Como aplicar soluções solares passivas em seus projetos de arquitetura

por Dima Stouhi

Traduzido por Eduardo Souza

 

Embora o sol esteja a quase 150 milhões de quilômetros de distância, é essa estrela o que possibilita a vida no nosso planeta. Mas nem sempre a arquitetura aproveita da melhor forma todos os recursos oferecidos pela natureza.

Por definição, “energia solar passiva é a coleta e a distribuição de energia obtida pelo sol usando meios naturais”. O conceito simples e o processo de implementação de sistemas passivos de energia solar fornecem calor, iluminação, energia mecânica e eletricidade aos edifícios da maneira mais ambientalmente consciente possível.

Neste artigo, forneceremos um guia completo de implementação de sistemas solares passivos em seus projetos.

 

O sol

A energia solar passiva é baseada em um elemento, o sol. Uma vez que a radiação solar atinge a superfície da Terra, os raios podem ser absorvidos, refletidos e/ou transmitidos. Materiais transparentes transmitem a maior parte da radiação solar; no entanto, materiais translúcidos transmitem a mesma quantidade de radiação solar, mas também os dispersam à medida que passam.

via Wikimedia Commons

Nem todos os materiais absorvem o sol da mesma maneira. Por exemplo, uma superfície polida / brilhante refletirá a radiação em quantidades maiores que as superfícies foscas. Da mesma forma, as superfícies escuras absorvem calor em quantidades maiores que as claras. Algumas superfícies transmitirão e armazenarão radiação ao mesmo tempo, criando o que conhecemos como “efeito estufa”. Esse tipo de sistema armazena o calor obtido pelo sol e o preserva por um longo período.

 

O que são sistemas passivos?

Sistemas passivos “coletam e transportam energia por meios não mecânicos e naturais”. Alvenaria(concretotijolospedras) e água (paredes de água, sistemas teto reservatório) são os dois materiais mais utilizados para armazenamento de radiação. A configuração por trás dos sistemas passivos consiste em três tipos: ganho direto, ganho indireto e ganho isolado. Ganho direto é quando o projeto é aquecido e energizado pela luz direta do sol atingindo sua superfície (através de uma fachada de vidro, por exemplo). O ganho indireto é quando a luz do sol atinge uma superfície alternativa, sendo absorvida e convertida em energia térmica transferida para o espaço (por exemplo, uma parede de alvenaria absorve a luz solar e transporta o calor absorvido para o espaço interno). “Estufas anexas” são uma combinação de sistemas de ganho direto e indireto, uma vez que recebem luz solar diretamente na própria estrutura, mas também conseguem transformar essa energia no edifício adjacente, forçando a um ganho indireto. Já o ganho isolado é um “loop coletivo natural” que envolve o uso de materiais alternativos para absorver energia. Esses materiais incluem um tanque de armazenamento de calor, placas metálicas coletoras, armazenamento de água, ar e rochas. Uma corrente natural ocorre quando a água coletada pelo recipiente é aquecida pela luz do sol, conforme ela sobe e entra no topo do tanque de armazenamento.

Schoolgarden “De Buitenkans” . Image © RO&AD Architecten

 

Projetando Energia Solar Passiva

(As seguintes estratégias de projeto são relativas ao Hemisfério Norte, onde a fachada sul é a mais ensolarada)

 

1 – Localização em relação ao sol: A absorção solar ideal é crucial para a energia solar, e é por isso que o projeto deve ser construído de forma a aproveitar ao máximo o sol durante o verão e o inverno.

 

2 – Projeto estrutural: a forma geral e a orientação de um projeto podem determinar quanto de sol está sendo transferido ao espaço. Observa-se, por exemplo, que um edifício alongado no eixo leste-oeste, leva à absorção adicional da luz solar na fachada sul durante o inverno.

Courtesy of Yazdani Studio

3 – Preste atenção ao lado norte: Como o sol não emite diretamente radiação no lado norte (no hemisfério norte), os arquitetos podem encurtar sua altura, minimizando a quantidade de exposição nesta fachada. Além disso, pintar uma parede adjacente com cores claras pode ajudar a refletir a luz do sol na parede norte.

Kraemer Radiation Oncology Center . Image © Bruce Damonte

4 – Alocação de salas internas: A implantação de salas altamente utilizadas ao longo das fachadas sudeste, sul ou sudoeste garante o máximo de aquecimento e absorção de luz. Os quartos que exigem aquecimento / iluminação mínimos, como corredores ou salas de serviço, podem ser colocados na face norte.

 

5 – Localização das janelas: Colocar janelas grandes nos lados sul do edifício garante a máxima emissão de luz solar no espaço interior. As fachadas norte devem ter janelas relativamente menores, pois elas absorvem menos energia térmica.

Sunlight House. Image © Adam Mork

6 – Entrada abrigada: Para evitar que o ar frio entre na casa sempre que a porta é aberta durante o inverno, oriente a porta de entrada para longe da direção do vento e/ou adicione um elemento pára-brisa próximo da entrada.

 

7 – Seleção de materiais: Mais energia é consumida se cada material for usado em seu local adequado. Dê uma olhada na tabela abaixo para comparar os percentuais de absorção de energia de cada material.

Capacidade de calor para vários materiais. Image Courtesy of The Passive Solar Energy Book

8 – Seleção do Sistema: Cada projeto possui requisitos específicos de projeto, razão pela qual diferentes projetos requerem diferentes sistemas. Muitas vezes, alguns sistemas de energia passivos são inadequados, como grandes fachadas de vidro em um projeto cercado por edifícios mais altos.Nesse caso, a melhor solução seria implementar um sistema no telhado.

 

9 – Fachadas de vidro / Janelas solares: Fachadas de vidro viradas a sul e grandes janelas absorvem a maior quantidade de radiação solar no espaço. “Recomendação: Em climas frios, forneça entre 19% e 38% de vidros na face sul para cada metro quadrado de piso no ambiente. Já em climas temperados, a proporção pode diminuir para valores entre 11% e 25% para cada m².

Fachada de vidro triplo. Image © Adrien Buchet

10 – Clarabóias: Muitas vezes, não é possível ter uma fachada de vidro, e é por isso que criar uma clarabóia e/ou clerestórios permite a distribuição direta da luz solar no espaço.

Karen Terry House Section, Santa Fe, New Mexico. Image Courtesy of The Passive Solar Energy Book
Courtesy of Taisei Design

11 – Armazenamento de calor na alvenaria: Recomenda-se que as paredes sejam construídas com um mínimo de 10 centímetros de espessura para evitar flutuações de temperatura interna. Um interior levemente colorido, piso escuro, bem como pequenas manchas de janela na parede permitem mais difusão da luz solar no espaço

 

12 – Parede de água interna: Ao usar uma parede de água interna no prédio, certifique-se de que a parede esteja localizada em um local voltado para o sol em seu horário de pico (11h às 15h). Escolha uma parede de cor escura para otimizar a absorção solar.

13 – Parede térmica / Trombe: Semelhante ao princípio da estufa, as paredes trombe são uma camada externa construída adjacente ao “lado ensolarado” de um edifício, que ajuda a preservar o calor durante o dia e a liberar lentamente durante a noite. Estas paredes, muitas vezes feitas de alvenaria e vidro, fornecem calor ao edifício através da camada de vidro e aberturas na parede.

Trombe Wall Section . Image Courtesy of The Passive Solar Energy Book

14 – Dimensões da parede: O dimensionamento adequado de qualquer tipo de parede térmica preservará o máximo de calor possível durante o inverno. “Recomendação: Em climas frios, use entre 43% e 100% de parede de armazenamento térmico com vidros duplos na face sul para cada metro quadrado de área de piso (entre 31% e 85% para paredes de água). Em climas temperados, use entre 22% e 60%. de parede térmica (16% a 43% para paredes de água) em cada metro quadrado de área de piso.”*

Detalhes: A espessura da parede, o material e a cor / acabamento determinam a eficiência da parede térmica. Para aproveitar melhor essa parede Trombe, escolha uma cor escura no lado oposto ao sol, adicione aberturas nos lados superior e inferior da parede para aumentar seu desempenho e insira painéis articulados sobre essas aberturas para evitar o fluxo reverso de ar.

 

15 – Estufa adjacente: Usar eficientemente o conceito de “estufa adjacente” pode ser um pouco complicado, já que a energia transferida para a edificação está passando por uma estrutura de antemão; portanto, as dimensões da estufa devem ser calculadas adequadamente. “Recomendação: Em climas frios, use entre 65% e 150% de vidros duplos voltados para o sul para cada metro quadrado de área de piso. Em climas temperados, a proporção cai para entre 33% e 90%”.

Maison + Agence. Image © Philippe Ruault

16 – Estufa Independente: Como as estufas dependem fortemente de vidro (ou outros materiais translúcidos), o sol irradiará em todo o espaço; no entanto, o lado norte da estufa receberá menos sol do que o resto dos lados (lembre-se que estamos falando do hemisfério norte). É preferível alongar o eixo leste-oeste e pintar o lado norte com cores claras para refletir o sol nesta área.

Detalhes: Para evitar a flutuação da temperatura interna em estufas, implemente uma parede de água interna, use um sistema de armazenamento de rochas e/ou use uma construção sólida de alvenaria.

 

17 – Sistema teto reservatório: A área de um reservatório na cobertura depende do fato de ele estar sendo usado para sistemas de aquecimento ou resfriamento, de seus materiais e do tipo de isolamento usado. Aqui está uma tabela para comparar as proporções de reservatórios nas coberturas, dependendo das características de cada um.

Energia dos materiais. Image Courtesy of The Passive Solar Energy Book

Detalhes: O sistema teto reservatório exige atenção extra aos detalhes, pois dependem da estrutura e da cobertura. A cobertura deve ser suportada por um deck metálico ou uma laje de concreto impermeável, e deixado exposto para absorver o máximo de calor possível. O reservatório pode ter entre ser de 15 a 30 cm de profundidade e ser feito de recipientes impermeáveis de cor escura com tampas transparentes para permitir que os raios de sol incidam na água quando escondidos. Quanto aos painéis de isolamento, é preferível que sejam feitos o maior possível com materiais refletores, reduzindo o risco de vazamento de água e aumentando a eficiência do sistema.

Sistema de circuito aberto ativo. Image via Wikimedia Commons

18 – Isolamento móvel: Vidro e/ou materiais translúcidos admitem a maior quantidade de sol no espaço; no entanto, algumas dessas radiações são perdidas durante a noite devido à mesma fonte que as permitiu entrar. Cobrir os painéis de vidro com sistemas de isolamento móveis diminuirá a quantidade de calor liberado durante a noite.

 

19 – Refletores: Às vezes, ter grandes fachadas de vidro não faz parte do projeto proposto, e é por isso que a adição de refletores aumenta a quantidade de sol que entra no espaço. “Recomendação: Para envidraçamento vertical, use um refletor horizontal aproximadamente igual em largura e uma a duas vezes a altura da abertura envidraçada em comprimento. Para claraboias inclinadas ao sul, localize os refletores acima da clarabóia em um ângulo de inclinação de aproximadamente 100 graus, fazendo com que as dimensões do refletor sejam iguais às da claraboia”.

 

20 – Sombreamento: Controlar a quantidade e a trajetória da luz solar que entra no espaço é altamente eficiente e impede que ela entre em salas onde o ganho solar não é necessário. “Recomendação: Sombreie o vidro sul com um elemento horizontal alocado acima do vidro. As sombras devem ter um comprimento igual a um quarto da altura da abertura nas latitudes sul e a metade da altura nas latitudes ao norte”.

Passive House Bruck Peter Ruge Architects. Image © Jan Siefke

21 – Isolamento Externo: Se as paredes externas forem usadas como paredes térmicas, coloque painéis de isolamento no lado externo para evitar que qualquer calor armazenado seja liberado.

 

Dicas adicionais

Armazenamento em dias nublados: Locais com nuvens exigem um aumento nos sistemas solares passivos. Aumentar a quantidade de vidro no sul, implementar uma parede de água maior (várias, se possível), bem como tornar mais espessas as paredes térmicas (com respeito às recomendações padrão mencionadas acima) absorverá maiores quantidades de sol no espaço.

Resfriamento no verão: A principal ênfase no sistema solar passivo é frequentemente a importância de permitir que o calor e a luz adentrem o espaço durante o inverno, desconsiderando a importância do resfriamento durante o verão. Escolher um telhado claro, ventilar a casa à noite e fechar o prédio durante o dia são alguns dos procedimentos simples que podem ser feitos para garantir o resfriamento do verão.

Sun Rain Room. Image © Edmund Sumner

Ferramentas: Várias ferramentas e aplicativos estão disponíveis para ajudar a calcular a quantidade de sol que entra no espaço. Cartas solares permitem o estudo da altitude, o azimute, a posição do sol, os caminhos mensais, a latitude e as variações magnéticas. Outras ferramentas, como a calculadora de radiação solar e máscaras de sombreamento, podem ajudar a determinar todas as estimativas necessárias antes de se construir o projeto.

 

Nota: Todas as recomendações foram obtidas do Livro de Passive Solar Energy, de Edward Mazria.

 

Disponível em: www.archdaily.com.br/br/920242. Acesso em: 22/10/2019.

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