios gerais das normas (como objetividade, aplicabilidade, homogeneidade e
planejamento) buscam relacionar a coerncia entre a proposta e sua adequada
aplicao, atravs de um estilo simples e conciso de escrita.
A normalizao fundamental, pois configura como tema estratgico, tendo
impacto direto no desenvolvimento de novos produtos, podendo reduzir ou criar
barreiras tcnicas ao comrcio. A importncia da normalizao se verifica na
necessidade de adequao dos produtos dentro de um patamar de qualidade.
A eficincia de uma norma depende de diversos fatores, os quais devem ser
igualmente atendidos (resposta a uma necessidade real, obteno de soluo
satisfatria, gerao de benefcios e atualizao contnua). Alm disso, as fases
devem ser elaboradas com total planejamento, considerando-se os fatores
primordiais para o sucesso da criao e implementao de uma norma (delimitao
do problema, frequncia de reclamaes, segurana, volume e repetitividade).
Uma norma s mencionada aps ocorrncia do problema que a gerou e
sempre decorre de um trabalho voluntrio, devendo ser elaborada por entidades
representativas do setor (cuja aprovao est subordinada a um consenso). Para
ser criada, precisa inicialmente ter uma demanda, para entrar em um programa de
normalizao e s ento ser iniciada a elaborao de um projeto de norma. Atravs
de consulta nacional (os projetos de normas atualmente ficam disponveis no site
da ABNT), os projetos so votados por pessoa, empresa ou entidade scia da ABNT.
Caso seja aprovado o projeto torna-se norma, caso contrrio retorna fase de
elaborao de projeto de norma.
A elaborao de projeto de norma realizada por uma comisso de estudos
composta pelo fabricante, representante do consumidor e representantes neutros
(oriundos de universidades, centros de pesquisa, etc.). O papel da comisso de
estudos segundo o INMETRO abrange as seguintes funes:
- Elaborar e revisar as normas Brasileiras de acordo
com as demandas apresentadas;
12 Nota da norma: Convm que as normas sejam baseadas em resultados consolidados da cincia, tecnologia e da experincia acumulada, visando obteno de benefcios para a comunidade.
Reviso Bibliogrfica 42
- Assegurar o cumprimento das diretrizes da ABNT para
o processo de elaborao de normas brasileiras;
- Deliberar sobre o envio de projetos de norma para
consulta nacional e para homologao como norma
brasileira;
- Analisar as sugestes ou objees recebidas durante
o perodo de consulta nacional.
Alm da elaborao das normas tcnicas, fundamental a atuao de centros
tecnolgicos (credenciados pelo INMETRO), devidamente capacitados, para
produzirem resultados prticos e quantificarem as determinaes das normas,
explicitando os limites de cada produto (permitindo no seu uso posterior, a
classificao do produto, seleo de atributos para comparao a partir de
parmetros tcnicos qualitativa e quantitativamente significativos).
2.8.2 Normas e projetos de normas brasileiras
Ao abordar o desempenho trmico dos materiais fundamental conhecer as
normas e projetos de normas que tm relao com este. Amorim et al (2004)
realizaram uma reviso sobre normas e projetos de normas tcnicas existentes no
Brasil, relacionadas ao conforto e eficincia energtica (neste caso com o enfoque
em janelas). Foi verificado que o Brasil possui alguns projetos de norma, cujo
objetivo primordial garantir o desempenho trmico das edificaes.
No Brasil verificam-se a existncia de diversas pesquisas buscando discutir e
analisar as implicaes das recomendaes dos projetos de norma existentes. Com
este enfoque podem ser citados, por exemplo, Pereira et al (2005) que discutiram
as recomendaes para projeto arquitetnico do Projeto de Norma de Desempenho
trmico de edificaes de interesse social, a partir de estudos de caso e de
simulaes para a cidade de Belo Horizonte (MG).
As pesquisas no Brasil com o objetivo de elaborao de critrios para a
avaliao do desempenho trmico de habitaes populares so realizadas pelo
Grupo de Conforto Ambiental e Eficincia Energtica da Associao Nacional de
Reviso Bibliogrfica 43
Tecnologia do Ambiente Construdo (ANTAC) e pelo Instituto de Pesquisas
Tecnolgicas (IPT) (Gonalves, 2003).
Na cronologia do avano dos estudos envolvendo a elaborao de normas de
desempenho, observaram-se trs momentos chave:
- Em 1981, com o trabalho Elaborao dos Critrios Mnimos para Avaliao
de habitaes de Interesse Social;
- No incio dos anos 90 com a criao da Comisso de Estudos sobre
Desempenho Trmico e Eficincia Energtica de Edificaes;
- Em abril de 2005 foi publicada a NBR 15220: Desempenho trmico de
Edificaes (ABNT, 2005).
Em relao s normas de telhas, as normas atualmente vigentes enfocam
questes necessrias, mas tambm deixam uma lacuna, porque no especificam
requisitos fundamentais, como as propriedades que interferem no desempenho
trmico.
As normas da ABNT tratam apenas de condies gerais (fabricao,
identificao, unidade de compra, aspecto visual, caracterstica sonora,
caractersticas geomtricas forma, dimenses nominais e empenamento) e
condies especficas (massa, absoro de gua, impermeabilidade, carga de
ruptura flexo)13. Assim, estas normas no apresentam nenhuma informao que
seria necessria para uma especificao adequada em relao ao desempenho
trmico.
As normas devem estar em conformidade com o uso do produto, ou seja,
devem-se priorizar os aspectos mais relevantes no desempenho global quando da
aplicao do material. Alm disso, esto sujeitas a reviso conforme so verificadas
as necessidades do mercado. Assim, ao se tratar de telhas fundamental atentar
para todas as questes que interferem no desempenho trmico.
13 Os detalhes de cada norma encontram-se no Anexo B
Reviso Bibliogrfica 44
2.8.2.1 NBR 15220
A norma NBR 15220: Desempenho trmico de Edificaes, foi resultado de
um amplo processo de discusso14, tendo sida elaborada pelo Comit Brasileiro da
Construo Civil, sob liderana da UFSC (Universidade Federal de Santa Catarina).
A Comisso de Estudo de Desempenho Trmico de Edificaes foi responsvel por
sua aprovao em 2003. Dois anos aps a aprovao, a norma foi publicada e
entrou em vigor.
Esta norma est estruturada em cinco partes, conforme o formato ABNT, com
o objetivo de otimizar o desempenho trmico das edificaes, atravs de sua
melhor adequao climtica (ABNT,2005). So estas:
- Parte 1: Definies, smbolos e unidades;
- Parte 2: Mtodos de clculo da transmitncia trmica, da capacidade trmica, do
atraso trmico e do fator de calor solar de elementos e componentes de
edificaes;
- Parte 3: Zoneamento bioclimtico brasileiro e diretrizes construtivas para
habitaes unifamiliares de interesse social;
- Parte 4: Medio da resistncia trmica e da condutividade trmica pelo princpio
da placa quente protegida;
- Parte 5: Medio da resistncia trmica e da condutividade trmica em regime
estacionrio pelo mtodo fluximtrico.
A parte 3 desta norma determina recomendaes de projetos (em relao aos
materiais utilizados e conforme estratgias passivas) especficas para habitaes
unifamiliares de interesse social a partir do Zoneamento bioclimtico15. O Brasil
dividido em oito zonas relativamente homogneas quanto ao clima, com
recomendaes tcnico-construtivas16 com o objetivo de otimizar o desempenho
14 como pde ser visto na breve cronologia dos estudos citado na pgina anterior.
15 zoneamento estabelecido com base nos dados das Normais Climatolgicas disponveis para 330
cidades.
16 Consultar o Anexo A para informaes
Reviso Bibliogrfica 45
trmico das edificaes. Os parmetros desta norma delimitam, por exemplo, as
dimenses das aberturas de ventilao, proteo das aberturas, a tipologia de
coberturas e paredes, alm de estratgias de condicionamento trmico passivo
conforme as especificidades do clima de cada regio. Estas informaes servem
apenas como orientao.
Na parte 3 desta norma as diretrizes construtivas so assim definidas ao se
identificar a zona bioclimtica a qual pertence a regio da edificao analisada. A
cidade de So Carlos est situada na zona bioclimtica 4. Para cada zona
bioclimtica a norma determina valores aceitveis para as caractersticas
termofsicas17 dos elementos construtivos, como: atraso trmico (), transmitncia
trmica (U) e fator solar (Fs).
Em relao s estratgias de condicionamento ambiental sugeridas pela NBR
15220-3 foi necessria uma adaptao dos limites da zona de conforto, das
referncias de Givoni (1992) e Mahoney (KOENIGSBERGER et al, 1973), realidade
climtica brasileira (RORIZ et al, 1999).
A norma NBR 15220-2 determina os modos de clculo das propriedades
trmicas18 de elementos e componentes da edificao (resistncia, transmitncia e
capacidade trmica, atraso trmico e fator de calor solar) nas condies de um
regime estacionrio de calor.
Considerando-se elementos opacos, o fator de ganho de calor solar (ou fator
solar) definido pela equao:
FSo=100.U..Rse (3)
Onde:
FSo fator solar de elementos opacos (%);
U Transmitncia (w/m.k);
absortncia radiao solar (%);
17 Os limites destas caractersticas termofsicas so apresentados na tabela A.5 Anexo A
18 Dentre estas propriedades citadas, ser enfatizado apenas o fator de ganho de calor solar para superfcies opacas, por ter relao direta com a absortncia (e esta ter relao com a refletncia).
Reviso Bibliogrfica 46
Contudo, como adota-se o valor de 0,04 para a resistncia superficial externa,
a frmula passa a ser:
FSo=4.U. (4)
Esta norma define um limite mximo para o fator solar, de modo que
determinado um valor mximo da absortncia () a partir dos valores da transmitncia trmica e do fator solar, como visto na equao:
FSo/(4.U) (5)
2.8.2.2 Projeto de norma de desempenho de edifcios habitacionais at
cinco pavimentos
O significado da palavra desempenho corresponde ao comportamento em
uso do produto, caracterizando-se o fato de que este deve apresentar certas
propriedades para cumprir a funo proposta quando sujeito determinadas
influncias ou aes durante a sua vida til. Essas aes que atuam sobre o edifcio
so chamadas condies de exposio (Gonalvez et al, 2003). A avaliao do
desempenho de um produto gera a necessidade de definio das condies que
devem ser satisfeitas em situaes de uso corrente.
A proposta da norma (02:136.01.007) estabelece parmetros para posterior
verificao das condies de uso das edificaes e define as informaes que
devem constar num projeto. So delimitados valores para que se possa constatar
se a edificao, sob processo de avaliao, atende um desempenho global mnimo,
para qualquer sistema construtivo empregado.
A elaborao do projeto de norma de desempenho de edifcios habitacionais
at 5 pavimentos ocorreu em conformidade com a realidade social, econmica e
industrial do pas, segundo critrios de segurana, habitabilidade, higiene e sade,
durabilidade e adequao ambiental. Todos os critrios de desempenho (trmico,
lumnico e acstico) foram elaborados tendo como referncia os projetos de
Reviso Bibliogrfica 47
normalizao em conforto ambiental, conforme o zoneamento bioclimtico definido
neste (NBR 15220-3).
Neste projeto de norma, a edificao dividida nos seguintes elementos
construtivos para anlise: fundaes, estrutura, paredes internas, fachadas,
cobertura, divisrias internas, pisos internos, sistemas hidrulico-sanitrios, de
telecomunicaes, de gs e eltricos, de transporte e de segurana e proteo.
Diversas condies de desempenho consideram estes elementos construtivos de
forma geral. O projeto estabelece ainda, para qualquer sistema construtivo,
condies pr-determinadas. Ao no restringir o sistema construtivo, h espao
para a incluso de novas tecnologias construtivas.
Na parte 5 do projeto de norma (Coberturas), item 11, so citados os trs
procedimentos alternativos (simplificado, simulao e medio) para a avaliao da
adequao de habitaes segundo o zoneamento bioclimtico brasileiro (2005).
Esta norma (Projeto 02:136.01.001 Parte 1: Requisitos Gerais) adota o
procedimento 1 (Simplificado), o qual refere-se s propriedades trmicas,
transmitncia e absortncia dos materiais utilizados nas coberturas. No processo de
medio so considerados dias tpicos de inverno e vero para as cidades
brasileiras (tabelas 2.3 e 2.4).
Considerando-se o mtodo simplificado, dentro do requisito de isolao
trmica da cobertura, determina-se que estas propriedades trmicas alcancem
valores adequados a cada zona bioclimtica para atingir um desempenho trmico
satisfatrio. Em relao transmitncia trmica (U) das coberturas, os nveis de
Tabela 2.3 - Critrio de avaliao de desempenho trmico para condies de vero
Fonte: ABNT, PNBR 02:136.01, 2004
Reviso Bibliogrfica 48
desempenho so apresentados na tabela C1 do anexo C (para o fluxo trmico
descendente), para condies de vero.
Aps a adoo de quaisquer dos trs mtodos, o nvel de desempenho pode
ser classificado como Mnimo (M), Intermedirio (I) ou Superior (S). Conforme o
nvel, a edificao ter uma vida til e um prazo de garantia especficos.
Em relao ao mtodo de avaliao do desempenho trmico de edificaes
ainda na fase de projeto, atravs de simulao computacional, devem ser
considerados dias tpicos de projetos (para vero e inverno), os quais so definidos
a partir dos dados climticos da cidade onde a edificao considerada est inserida.
Quanto aos mtodos de avaliao, em relao transmitncia trmica, sua
determinao segue os clculos especificados na norma NBR 15220-2 (ABNT,
2005). Em relao aos critrios e nveis de desempenho para a absortncia trmica,
a tabela C2 (anexo C) apresenta os valores mximos em relao radiao solar
para superfcies novas. Para isolao trmica, as condies verificadas neste
Projeto de Norma (Parte 5: Coberturas)19, so definidas na tabela C1 (anexo C).
19 A parte 5 desta norma, especfica sobre as exigncias para coberturas19, ser comentada no presente trabalho apenas em relao ao item desempenho trmico.
Tabela 2.4 - Critrio de avaliao de desempenho trmico para condies de inverno
Fonte: ABNT, PNBR 02:136.01, 2004
Reviso Bibliogrfica 49
2.8.2.3 Normas para produtos ecolgicos
Produto ecolgico todo artigo que, artesanal, manufaturado ou
industrializado de uso pessoal, alimentar, residencial, comercial, agrcola e
industrial, seja no-poluente, no txico, notadamente benfico ao meio
ambiente e sade, contribuindo para o desenvolvimento de um modelo
econmico e social sustentvel (ARAJO).
Em relao rea da construo civil (atravs do aproveitamento de resduos,
escrias, etc), o Brasil possui um considervel potencial para a fabricao e
consumo destes produtos, como tijolos de solo cimento, placas de plstico
reciclado, tintas base de silicatos de potssio, telhas recicladas, entre outros. No
entanto, o que se verifica um mercado ainda incipiente. As razes para este
mercado emergente so diversas. Uma delas a de que no existem para este
segmento, nem mesmo, normas tcnicas (como existem para os materiais
convencionais disponveis no mercado).
Apesar da ausncia de normalizao especfica nesta rea, diversas pesquisas
tm sido realizadas no Brasil, com o objetivo de avaliar o desempenho trmico dos
chamados eco-produtos. Oliveira et al (2003) efetuaram experimentos utilizando
uma placa quente protegida para verificar o coeficiente de condutividade trmica de
um isolante trmico alternativo (fabricado a partir da casca de fibra de coco). Para
este material, por exemplo, foi verificado um baixo coeficiente de condutividade
trmica (0,041 W/m.K), similar ao dos isolantes trmicos sintticos existentes no
mercado).
Estudos que incluem o aproveitamento de resduos para melhoria do
desempenho trmico de telhas foram realizados por Labaki et al (2003), os quais
verificaram as possibilidades de utilizao de embalagens tipo longa vida como
isolante trmico para telhas de fibrocimento. Nesta pesquisa constatou-se que o
melhor resultado foi obtido para a embalagem armada com presena de cmara de
ar. Krger et al (2005) realizaram o monitoramento de clulas teste para avaliar o
desempenho trmico de telhas de cimento amianto com e sem aplicao de
embalagens Tetra Pak como isolante trmico (e manta isolante tipo foil). Os
resultados encontrados nas pesquisas realizadas tm demonstrado em alguns
casos, o potencial dos produtos ecolgicos (assim como a necessidade de melhoria
de desempenho trmico em casos outros).
Reviso Bibliogrfica 50
Na pesquisa realizada por Vecchia (2005) foram comparados sistemas
tradicionais de coberturas com uma cobertura verde leve (CVL) a partir da
obteno de dados experimentais (monitoramento da temperatura interna de
clulas teste). Foi verificado para a CVL desempenho trmico satisfatrio, por
apresentar sempre amplitudes trmicas menores em relao aos outros sistemas
monitorados.
Considerando-se as telhas recicladas, como uma forma de garantir sua segura
insero no mercado, necessrio conhecer suas caractersticas, para verificar seu
desempenho em relao aos materiais convencionais, a fim de serem estabelecidos
critrios e classificaes adequadas, e posteriormente, elaboradas normas de
desempenho trmico. No caso das telhas,