Aquecimento Solar Passivo

Aquecimento Solar Passivo

Utilizar o Sol e os seus benefícios no desenho de um edifício é uma estratégia fundamental para criar um edifício sustentável.

O Aquecimento Solar Passivo é apenas uma estratégia num conjunto de abordagens que podem vir a ser consideradas num desenho de um edifício, normalmente designadas por Desenho Solar Passivo.

A estratégia de Aquecimento Solar Passivo em particular, faz uso dos vários componentes do edifício para recolher, armazenar e distribuir os ganhos solares adquiridos de modo a reduzir as necessidades de aquecimento do espaço. Desta forma, é determinante na redução de consumo de energia resultante dos sistemas de aquecimento convencional, substituindo parcialmente ou totalmente os combustíveis fósseis e reduzindo a poluição ambiental no sector da construção, principalmente na fase de uso.
A melhor altura para incorporar este tipo de estratégia é assim, durante as fases iniciais de concepção do edifício. Quando combinadas correctamente, as várias abordagens que constituem o Desenho Solar Passivo, podem contribuir para o aquecimento, arrefecimento e a iluminação natural no interior de praticamente qualquer edifício.

Aquecimento Solar Passivo

Considerações gerais

A introdução desta estratégia deve ser ponderada de acordo com as condições climáticas especificas do local, como a temperatura exterior, o vento e principalmente a radiação solar, uma vez que a captação da radiação é um factor essencial para uma maior eficiência de implementação.

Tipicamente, esta estratégia envolve:

  1. a captação da energia solar, por meio de envidraçados bem orientados, nomeadamente a sul (no hemisfério Norte);
  2. o armazenamento da energia captada em massa térmica, resultado da aplicação de materiais de construção com capacidade de armazenamento térmico como o betão e paredes de tijolo maciço. A massa térmica permite reduzir a amplitude térmica das temperaturas existentes no exterior e produzir temperaturas interiores mais estáveis.
  3. a natural e correcta distribuição da energia armazenada para o espaço que se pretende aquecer, através de mecanismos de convecção natural, condução ou radiação.

A introdução desta estratégia pode reduzir o consumo de energia para aquecimento entre 25% a 75% durante o ciclo de vida comparado com um edifício que não considere o desenho solar passivo na sua concepção [1].

Apesar do conceito ser simples (a utilização da energia solar para o aquecimento do edifício), a aplicação da estratégia implica atenção no detalhe de desenho e construção.

Existem três tipos de sistemas genéricos para a implementação do Aquecimento Solar Passivo que podem ser classificados da seguinte forma:

  1. Ganho Directo;
  2. Ganho Indirecto;
  3. Ganho Isolado.

Implementação dos Sistemas

O sistema de Ganhos Directos é a abordagem mais simples e mais utilizada, embora muitas vezes de forma errada. Geralmente são utilizados grandes envidraçados a sul abrindo directamente para o espaço habitado.

quadro1
Quadro 1 – Relação da temperatura média exterior com o envidraçado necessário em sistemas de ganhos directos

Dado que a capacidade do ar em absorver a energia solar é praticamente nula, o espaço deverá ser constituído no seu interior por materiais compactos com capacidade de armazenamento térmico e preferencialmente com elevador poder de absorção de radiação (tons escuros e mates, principalmente no pavimento, uma vez que as paredes poderão ser brancas de maneira a não prejudicar a distribuição da iluminação natural). Assim, durante o período diurno, a massa térmica absorve o calor resultante da incidência da radiação para no período nocturno libertá-lo para o espaço.O quadro 1 estabelece uma relação de referência entre a dimensão máxima dos vãos envidraçados, a superfície dos compartimentos que servem e as temperaturas médias exteriores no inverno [2] Os envidraçados são assim, um elemento fundamental para o aquecimento do espaço, pelo que se deverá tomar atenção ao seu dimensionamento, assim como ao sombreamento dos mesmos no Verão, de modo a evitar o sobreaquecimento em termos de temperaturas interiores. De referir ainda a necessidade de isolamento nocturno através de portadas e persianas, de modo a evitar perdas térmicas no período em que o aquecimento é mais necessário.

Figura 2 - Representação esquemática do sistema de ganhos indirectos [2]
Figura 2 – Representação esquemática do sistema de ganhos indirectos [2]
Nos sistemas de Ganhos Indirectos, a massa térmica do material armazenador é colocada entre a superfície de ganho (normalmente vidro) e o espaço a aquecer, formando assim uma parede colectora.

A energia solar absorvida com este sistema pode ser transmitida directamente para o espaço (por ventilação através de orifícios existentes na parede) ou desfasada de maneira a suprir as necessidades de aquecimento numa altura explicita do dia, funcionando por condução, dependendo do material e espessura da parede, sendo neste caso designada por “parede de armazenamento”.
A parede de armazenamento pode ser constituída, em complemento ou substituição, por outro tipo de material que permita a acumulação térmica, para além dos já mencionados acima no sistema de ganhos directos, como a água, que permite uma reflexão maior e uma transmissão térmica mais rápida, conforme o que fôr pretendido para o espaço em questão. Em qualquer dos casos, a parede deverá apresentar propriedades que potenciem a absorção solar.

Quadro 2 - Relação da temperatura média exterior com a área de parede necessária por cada metro quadrado de superficie do compartimento em sistemas de ganhos indirectos
Quadro 2 – Relação da temperatura média exterior com a área de parede necessária por cada metro quadrado de superfície do compartimento em sistemas de ganhos indirectos

No caso de uma parede colectora com ventilação, esta é normalmente designada por “parede de Trombe”, por ter sido criada e utilizada pela primeira vez por Félix Trombe e pelo Arqº Jacques Michel, na qual através de orifícios nas partes inferior e superior da parede colectora, o ar quente existente na parte intermédia (entre o vidro e a parede colectora) aquece o espaço por convecção natural, ou ainda por condução, se os orifícios estiverem fechados, funcionando como uma simples parede de armazenamento. O vidro que compõe essa zona intermédia ou de estufa deve situar-se entre 10cm e 15 cm da parede colectora para que possa suportar as amplitudes térmicas entre o interior e o exterior e contribua para um ambiente mais ameno no interior do espaço.De uma maneira geral é possível relacionar as áreas de parede de captação com a superfície do compartimento a aquecer, segundo as temperaturas médias exteriores no Inverno de modo a manter uma temperatura constante durante o dia inteiro entre os 18ºC e os 24ºC.[2]

Figura 3 - Representação esquemática do sistema de ganhos isolados [2]
Figura 3 – Representação esquemática do sistema de ganhos isolados [2]
Ao contrário dos sistemas de ganho directo, este sistema (a “parede de Trombe” em particular) não so previne em grande parte o sobreaquecimento do espaço, pelo controlo possível do sistema, como possibilita temperaturas estáveis em termos de conforto nos dias de eventual fraca radiação.

Nos sistemas de Ganhos Isolados, combinam-se os princípios térmicos dos sistemas de ganhos directos e indirectos. Aqui, nem a captação de raios solares, nem o armazenamento se encontram nas áreas habitadas do edifício, mas sim numa zona isolada, normalmente denominada de “estufa”. A “estufa” permite a transmissão de ganhos ao espaço adjacente por condução ou caso haja aberturas entre as divisões, por convecção.
Este sistema é particularmente interessante de ser utilizado em zonas com maior percentagem de dias com céu encoberto, uma vez que possibilita ganhos consideráveis provenientes da radiação difusa, pela grande superfície de envidraçados descoberta.
Este sistema permite também cumprir a função de zona tampão à zona contigua a esta, contribuindo para a redução das suas perdas energéticas. De modo a evitar as perdas do próprio espaço da “estufa” deverão ser considerados mecanismos de isolamento nocturno, à semelhança dos sistemas de ganhos directos. Deve ser no entanto alvo de um desenho cuidado, principalmente no seu dimensionamento e orientação para que se alcance o equilíbrio necessário entre a área de captação e a massa de armazenamento térmico existente, sem o qual excessos de temperatura terão facilmente lugar.

O desenho de edifícios

Seja qual for o(s) sistema(s) implementado(s), este deverá ser complementado com uma série de questões comuns e que dizem respeito ao edifício como um todo.

Conforme já foi referido, para a concepção destes sistemas deverá ser levada em conta as condições climáticas a que estão expostos, para que o desenho possa reflectir as temperaturas existentes no exterior. A questão do uso e cargas internas subsequentes é também importante para o desenho dos sistemas, pois um espaço sujeito a cargas internas mais pesadas (pessoas, equipamento) como um escritório ou uma escola, necessita de menos aquecimento que uma habitação.
O isolamento do edifício é um factor importante a ter em conta. O isolamento térmico das paredes exteriores deverá ser assegurado, assim como deverá ser optimizada a transmissividade térmica dos envidraçados utilizados, sem prejudicar os níveis de admissão de radiação necessária a cada sistema, Os envidraçados deverão também ser sujeitos a sombreamentos para o Verão quando colocados na orientação sul, sendo que a implantação do edifício deverá privilegiar esta orientação (quando situado no Hemisfério Norte) de modo a maximizar os ganhos no Inverno, quando a radiação solar apresenta valores mais baixos.

De referir ainda a importância de uma estratégia de ventilação natural para garantir o controlo do balanço térmico no edifício. Embora os edifícios equipados com este tipo de sistema não necessitem de uma maneira geral de equipamentos mecânicos para operação, isto não quer dizer que não possam ou não devam ser utilizados componentes como ventoinhas ou ventiladores de modo a assistir a ventilação necessária ou a facilitar o fluxo de energia térmica. Este tipo de sistemas que utilizam meios mecânicos em complemento dos sistemas de Aquecimento Passivo são referidos como sistemas “híbridos” de aquecimento.

Conclusão

A característica mais significativa deste tipo de sistemas e da estratégia em geral é a integração na arquitectura do edifício e na selecção de materiais, para considerando o clima, criar edifícios energicamente eficientes que possam ser alimentados por fontes renováveis de energia, tornando-se cada vez mais auto-suficientes e não-poluentes, sem prejudicar o conforto dos utilizadores tanto a nível térmico como visual em termos de iluminação natural.
No entanto esta é também a razão porque este tipo de sistemas não é mais frequentemente utilizado, uma vez que se torna necessário um conhecimento especifico, tanto em relação ao funcionamento dos mesmos como dos conceitos ambientais inerentes na fase inicial do projecto de arquitectura, que a maioria dos arquitectos não possui.

Bibliografia

[1] Gonçalves, H., Graça, J.M., “Conceitos Bioclimáticos para os Edificios em Portugal”, DGGE, 2004
[2] Moita, F., “Energia Solar Passiva – 1”, INCM, 1985
[3] “A Green Vitruvius”, Ordem dos Arquitectos, 2001
[4] Goulding, J., Lewis, J., “Bioclimatic Architecture – the demonstration component of the Joulie-Thermie Programme”, Directorate General for Energy
[5] www.wbdg.org [6] www.outilssolaires.com

One Response

  1. That’s cleared my thoughts. Thanks for cotitibunrng.

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