Proposta de Desenho Bioclimático de um Centro de Convenções na cidade de Macapá/Amapá. Anderson dos Santos Penha (1); Carlos Felipe S. Pavão (2); Drielly Thaís Andrade (3) Adailson Bartolomeu (4) João Bosco Lissandro Reis Botelho (5) (1) Acadêmico do Curso de Arquitetura e Urbanismo do CEAP - Brasil. Email:
[email protected]. (2) Acadêmico do Curso de Arquitetura e Urbanismo do CEAP – Brasil. Email:
[email protected]. (3) Acadêmica do Curso de Arquitetura e Urbanismo do CEAP – Brasil. Email:
[email protected] (04) Msc., Professor do Curso de Arquitetura e Urbanismo CEAP – Brasil. Email:
[email protected] (05) Doutorando Erasmus,Universidade de Rotterdam,
[email protected] Resumo: O presente artigo de desenho arquitetônico bioclimático foi desenvolvido na disciplina de Arquitetura Tropical do curso de Arquitetura e Urbanismo do Centro de Ensino Superior do Amapá CEAP, onde elaborou-se uma proposta para um Centro de Convenções na cidade de Macapá, considerando as informações sugeridas para localização do estado do amapá na 8ª zona bioclimática de acordo com a ZBBR (Zoneamento Bioclimático Brasileiro). Através de estudos realizados de acordo com as diretrizes recomendadas por Givonni, e analises em softwares como Heliodon 2, Sketchup e Climaticus 4.1, com isso foram adotadas estratégias com o intuito de amenizar o desconforto climático e o melhor aproveitamento dos recursos naturais do lugar, tais como sombreamento, iluminação e condicionamento natural, objetivando gerar uma redução no consumo de energia elétrica e impactos ambientais na edificação. Ao final, obteve-se um resultado satisfatório nos quesitos desempenho e concepção. Contudo, através do uso dessas estratégias e o uso da bioclimatologia, percebeu-se, através das simulações feitas e representadas neste trabalho, que o desempenho ambiental exposto ao longo do artigo, foi alcançado, gerando assim uma proposta de arquitetura que oferece uma convivência harmônica entre o espaço construído e o meio. Palavras-chave: Desenho bioclimático; Arquitetura; Estratégias; Conforto. Abstract: This bioclimatic architectural design article was developed in Tropical Architecture discipline the course of Architecture of Amapá Higher Education Center - CEAP, which was drawn up a proposal for a convention center in the city of Macapa, considering the suggested information for location of Amapá state in the 8th bioclimatic zone according to ZBBR (Brazilian Bioclimatic Zoning). Through studies conducted in compliance with the guidelines recommended by Givonni, and analysis in software as Heliodon 2, Sketchup and Climaticus 4.1, thereby strategies were adopted in order to mitigate the climate discomfort and better use of natural place resources such as shading, lighting and natural conditioning, aiming to generate a reduction in energy consumption and environmental impacts in the building. At the end, we obtained a satisfactory result in the categories of performance and design. However, through the use of these strategies and the use of bioclimatology, it was noticed, through simulations and represented in this work, the environmental performance displayed throughout the article, was achieved, thus generating a proposed architecture that offers a harmonious coexistence built between the space and the environment. Keywords: Bioclimatic design; architecture ; strategies; Comfort.
1. INTRODUÇÃO Cabe à arquitetura, tanto amenizar as sensações de desconforto impostas por climas muito rígidos, tais como os de calor excessivo, frio ou ventos, como também propiciar ambientes que sejam, no mínimo, tão confortáveis como os espaços ao ar livre em climas amenos (BARTOLOMEU, 2007). Mas o uso de conceitos bioclimáticos e de eficiência energética ainda são pouco utilizados, principalmente nas regiões menos desenvolvidas do Brasil. A arquitetura bioclimática aplicação, entre outros, pela falta de ferramentas de simulação acessíveis garantam o sucesso das soluções passivas adotadas, ainda nas fases de concepção do projeto (TRINDADE, 2006). Para tanto, faz-se necessário antes de traçar o primeiro rabisco da concepção arquitetônica, como premissa, um estudo do clima e do local do projeto, pois uma boa arquitetura deverá assistir o programa e a analise climática de forma a responder simultaneamente à eficiência energética e às necessidades de conforto (LAMBERTS, 1997). O estudo da arquitetura bioclimática incentiva o aproveitamento dos recursos e condições ambientais locais, através de estratégias projetuais conectadas aos conceitos de desenho x clima apresentados por Olgyay (2008), já na década de sessenta, e que atualmente agregam as diretrizes propostas por Givonni e seu diagrama psicométrico para o Brasil, como também nos aspectos das tecnologias construtivas que devem se aliar a critérios estéticos, funcionais, de conforto e de eficiência energética. Conectado a tudo isso, elaborou-se uma proposta arquitetônica que foi divido em três etapas distintas, porem indissociáveis, que tenta estabelecer essa relação entre desenho bioclimático adaptado ao lugar, porém levando em consideração todos os aspectos e estudos físicos e ambientais necessários para a busca de um melhor conforto no ambiente construído. 2. OBJETIVO O objetivo deste artigo é apresentar uma proposta arquitetônica de centro de convenções para a cidade de Macapá concebida a partir de preceitos bioclimáticos, visando promover o máximo de conforto através de estratégias adequadas ao clima local, concebidas a partir de análises de condicionantes, simulações computacionais e recomendações da NBR 15220. 3. MÉTODO O método deste trabalho está dividido em três etapas principais: 1. Análise do lugar através das condicionantes climáticas da região, a partir diretrizes e recomendações da NBR 15220 (Zoneamento Bioclimático Brasileiro – ZBBR); 2. Estudos da concepção da proposta de desenho bioclimático para a edificação. 3. Apresentação das estratégias bioclimáticas utilizadas no desenho arquitetônico através de esquemas explicativos e simulações computacionais (Heliodon2 e SketchUp) e aspectos logrados no controle térmico e energético. 4.
ANÁLISE DAS CONDICIONANTES CLIMÁTICAS
4.1. O lugar e seus aspectos climáticos Macapá é um município brasileiro localizado no extremo norte do país, a 1 791 quilômetros de Brasília, suas f ê áf ã :L 0º02'20” N – L 51º03'59” W. Pertence à mesorregião do sul do estado do Amapá e à microrregião homônima, é a capital e maior cidade do estado do Amapá e a única cortada pela linha do Equador e banhada pelo rio Amazonas.
Com médias anuais de temperatura 26,5°C, precipitação média de 2.572mm, umidade relativa de 83%, e altitude de 15m acima do nível do mar. A cidade de Macapá tem como predominância o clima Amw', da classificação de köppen (1931), que se caracteriza por apresentar chuvas do tipo de monção, que é a designação dada aos ventos sazonais em geral associados à alternância entre a estação das chuvas e a estação seca. Este tipo climático apresenta-se como tropical chuvoso com nítida estação seca, tendo ventilação predominante no sentido nordeste. A predominância dos ventos no município de Macapá é no sentido Nordeste (NE), com variações entre leste-nordeste (ENE) e Leste (E). A intensidade também varia durante o ano, mas de forma geral a cidade é ventilada, com vento fraco a moderado (0 a 25 m/s). Os meses em que o vento é mais forte, e podem ocorrer rajadas de vento com mais frequência, são os meses de setembro, outubro e novembro. 4.2. Norma brasileira para princípios bioclimáticos, NBR 15220-3/2005 A NBR 15220-3/2005 apresenta recomendações quanto ao desempenho térmico de habitações unifamiliares de interesse social aplicáveis na fase de projeto. Ao mesmo tempo em que estabelece um Zoneamento Bioclimático Brasileiro, onde divide o território brasileiro em 8 zonas relativamente homogêneas e a cada zona são feitas recomendações de diretrizes construtivas e detalhamento de estratégias de condicionamento térmico passivo, com base em parâmetros e condições de contorno fixados. Objetivando o desempenho térmico das edificações através da sua adequação climática. De acordo com Zoneamento Bioclimático brasileiro (ZBBR), Macapá está inserida na Zona Bioclimática Z8. As recomendações bioclimática para essa zona são: Desumidificação dos ambientes; ventilação cruzada; utilização de refrigeração artificial; sombrear aberturas para evitar a radiação direta e abertura maiores que 40% da área do piso. Também são recomendados parâmetro de propriedades aos materiais empregados nas paredes e cobertura. Segundo a carta bioclimática de Givonni, Macapá está situada 27,1% na Zona de Ventilação (ZV) e 72,9% na zona de Condicionamento Artificial (CA). Portanto, a estratégia de resfriamento mais indicada para as edificações é o condicionamento artificial. 5.0 ESTUDOS DA CONCEPÇÃO DA PROPOSTA A partir da análise das condicionantes climáticas locais e recomendações quanto ao desempenho térmico das edificações, estabelecidas pela NBR 15220-3/2005. Desenvolveu-se uma proposta de desenho bioclimático para um Centro de Convenções que contenha um bom desempenho térmico frente ao rigoroso clima da cidade.
FIGURA 01- Ilustração da proposta Fonte: Desenvolvido pelos autores (2015).
5.1 Analise do terreno O terreno para implantação da proposta do centro de convenções, localiza-se na zona norte da cidade de Macapá em uma área de posse da Infraero, entre os bairros Infraero 1 e Infraero 2, nas margens da rodovia Norte Sul. Está a 12 minutos do centro da cidade e a 11minutos do aeroporto internacional de Macapá. Sua localização é estratégica, pois será servido por uma moderna rodovia que ligara a cidade de norte a sul e a mesma se interliga ao norte com a BR 210 e ao sul com a rod. Duca Serra. Possui um formato trapezoidal e área de 35.110 m², topografia plana e uma vegetação rasteira existente. Em seu entorno encontra-se a sede da Polícia Federal ao norte, a leste é cercado por residências, ao sul por uma érea ainda sem edificações e a oeste está a rodovia norte sul. 5.2 Orientação, implantação e concepção Quanto à insolação, o terreno esta orientado com as maiores dimensões para as direções Leste – Oeste, as menores para Norte – Sul, como mostra a figura 02. Em seu entorno não há estruturas que possam interferir na insolação. A ventilação no terreno predominante da região Nordeste com pouca variação para Leste. O entorno do terreno possui poucos obstáculos para a ventilação.
FIGURA 02- Esquema de insolação do terreno Fonte: Adaptações feitas pelos autores, Google Earth (2015).
5.3 Concepção volumétrica e Implantação A partir da ocupação máxima permitida no terreno e sua orientação quanto à insolação e ventilação, criou-se dois blocos, um destinado ao pavilhão de feiras e outro destinado aos auditórios, salas, entre outros ambientes como mostra a figura 03.
FIGURA 3- Esquemas de implantação Fonte: Desenvolvido pelos autores (2015).
Dessa forma, as fachadas menores de ambos os blocos ficaram orientadas para direção Leste e Oeste (recebendo maiores quantidade de insolação) e as maiores para Norte e Sul onde a incidência da insolação será menor nas fachadas. O espaço criado entre os dois blocos permitirá que a ventilação, predominante de nordeste (NE), circule entre os blocos e reduzindo assim as áreas de baixa pressão nas fachadas opostas a ventilação predominante. Esse espaço também acomodará as entradas principais de ambos os blocos, pois ficaram assim protegidas da insolação. 5.4 Estudo de orientação de fachadas Utilizando a estereografia solar de Macapá e dados disponíveis em Climaticus 4.1, realizou-se o estudo de insolação das fachadas a partir da implantação dos blocos no terreno como mostra a figura 4. De acordo com as analises, verifica-se que as fachadas orientadas a Leste e Oeste receberão isolação, ao longo do ano, durante todo período da manhã (6h às 12h) e da tarde (13h às 18h), respectivamente, tendo as duas incidência solar simétrica com picos máximo de 620 W/m² (as 10hs e 16hs). Já nas fachadas orientadas para Norte e Sul, terão insolação apenas em alguns meses do ano alternadamente, com incidência das 6h às 18h e picos solar de 370 W/m² (as 10:30hs e 13:30hs). Notou-se que o espaço entre os blocos, onde terá os acessos principais, tornar-se vulnerável a insolação direta principalmente nos períodos equinociais, quando a inclinação do sol em relação ao plano terrestre chega a 90º.
FIGURA 04- Estudo de insolação de fachadas Fonte: Desenvolvido pelos autores (2015).
6.0 AS ESTRATÉGIAS BIOCLIMÁTICAS Determinado o partido arquitetônico, implantação no terreno, analisado a insolação quanto às orientações das fachadas e considerando as recomendações da NBR 15220-3/2005, pode-se determinar estratégias bioclimáticas para amenizar os efeitos negativos e aproveita os efeitos positivos do clima rígido de Macapá, para melhor desempenho térmico e eficiência energética na proposta arquitetônica para o projeto do centro de convenções. As estratégias bioclimática utilizadas na proposta foram: 1- Sombreamento: Utilizando quebra-sol, beirais, pergolado e inclinação das fachadas N-S; 2- Iluminação natural: Utilizando grandes peles de vidro e sheds para iluminação zenital; 3- Condicionamento artificial: ar condicionado para resfriar os ambientes.
Figura 05- Esquema geral das estratégias bioclimáticas adotadas na proposta Fonte: Desenvolvido pelos autores (2015).
6.1 Sombreamento O sombreamento foi utilizado em todas as fachadas, além da praça de acesso principal, visando proteger as paredes e as grandes aberturas com pele de vidro da radiação direta, amenizando assim o aquecimento da edificação pela insolação. Na praça central entre os blocos, foi utilizado um grande pergolado para sombreá-la (ver figura 06). Ele é constituído por laminas metálicas com inclinação de 45º, promovera sombreamento, somado a circulação de ventos e a vegetação na praça, cria-se um micro clima no local.
FIGURA 06- Esquema de proteção da praça central Fonte: Desenvolvido pelos autores (2015).
Nas fachadas orientadas na direção Norte e Sul, o sombreamento é feito com a inclinação das fachadas em 16°, criando assim um grande beiral que proporcionará sombreamento nas fachadas (ver figura 07). Também será utilizado quebra-sol para reduzir a incidência solar durante os solstícios, período que ocorre a insolação direta dessas fachadas.
FIGURA 07- Esquema de proteção das fachadas orientadas à L e O Fonte: Desenvolvido pelos autores (2015).
Para verificar o funcionamento das estratégias de sombreamento empregadas nas fachadas Norte e Sul, foi feito estudos e simulações computacionais utilizando os programas Heliodon2 para reprodução de mascaramento e SketchUp para simulação física. A simulação foi feita nos períodos dos equinócios e solstícios nos horários de 10h e às 16h, demonstrando que o conjunto inclinação e quebra-sol, proporcionarão excelente proteção às fachadas da insolação (ver figura 08).
FIGURA 08- Simulação da incidência solar nas fachadas orientadas a N e S e suas respectivas mascaras de sombreamento em função dos protetores solares. Fonte: Desenvolvido pelos autores (2015).
6.2 Iluminação natural A cobertura do pavilhão de feiras contará com aberturas do tipo sheeds para captar a luz natural para dentro do ambiente e controle da insolação. Assim como as fachadas de ambos os blocos voltadas para a praça, terão grandes peles de vidro que contribuirá para uma maior iluminação natura da edificação. Devido os sheeds estarem orientados no sentido Leste, houve a necessidade de protege-los com quebra-sol para evitar a radiação direta que recebera no período da manhã (ver figura 09).
FIGURA 09- Sheeds de iluminação com sua máscara de sombra. Fonte: Desenvolvido pelos autores, programas Sketchup e Heliodon2, 2015
7.0 CONSIDERAÇÕES FINAIS De acordo com a proposta apresentada neste trabalho, independentemente de ser ou não um centro de convenções, foi dado ênfase ao emprego dos conceitos/desenho bioclimático, que direcionam à busca da minimização dos impactos de uma intervenção e na obtenção de uma relação mais harmoniosa entre paisagem e construção, essa foi a premissa desse estudo, tendo como considerações: 1. Deve-se inicialmente fazer sempre um estudo do clima local (condicionantes), tais como a temperatura do ar, a umidade, a direção e velocidade dos ventos, e etc.; 2.
Obtém-se uma boa contribuição para a concepção volumétrica realizando simulações e estudos através de softwares, com resultados satisfatórios para um melhor desenho bioclimático, através de estratégias como o controle da radiação solar direta nas edificações;
3. Analisar local de implantação da proposta, afim de posicionar e priorizar a orientação das fachadas da edificação de acordo com o estudo realizado;
4. Elaborar estratégias para o melhor aproveitamento da luz natural, como o uso dos sheeds (na cobertura), e a pele de vidro aplicado nas fachadas com dispositivos de proteção solar; 5. Considerando-se as recomendações das normas vigentes, como por exemplo a utilização da NBR 15220, é necessário para a latitude de Macapá, o aproveitamento da ventilação natural, com objetivo da manutenção da qualidade do ar interno, através da renovação permanente do ar, utilizando-se da ventilação cruzada; 6. Faz-se necessário estabelecer nos estudos de implantação e volumetria um zoneamento das atividades que serão realizadas na edificação afim de obter um controle do condicionamento térmico e climático, proporcionando melhor conforto para os usuários.
REFEÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15220-3: desempenho térmico de edificações. Parte 3: zoneamento bioclimático brasileiro e diretrizes construtivas para habitações unifamiliares de interesse social. Rio de Janeiro, 2005. BARTOLOMEU, A. Oliveira. Analisís bioclimático en la ciudad ecuatorial de Belém do Pará Brasil. Barcelona, 2007. Tesina (postgrado) Universidad Politécnica de Catalunya . KÖPPEN, W. Grundriss der Klimakunde: Outline of climate science. Berlin: Walter de Gruyter, 1931. LAMBERTS, R.: DUTRA, L. & PEREIRA, F.O.R. Eficiência Energética na Arquitetura,192 p. São Paulo: PORCEL, PW Gráf. Associados Ltda., 1997. OLGAY, Victor, Arquitectura y clima: manual de desenho bioclimático para arquitectos y urbanistas, 203 p. Barcelona: Gustavo Gili, 2008. TRINDADE, C. Sileno. Simulação computacional como ferramenta de auxílio ao projeto: aplicação em edifícios naturalmente ventilados no clima de Natal/RN. 2006. Dissertação (Mestrado em Arquitetura e Urbanismo) – Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2006.
