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Aqui será apresentada a caracterização das principais variáveis do clima de Florianópolis, bem como as estratégias bioclimáticas destinadas a tirar partido das mesmas, a fim de beneficiar as condições de conforto e, por conseguinte, promover a eficiência energética nas edificações.
Em seus estudos GOULART (1993) aplicou metodologias de tratamento e análises estatísticas em dados climáticos de 10 anos da cidade de Florianópolis, registrados no Aeroporto Hercílio Luz (período de 1961 a 1970). Desta forma, determinou o ano climático pelo método TRY, que busca melhor retratar o clima em estudo. As variáveis climáticas obtidas, tratadas nos itens a seguir, referem-se as variáveis deste ano climático, e são: Temperatura de Bulbo seco, Umidade Relativa, Amplitude Térmica, Nebulosidade, Velocidade e direção do vento.
Temperatura de Bulbo Seco
Estes dados tratados, resumidos abaixo, fornecem uma indicação do clima da ilha de Santa Catarina e sua peculiaridade. Os valores extremos encontrados, durante os dez anos analisados, são a temperatura mínima de 2°C e a temperatura máxima de 36,4°C.
A análise do comportamento mensal da temperatura de bulbo seco, conforme mostrado na Figura abaixo, apresentou o mês de fevereiro como o mês de maior temperatura média e com o menor desvio padrão, ou seja, com valores mais próximos da média. Porém, o mês de janeiro foi o que apresentou a temperatura mais elevada. O menor valor de média mensal da temperatura de bulbo seco ocorreu no mês de julho, porém os meses de agosto e junho apresentaram as menores temperaturas mínimas.
Temperaturas de Bulbo Seco Mensais (ano climático-TRY de Florianópolis). Fonte: GOULART (1993).
O mês de agosto também apresentou a maior variação térmica mensal entre a mínima (2,0°C) e a máxima(33.8°C), onde a máxima se aproxima da temperatura máxima anual. As variações diárias entre astemperaturas de bulbo-seco mínimas e as máximas determinam as amplitudes térmicas diárias, apresentando-se como um parâmetro importante para definição de estratégias a serem adotadas.
Em relação ao ano climático de referência, as menores amplitudes térmicas diárias médias ocorreram nomês de setembro e os maiores valores no mês de maio, conforme visualizado na figura abaixo:
Amplitude térmica mensal (ano climático- TRY de Florianópolis). Fonte: GOULART (1993)
O maior valor da temperatura média máxima diária, calculado no período analisado por GOULART(1993), foi de 29,0°C, e ocorreu no mês de fevereiro, o qual foi eleito o mês mais quente do ano. O menor valor da temperatura média das mínimas diárias foi de 13,0°C, e ocorreu no mês de julho. Também foi neste mês que ocorreu a menor temperatura média das máximas, com o valor de 21,1°C, indicando ser o mês mais frio do ano. O aspecto mais importante destas médias das temperaturas máximas é que, durante todo o ano, elas apresentam valores acima de 20°C, e mesmo a média das mínimas não atinge valores menores que 13 °C, confirmando a amenidade do inverno.
Velocidade e direção do vento
A velocidade média anual dos ventos demonstra um comportamento muito variável. Os meses de janeiro, maio e agosto apresentam velocidades máximas inferiores aos demais, sendo o mês de maio o de ventos mais fracos. Os ventos no mês de outubro apresentam as velocidades mais elevadas, tanto médias quanto máximas.
Com relação à freqüência dos ventos em relação à direção, a direção Norte é predominante para todos os meses do ano. A segunda maior freqüência de ocorrência ocorre na direção sul, na maior parte do ano, exceto nos meses de março, julho e dezembro. O maior percentual para ausência de ventos ocorre durante os meses de abril e maio.
Para todos os meses do ano, os ventos mais fortes (acima de 9,0 m/s) ocorreram na direção sul. Éinteressante observar que o vento nordeste apresenta-se, ao contrário do que a maioria das pessoas acredita, como o terceiro e não o mais freqüente na estação do verão.
Freqüência Mensal de Direção de Vento com dados obtidos a partir de GOULART (1993)
Em Florianópolis existe potencial para o aproveitamento da ventilação com a função de favorecer o conforto térmico diante das situações de desconforto causadas pela temperatura e umidade relativa altas. Observando-se os dados de freqüência de ocorrência dos ventos por direção, apresentados na figura a seguir, se observa que a indisponibilidade de ventos é predominante durante a noite e madrugada. No entanto, não se descarta a necessidade de ventilação forçada por meio do insuflamento do ar externo para manter condições de conforto nesses períodos, principalmente em ambientes com ocupação noturna.
Observa-se que no período da tarde o vento sul apresenta maior freqüência, demonstrando um maior potencial de aproveitamento no verão, uma vez que os ventos deste quadrante são caracteristicamente mais frios. Porém, é preciso utilizar este potencial com bastante critério, pois este é um vento indesejado no período do inverno e apresenta altas velocidades, o que condicionaria o projeto de aberturas nesta orientação.
Freqüência de ocorrência de ventos por direção em cada hora do dia. Dados climáticos do TRY de Florianópolis dos meses de outubro a março (mais quentes).
Nebulosidade
O valor da nebulosidade média anual encontrada foi de 6,2 (parcela do céu coberta por nuvens: entre uma escala de 1-10, portanto maior que 50%), onde o céu tende as ser mais encoberto durante os meses de setembro a novembro. O mês de maio é o de menor nebulosidade, pois foi o único que apresentou nebulosidade menor que 50%, podendo-se observar que os meses de inverno apresentam menores nebulosidades que os meses do verão.
Umidade relativa do ar
Todos os meses apresentam a umidade relativa do ar máxima de 100%, com médias mensais superiores a 80%. A média da umidade relativa anual é de 82,7%, observando-se que os dados de umidade relativa estão distribuídos próximos da média.
Umidade Relativa (%) mensal (ano climático TRY de Florianópolis). Fonte: GOULART (1993)
Observa-se que a umidade relativa média apresenta-se elevada de maneira uniforme durante todo o ano, sendo um aspecto fundamental na descrição deste clima. A umidade relativa ameniza a variação da temperatura, com bloqueio da radiação e diminuição do calor radiante emitido da terra para a atmosfera.
O mês mais úmido, ou seja, de maior umidade relativa média, foi setembro (cerca de 85%), sendo também o mês que apresentou a menor amplitude média de temperatura. Este é um dado que confirma que a umidade elevada ameniza a variação de temperatura.
A presença, neste clima, de variação sazonal, mesmo sem um contraste muito alto e com o índice de umidade alto durante todo o ano, é um dos aspectos mais importantes que o diferenciam.
Irradiação solar
O trabalho de GOULART (1993) apresenta valores de radiação solar para Florianópolis obtidos no trabalho de PAULETTI e LAMBERTS (1991), apresentados conforme a tabela abaixo:
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Nível Freqüência
de Ocorrência
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[W.h/m 2 ]
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Média p/hora
[W.h/m 2 ] (12 horas)
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Nível 1,0%
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8844,60
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736
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| Nível 2,5% |
8604,70
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716
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| Nível 5% |
8259,90
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688
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| Nível 10,0% |
7983,80
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666
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Estratégias bioclimáticas e projeto arquitetônico
Os processos de interação do clima com a edificação podem ser explorados pelo projetista, através de uma série de estratégias de projeto ou, como são chamadas por alguns pesquisadores da área, de estratégias bioclimáticas, proporcionando melhores condições de conforto térmico nos ambientes e menores gastos energéticos. Dessa forma, são apresentadas as estratégias resultantes do processo de avaliação do clima.
Uso de proteções solares de acordo com limites de conforto
O ganho de calor solar é variável segundo a latitude de cada lugar e a trajetória do sol na abóbada celeste, variando a intensidade de acordo com o ângulo de incidência dos raios solares em relação à superfície de cada região.
Para a latitude de Florianópolis (-27o6’), o diagrama solar utilizado é o apresentado na Figura abaixo, que demonstra a trajetória do sol nos doze meses do ano.
Diagrama da Trajetória Solar na Latitude de Florianópolis (+/-) 27°60’. Fonte: RORIZ (1995)
Pode-se observar a diferença da trajetória do sol no verão (linha inferior do diagrama solar), que se estende por mais tempo em relação à do inverno (linha superior do diagrama solar). A variação principal dá-se, também, pelo ângulo com que os raios de sol atingem a superfície da terra, apresentando-se no verão próximos à normal a superfície e, no inverno, de forma bem mais tangencial a ela, o que determina uma menor intensidade de irradiação solar ao meio dia. A tabela abaixo apresenta dados de temperatura horária média para cada mês do ano climático de referência de Florianópolis (TRY).
A análise destes dados auxilia na determinação dos períodos com maior ou menor necessidade de sombreamento. OLGYAY(1968) recomenda sombreamento total para temperaturas acima de 28°C, entretanto como a tabela indica as médias de temperaturas horárias, pode-se considerar um valor menor. Dessa forma, arbitrou-se 25°C para uma necessidade de sombreamento total.
Para temperaturas abaixo deste valor foi levada em consideração a necessidade de aquecimento solar passivo em determinados períodos, de acordo com o limite da temperatura.
Períodos onde há necessidade de sombreamento. FONTE: Gráfico elaborado com dados obtidos por PAPST, A L.(2001)
Carta bioclimática adotada x ano climático de Florianópolis
Neste tópico será analisado o resultado obtido ao se utilisar-se o programa AnalysisBio, desenvolvido no LABEEE (LABEEE, 2008).
A partir do método de WATSON e LABS (1983), este programa possibilita a análise de todos os dados climáticos horários de um ano (TRY de Florianópolis). Esses dados são plotados na Carta Bioclimática de Edificações, adaptada para Florianópolis (GYVONI, 1992). A Carta Bioclimática apresenta diversas zonas, inclusive a Zona de Conforto Térmico, definidas de acordo com limites de temperatura e umidade. A partir de tais limites se definem as estratégias bioclimáticas de projeto recomendáveis para o clima em estudo.
Na figura abaixo, observa-se o enquadramento dos dados do TRY de Florianópolis dentro de cada zona da Carta Bioclimática. Os dados, assim obtidos, demonstraram conforme Figura 9 e Tabela 4, que o clima de Florianópolis proporciona um desconforto térmico anual de 79,2% em número de horas, enquanto o percentual de horas com conforto é bem menor: 20,8% (pontos em vermelho enquadrados na Zona 1 da Carta Bioclimática), conforme ilustrado na Figura a seguir.
Plotagem de 8760 Horas Analisadas (100% das horas) do ano climático TRY de Florianópolis
Outro aspecto a ser observado é que a estratégia, uso da inércia térmica para aquecimento (35,4%), aparece com uma proporção muito maior do que a inércia para resfriamento (1,0%). A inércia térmica pode apresentar-se como uma estratégia conflitante entre os requisitos de cada estação climática.As estratégias que se apresentam como mais efetivas para se alcançar o conforto térmico, são: Ventilação com 35,7% (para resfriamento) e Inércia Térmica/ Aquecimento Passivo (para ganho de calor), com 35,4% (observar zonas enumeradas na Carta Bioclimática).
É interessante observar que os percentuais de dados relativos ao desconforto, tanto por frio quanto por calor, são equivalentes, o que demonstra o contraste entre as duas estações do ano climático de Florianópolis. Vale salientar que uma grande parcela de desconforto por frio acontece no período noturno, 56,4%, o que é relevante para o setor residencial, uma vez que corresponde ao período com maior ocupação das residências.
Um aspecto que se pode observar é que no inverno, ou mesmo verão, ocorrem períodos de calor e frio. Logo, dentro da mesma estação podem ocorrer dias com características da estação oposta. O projeto bioclimático deve levar este aspecto em consideração.
A seguir, será relatado passo a passo como as estratégias bioclimáticas foram incorporadas ao projeto arquitetônico da Casa Eficiente.
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