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Elemento de controle trmico, lumnico e acstico
Egon Vettorazzi (1) Marcelo Langner (2) Odoni Ruschel Junior (3)
Patrcia Soares Teixeira (4)
(1) Universidade Federal da Integrao Latino-Americana - UNILA,
Foz do Iguau, Paran, Brasil.
e-mail: [email protected]
(2) Centro Universitrio Dinmica das Cataratas UDC, Foz do Iguau,
Paran, Brasil.
e-mail: [email protected]
(3) Centro Universitrio Dinmica das Cataratas UDC, Foz do Iguau,
Paran, Brasil.
e-mail: [email protected]
(4) Centro Universitrio Dinmica das Cataratas UDC, Foz do Iguau,
Paran, Brasil.
e-mail: [email protected]
Resumo: Neste trabalho foi desenvolvido um dispositivo de
controle da radiao solar direta que
tambm tem a finalidade de melhorar o desempenho acstico,
luminoso e a eficincia energtica do
ambiente ao qual aplicado. Esse elemento pode ser instalado
durante ou aps a construo da
edificao, sendo adaptado facilmente a maioria das janelas
disponveis no mercado. Alm de
bloquear os rudos externos e a radiao solar excessiva, permite a
entrada de iluminao e
ventilao natural no interior das edificaes, melhorando as
condies internas de conforto
ambiental ao mesmo tempo que contribui com a eficincia energtica
devido a diminuio do uso de
ar condicionado. Para realizao do trabalho foi construdo um
prottipo em escala real para testar
o desempenho na reduo de rudos no interior de uma edificao. Para
a avaliao do desempenho
quanto proteo da radiao solar e iluminao natural, foram
realizadas simulaes com uso de
programas computacionais. Os resultados demonstram uma reduo
entre 9,4 e 16,1 decibis dos
rudos no interior da edificao, representando uma diminuio
aproximada de trs a cinco vezes na
intensidade do som. Alm disso, foi constatado que o elemento de
proteo solar desenvolvido protege
da radiao solar direta, ao mesmo tempo em que diminui a
excessiva iluminao natural no interior
da edificao.
Palavras-chave: elemento de proteo solar; conforto acstico;
rudo; poluio sonora.
Abstract: We have developed a device to control direct solar
radiation which also aims to improve the
sound , light performance and energy efficiency of the
environment to which it is applied. This element
can be installed during or after construction of the building
and is easily adapted to most of the
windows available on the market . In addition to block outside
noise and excessive solar radiation,
allows the entry of natural lighting and ventilation inside the
building , improving the internal
conditions of environmental comfort while contributing to energy
efficiency due to decreased use of
air conditioning . To perform the job it was built a prototype
to test the real performance in noise
reduction inside a building scale. For the evaluation of the
performance as the protection from solar
radiation and daylighting simulations using computational
programs were held. The results show a
-
reduction of between 9.4 and 16.1 decibels of noise within the
building , representing an approximate
decrease three to five times the sound intensity. Furthermore ,
it was found that the element of sun
protection designed protect from direct sunlight , while it
decreases the excessive natural light inside
the building .
Keywords: element of sun protection; acoustic comfort; noise;
noise pollution.
1. INTRODUO
O crescimento desordenado da populao no meio urbano acarreta
diversos problemas sociais,
econmicos e ambientais. No Brasil, segundo o censo demogrfico do
IBGE (2010), cerca de 84% da
populao vive em meio urbano. Entre os problemas diagnosticados
atualmente, a poluio sonora e o
aumento de consumo de energia per capita so alvos de estudo, em
virtude das dificuldades
encontradas para o controle do problema.
A poluio sonora, segundo dados publicados na revista Summa
(2012), considerada a terceira maior
causa de poluio no planeta, atrs apenas do ar e da gua, sendo um
problema de sade pblica,
segundo a Organizao Mundial de Sade (OMS). A entidade estima que
800 milhes de pessoas
sofram com a perda auditiva, e este nmero dever aumentar para
1,1 bilho at 2015,
aproximadamente 16% da populao mundial. Esses rudos geralmente
so originados por fontes que
produzem sons excessivos, como indstrias, canteiros de obras,
meios de transporte, reas de
recreao, atividades de lazer etc. Alm disso, h relatos sobre a
ocorrncia de efeitos negativos em
nveis moderados de rudo, uma vez que lentamente vo se instalando
estresse, distrbios fsicos,
mentais e psicolgicos, insnia e problemas auditivos (MEDEIROS,
1999).
Um fator que contribui para o aumento do consumo de energia
eltrica o desconforto causado
populao pela exposio a nveis elevados de rudos urbanos. Para se
proteger dos rudos, o usurio
fecha as janelas, o que diminui a ventilao e a iluminao natural
e muitas vezes, recorre ao uso de
solues artificiais de conforto trmico, como o uso do
ar-condicionado.
A OMS considera que, para no causar prejuzos ao ser humano, um
som deve atingir um nvel de at
50dB. A partir disso, comeam a surgir os efeitos negativos. De
acordo com Frota (1995), o conforto
ambiental considerado um dos principais objetivos da
arquitetura, visando ao mximo o bem-estar
do usurio. Sendo assim, necessrio agregar elementos
arquitetnicos que auxiliem o conforto
ambiental dos ambientes. Esses elementos no s devem promover o
conforto, mas priorizar
estratgias de ventilao e iluminao natural. Consequentemente,
levam reduo do consumo de
energia eltrica e fazem toda a diferena nas construes que
agregam esses dispositivos. Para o
desenvolvimento deste trabalho, adotou-se o brise, elemento
arquitetnico de proteo solar,
atribuindo-lhe uma nova funo, o conforto acstico.
Considerando os aspectos expostos, quanto dificuldade de sanar a
questo dos rudos urbanos e a
fatores referentes ao conforto trmico, associando diretamente
esses problemas ao crescimento
demogrfico e ao consumo excessivo de energia eltrica, torna-se
necessrio o desenvolvimento de
sistemas que busquem amenizar os impactos resultantes da
terceira maior causa de poluio no
planeta, a poluio sonora.
O brise mvel acstico foi desenvolvido para amenizar as ondas
sonoras nocivas sade da
populao. A tecnologia visa controlar a incidncia direta de raios
solares, diminuir os nveis de rudos
transmitidos para dentro dos ambientes sem afetar a ventilao
natural e, consequentemente, reduzir o
-
uso de aparelhos condicionadores de ar.
Diante dos dados apresentados sobre os problemas provenientes da
poluio sonora, este trabalho
procurou desenvolver uma nova tecnologia capaz de solucionar de
maneira sustentvel o problema, ou
seja, promover a combinao de materiais acsticos com o brise. Nas
dimenses corretas, essa
combinao pode proporcionar uma reduo significativa no nvel dos
rudos externos, possibilitando
a utilizao das janelas abertas e, consequentemente, otimizando a
ventilao e a iluminao natural,
controlando a radiao solar direta no interior dos ambientes, de
modo a aumentar o conforto trmico
e diminuir o consumo de energia eltrica.
2. OBJETIVO
O objetivo principal deste projeto propor uma soluo simples, e
economicamente vivel, para
resolver problemas das edificaes urbanas relacionados com o
conforto trmico, acstico e lumnico.
A proposta tem como foco primordial reduzir a entrada de rudos
urbanos no interior da edificao e,
ao mesmo tempo, permitir a entrada de luz e ventilao natural,
aumentando o nvel de conforto e
diminuindo o consumo de energia eltrica com o uso de
ar-condicionado.
3. JUSTIFICATIVA
Este trabalho se justifica pela necessidade do estudo de solues
que amenizem os problemas relativos
a poluio sonora sem que, no entanto, prejudicar o conforto
trmico e a eficincia energtica dos
ambientes devido ao fechamento das janelas e o impedimento da
ventilao e iluminao natural.
4. MTODO EMPREGADO
A metodologia do trabalho se divide em duas etapas principais:
Projeto do brise mvel acstico
(prottipo) e ensaios de desempenho: acstica, radiao solar e
iluminao natural.
4.1. Projeto do brise mvel acstico
As Figuras 1 e 2 mostram, em vista frontal e corte, as dimenses
utilizadas no projeto do brise mvel
acstico (L= 90cm H= 95cm P= 16cm) onde L a largura, H a altura e
P a profundidade. A Figura
3 mostra o detalhamento do corte para melhor compreenso e a
Figura 4 simula por computao o
brise mvel acstico aplicado em uma edificao.
FIGURA 1 Vista frontal. FIGURA 2 Corte A.
-
FIGURA 3 Detalhe A: Lmina.
FIGURA 4 Brise mvel acstico aplicado em uma edificao.
Nas Figuras 5 e 6 demonstrado como o brise mvel acstico busca
atender s necessidades de
conforto trmico, lumnico e acstico, atenuando os rudos
provenientes do exterior, absorvendo a
energia sonora quando esta passa do meio externo para o interno
pela abertura, sem interromper a
ventilao natural, e controlando a incidncia da radiao direta no
ambiente.
FIGURA 5 Absoro sonora.
FIGURA 6 Controle da radiao solar.
4.2. Ensaios: acstica, radiao solar e iluminao natural
Para comprovao da eficincia do brise mvel acstico foram
realizados ensaios acsticos, da
radiao solar e de iluminao natural. Os ensaios acsticos foram
efetuados com um prottipo real.
Para facilitar o estudo em diversas latitudes e em diferentes
perodos do ano, os ensaios de proteo
contra a radiao solar e para a iluminao natural foram realizados
por meio de simulao
computacional. A simulao computacional possibilita simular em
qualquer poca do e em qualquer
horrio.
4.2.1. Ensaio de desempenho acstico
Para execuo dos ensaios acsticos foi desenvolvido e construdo um
prottipo do brise mvel
acstico e um dispositivo de ensaio para test-lo.
O prottipo foi construdo com os seguintes materiais: policloreto
de vinila (PVC) expandido de 2mm;
espuma acstica absorvente com 50mm de espessura; cola instantnea
e impermeabilizante lquido. As
figuras 7 e 8 apresentam fotos do prottipo.
-
FIGURA 7 Foto frontal do prottipo.
FIGURA 8 Foto lateral do prottipo.
O dispositivo de ensaio foi desenvolvido com uma caixa com
materiais acsticos que simula a
abertura de uma edificao. O dispositivo de ensaio consiste em
uma caixa de camada dupla de
laminado prensado com um material acstico absorvente entre as
camadas. As figuras de 9 a 11
demonstram, respectivamente, a caixa externa, a caixa interna e
o dispositivo completo, medindo
externamente L= 100cm H= 100cm P= 100cm e internamente L= 80cm
H= 80cm P= 90cm. A
Figura 12 mostra a foto do dispositivo de ensaio sem o prottipo
e a Figura 13 mostra a foto do
prottipo do brise mvel acstico acoplado ao dispositivo de
ensaio.
FIGURA 9 Caixa externa.
FIGURA 10 Foto do dispositivo de ensaio sem o
prottipo.
FIGURA 11 Todo do dispositivo de ensaio.
Os ensaios acsticos foram desenvolvidos com o dispositivo de
ensaio em com o fechamento em
diferentes situaes, conforme demonstrado na Figura 12: (a)
dispositivo de ensaio aberto e fechado;
(b) dispositivo de ensaio com o prottipo do brise mvel acstico
com as lminas na posio
horizontal e com diferentes angulaes em diferentes angulaes: (c)
na posio horizontal, (d) 25
graus interno, (e) 25 graus externo e (f) 40 graus interno, o
que tornou possvel determinar o ngulo
das lminas que apresenta o melhor desempenho acstico.
(a) (b) (c) (d) (e) (f)
FIGURA 12 Diferentes situaes do dispositivo de ensaio para
realizao dos ensaios acsticos.
-
A fonte sonora ficou a uma distncia de 230cm do dispositivo de
ensaio e apresentou uma intensidade
sonora de 76,5dB (Figura 13). Para os ensaios foi utilizado um
decibelmetro digital modelo MSL
1351C, marca Minipa (Figura 14).
FIGURA 13 Esquema do ensaio.
FIGURA 14 Decibelmetro.
4.2.2. Ensaio de desempenho de proteo contra a radiao solar
Para anlise da eficincia trmica do brise mvel acstico nas
edificaes no territrio brasileiro foram
feitas simulaes nos programas computacionais Autodesk Revit
verso 2014 e Brise.BR na cidade de
Porto Alegre, latitude de 30 graus Sul, no estado do Rio Grande
do Sul, Brasil. Todos os ensaios foram
realizados considerando a janela orientada para o Norte, em
todos os horrios e dias do ano, com as
lminas do brise mvel acstico na posio horizontal. Essa anlise
tornou possvel verificar a
incidncia da radiao solar no interior da edificao com e sem o
uso do brise mvel acstico.
4.2.3. Ensaio de iluminao natural
Para anlise da eficincia da iluminao natural do brise mvel
acstico nas edificaes no territrio
brasileiro foram feitas simulaes no programa computacional Velux
Day Light verso 2.6.7,
considerando para a anlise na cidade de Porto Alegre, latitude
de 30 graus Sul. Todos os ensaios
foram realizados considerando a janela orientada para o Norte,
ao meio-dia, e no dia de maior
incidncia solar do ano, no solstcio de inverno (21 de junho).
Essa anlise tornou possvel verificar a
quantidade de iluminao natural (lux) no interior da edificao com
e sem o uso de brise mvel
acstico com as lminas na posio horizontal.
5. RESULTADOS OBTIDOS
Os resultados da aplicao do brise mvel acstico esto divididos
em: anlise do desempenho
acstico, anlise do desempenho da proteo contra a radiao solar e
anlise da capacidade de entrada
de iluminao natural.
5.1. Anlise do desempenho acstico
A Tabela 1 demonstra os resultados encontrados da diferena de
rudos internos no ambiente
(representado pelo dispositivo de ensaio) exposto a uma fonte
sonora de 76,5dB, com e sem o uso do
brise mvel acstico com as lminas em diferentes angulaes.
-
Dispositivo de ensaio com
e sem o brise mvel acstico
Rudo
externo
Rudo no interior do
dispositivo de ensaio
Reduo
(dB) (dB) (dB)
Aberto
76,5 76,5 0
Fechado
76,5 56,2 20,5
Lminas na
Horizontal
76,5 65,4 10,3
Lminas a 25
graus interno
76,5 66,3 9,4
Lminas a 25
graus externo
76,5 65,9 9,8
Lminas a 40
graus interno
76,5 59,6 16,1
TABELA 1 Resultado das medies acsticas.
Segundo Costa (2004), o dobro da intensidade do som equivale a
3dB, ou seja, a cada 3dB ocorre um
aumento de 100% na intensidade energtica do som.
O ambiente sem proteo, com a janela aberta, apresentou nveis de
rudo iguais a 76,5dB, ou seja,
sem reduo do nvel de rudo em comparao com o meio externo.
O ambiente com o brise mvel acstico acoplado janela e com as
lminas na posio horizontal
apresentou nveis de rudo iguais a 65,4dB, reduzindo 10,3dB do
rudo externo, o que, em mdia,
representa uma reduo de trs vezes na intensidade do rudo.
O ambiente com abertura acoplada de brise mvel acstico com as
lminas inclinadas a 25 graus
interno apresentou nveis de rudo iguais a 66,3dB, reduzindo
9,4dB do rudo externo, o que, em
mdia, representa uma reduo de trs vezes na intensidade do
rudo.
O ambiente com abertura acoplada de brise mvel acstico com as
lminas inclinadas a 25 graus
externo apresentou nveis de rudo iguais a 65,9dB, reduzindo
9,8dB do rudo externo, o que, em
mdia, representa uma reduo de trs vezes na intensidade do
rudo.
O ambiente com abertura acoplada de brise mvel acstico com as
lminas inclinadas a 40 graus
interno (levemente fechados), sem vedao ou hermeticidade,
apresentou nveis de rudo iguais a
59,6dB, reduzindo 16,1dB do rudo externo, o que, em mdia,
representa uma reduo de cinco vezes
na intensidade do rudo.
Para Bergund e Lindvall (1995) e Bergund, Lindvall e Schwela
(1999), quando exposto durantes 8
-
horas dirias a nveis de rudos de 75dB, o ser humano corre srios
riscos de perda de audio e,
segundo a NBR 10115 (2000), o nvel mximo de decibis permitido de
55dB em zonas residenciais
e de 60dB em reas mistas com vocao comercial e administrativa.
Sendo assim, os resultados
obtidos com o brise mvel acstico, de reduo de 10,3 a 16,1
decibis, o caracterizam como elemento
arquitetnico que auxilia o bem-estar e o conforto ambiental, sem
aumento do consumo de recursos
naturais e energticos.
5.2. Anlise do desempenho da proteo contra a radiao solar
A Figura 15 (a) torna possvel avaliar a intensa exposio de um
ambiente interno radiao solar
direta na cidade de Porto Alegre. No entanto, a Figura 15 (b)
demonstra que com o uso do brise mvel
acstico o ambiente fica protegido da radiao solar direta em
todos os perodos do ano, em grande
parte do dia.
(a) Sem brise mvel acstico.
(b) Sem brise mvel acstico.
FIGURA 15 Radiao solar no interior de edificao em Porto Alegre
sem e com brise mvel acstico.
5.3. Anlise do desempenho quanto iluminao natural
Com base nos ensaios realizados no programa computacional Velux,
foi constatado, de maneira geral,
que o uso do brise mvel acstico promoveu reduo da iluminncia
mdia no interior dos ambientes
na cidade de Porto Alegre. Sem o uso do brise mvel acstico, a
iluminncia interna alcana valores
muito altos (cerca de 3.000 lux), ofuscando e prejudicando a
realizao de atividades no interior da
edificao. Com a utilizao do brise mvel acstico, a iluminao se
distribuiu de maneira mais
uniforme nas edificaes das trs cidades estudadas.
A Figura 16 ilustra comparativamente os resultados da iluminao
natural com o uso de uma janela
convencional aberta e com a utilizao do brise mvel acstico na
cidade de Porto Alegre.
-
(a) Sem brise mvel acstico.
(b) Cem brise mvel acstico.
FIGURA 16 Iluminncia (lux) no interior de edificao em Porto
Alegre sem e com brise mvel acstico.
Na figura 17 possvel analisar, esquematicamente, que uma
edificao com janela convencional
aberta, sem elementos de proteo, est exposta a radiao solar
direta, rudos externos e iluminao
excessiva. possvel observar a tripla funo do brise mvel acstico,
que barra a radiao solar
direta, diminui a intensidade do som e controla a iluminao, sem
prejudicar a ventilao natural.
(a) Sem brise mvel acstico.
(b) com brise mvel acstico.
FIGURA 17 Edificao sem e com brise mvel acstico.
6. CONSIDERAES FINAIS
A utilizao do brise remodelado como elemento de barragem do som,
quanto a seu desempenho
acstico, trmico e lumnico, demonstrou resultados satisfatrios,
tendo em vista sua aplicabilidade em
razo da facilidade de instalao e adaptao a diferentes situaes. O
brise mvel acstico apresenta
flexibilidade de manejo e pode ser facilmente instalado em
edificaes novas, alm de poder ser
acoplado sobre janelas de edificaes existentes. Outra
caracterstica marcante o fato de poder ser
produzido em larga escala, o que reduz seu custo final.
Ao fim dos estudos e testes com o brise mvel acstico, foi
constatada sua eficincia por meio da
significativa diferena encontrada nos nveis de rudos do ambiente
interno com e sem o uso do
dispositivo. Alm disso, foi comprovada sua eficincia em barrar a
radiao solar e na capacidade de
controle da iluminao solar sem prejudicar a ventilao natural no
interior das edificaes.
Conforme ressaltado neste trabalho, mais de 80% da populao
urbana afetada por problemas
relacionados com o rudo urbano. Para alcanar o conforto acstico
dos ambientes, sem prejudicar o
-
conforto trmico e lumnico, o trabalho apresentado demonstra que
o emprego do brise mvel acstico
colabora efetivamente para o controle da radiao solar,
diminuindo os gastos de energia eltrica com
condicionamento trmico e auxiliando na iluminao e ventilao
natural.
Alm de economicamente vivel e correto do ponto de vista
ambiental, o projeto agrega outros
valores, proporcionando bem-estar, sade e eficincia
energtica.
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