Brises x Vidros de Controle Solar? Qual Proporciona Maior Conforto Térmico ?

Nesse artigo  vamos apresentar os benefícios térmicos que brises-soleil podem trazer para sua construção.  Através de uma simulação energética vamos comparar o cenário de um edifício com brises e o cenário com vidros simples e vidros de alto desempenho.

O brise é um dos elementos fundamentais na arquitetura de países de clima quente e países tropicais. Quando bem utilizados, são capazes de proporcionar melhores condições de conforto térmico para os usuários do edifício e também reduzem o consumo energético.  Com o desenvolvimento recente dos vidros de controle solar de alto desempenho criou-se uma percepção de que os brises não tinham mais função e de que as tecnologias presentes nesses vidros seriam suficientes para garantir conforto térmico e eficiência energética nos edifícios.

Como uma fachada com brises se comporta em comparação a uma fachada sem brises e com vidros de alto desempenho? Qual desses elementos proporciona as melhores temperaturas no espaço e a melhor eficiência energética em um edifício?

Vamos entender na prática com uma simulação energética quais os benefícios reais que um brise pode trazer para um edifício. Com um modelo simples criado no software designbuilder que roda por trás de uma ferramenta de cálculo chamada Energy Plus vamos testar a eficiência dos brises.

 

Fizemos um exemplo simples, de 10 metros por 10 metros, com parede de alvenaria de concreto e uma cobertura em laje de concreto isolado por EPS (isopor) e uma janela voltada para orientação norte.  A simulação foi rodada no clima de São Paulo – essa simulação foi feita de forma cíclica, isso significa que ela se repete de forma infinita. Foram selecionados os equinócios – 21 de março, mas poderíamos selecionar dia 21 de setembro por exemplo, em termos de geometria solar, esse é um período de temperaturas amenas.

Dentro dessas condições climáticas e datas selecionadas, vamos analisar como um edifício com ou sem brise se comportaria.  Essas datas foram selecionadas também por conta da alta intensidade de radiação que vai incidir na fachada Norte, exatamente onde está posicionado o vidro.

Esse gráfico acima mostra a variação de temperatura do ar externo ao longo desse dia. A temperatura máxima é de 27,5ºC e a mínima é 19,5ºC . No eixo X temos a variação das horas do dia, de zero até 24 horas.

No modelo utilizado nós temos uma cobertura insulada com o valor  U de condutância bastante baixo – o que significa que a laje está bem isolada termicamente. As paredes são de bloco vazado de concreto com o valor U de 1,28 W/m².k:

 

Nesta planta (abaixo) vemos qual vai ser a incidência em termos de ângulo solar nos vidros para esse período de março/setembro às 8h da manhã e ao meio dia (período em que o sol entra de maneira bastante perpendicular na fachada.

Nesses exemplos, vemos que nesta planta o sol penetra bastante sem um elemento sombreador, sendo o brise indicado em um caso como esse.

Vamos especificar brises com as seguintes características:  um brise horizontal de 60 cm, um brise vertical também de 60cm para proteção das laterais e um vidro comum com FS (fator solar )= 0,87 , o que significa que de toda a radiação incidente do lado de fora do vidro, apenas 87% passa.

Esse modelo de brise foi projetado para que não haja nenhuma radiação incidente no vidro. Agora vamos ver como ficariam os resultados com outros valores de fator solar do vidro.

Mas antes, você sabe o que é fator solar?

Dos 100% de radiação incidente acontece a chamada reflexão, ou seja, uma parte dessa energia solar vai ser refletida, uma parte é transmitida (transmissão primária) e outra parte é absorvida. Uma outra parcela é refletida para fora (reflexão secundária) e uma parte é retransmitida para o lado de dentro (transmissão secundária). Quando somamos a transmissão primária com a secundária, nós temos o fator solar (porcentagem de radiação solar que vai passar para dentro do espaço).

Analisamos 1 cenário com brise e um vidro comum e outros cenários sem brises e com vidros de alto desempenho com fator solar de 0,87 , 0,32 e 0,16:

Pra você ter uma ideia, os principais edifícios mais modernos hoje no país que receberam certificação LEED tem um fator solar muito próximo a esse de 0,30 ( ou seja, esse é um vidro bastante eficiente).

O 0,16 foi testado para analisar um cenário com um desempenho máximo, mas esse valor de fator solar dificilmente é encontrado no mercado.

Agora vamos aos resultados.  Primeiro vamos ver quais seriam as temperaturas do espaço nesses cenários. Imagine esses espaços sem o uso de ar condicionado e com as janelas fechadas.  Lembrando que não acrescentamos nenhuma carga térmica interna (não há pessoas, equipamentos ou luminárias).

O primeiro resultado (gráfico acima) é do cenário com brise. A linha cinza representa a temperatura do ar externo e a linha verde, mostra ao longo do dia as temperaturas internas. Note que não há grande distância entre as duas temperaturas, a partir do meio dia há uma diferença de aproximadamente 4ºC.

Vamos ver agora os cenários sem brise (gráfico acima – linha laranja).  Com um vidro comum de fator solar 0,87  nós temos um pico que chega a 37ºC . Ou seja, se nós ligássemos o ar condicionado, sem o brise certamente o consumo energético seria muito maior .

Mas não é justo fazer essa comparação porque usamos o mesmo tipo de vidro, então esse cenário serve apenas de base de comparação. Agora vamos analisar os vidros com menor fator solar.

No gráfico acima, vemos os resultados dos vidros de fator solar 0,32 e 0,16.  Perceba que  mesmo com um vidro de altíssimo desempenho a temperatura neste espaço é bem mais alta quando comparamos com o cenário com brise.

O problema é que quando a radiação entra no espaço, ela muda o seu comprimento de onda e não consegue mais sair. É semelhante ao que ocorre em uma estufa de plantas, a radiação atinge as superfícies internas e é reirradiada para o espaço, mas não consegue sair através do vidro, fazendo com que a temperatura da estufa de plantas suba.

No modelo com o Brise, esta radiação solar nem chegou no vidro, ela foi barrada antes de atingir a superfície, o que faz uma diferença enorme na quantidade de energia calorífica dentro do espaço.

Já o vidro de 0,16 chegou mais próximo dos resultados com brise, porém é um vidro extremamente espelhado, caro e que não resolve os nossos problemas de luz natural. Com esse fator, o vidro barra muito a iluminação natural.

Você deve procurar proporcionar uma bom equilíbrio entre controle solar e controle térmico de luz natural. O vidro de alto desempenho rejeita o calor, porém faz isso às custas da iluminação natural.

Uma das grandes vantagens do brise é que ele permite utilizar vidros mais simples e com menor desempenho térmico proporcionando assim uma boa iluminação natural.

Agora vamos ver como seria o consumo de energia de ar condicionado em cada um dos cenários simulados.

 

No cenário com brises nós atingimos o consumo de aproximadamente 4.000 kWh/ ano. Lembrando que não estamos considerando cargas térmicas internas, estamos analisando basicamente a remoção de calor sensível vindo da fachada, paredes e cobertura.

Sem o brise e com vidro comum há 48% a mais no consumo energético. Com o vidro de 0,32 alcançamos o mesmo consumo do cenário com brise, a grande diferença é , essa é uma solução mais cara, com vidro espelhado (que é considerado ruim esteticamente para muitos arquitetos) e redução na luz natural.

E por fim, o cenário com fator solar de 0,16 mostra uma redução de 20% do consumo de ar condicionado, mas como já mencionamos, essa opção leva a umcusto elevado, aspecto espelhado e também prejudica muito a passagem da luz natural.

Vamos citar agora um exemplo em que trabalhamos junto aos arquitetos no dimensionamento dos brises e também na especificação dos vidros.

O terminal do aeroporto de Florianópolis foi o mais vem avaliado do primeiro semestre de 2020 | Foto: Nelson Kon

O aeroporto de Florianópolis é um projeto muito interessante, ele possui um grande beiral em uma das fachadas que protege muito bem contra a insolação durante boa parte do ano.

Do outro lado, na área de embarque de passageiros havia um vidro desprotegido, então o que nós fizemos foi entender quais seriam as dimensões ideais e o quanto de proteção solar os beirais propostos pelo arquiteto proporcionavam.

A construtora estava orçando um vidro de fator solar 0,27 e no final nós usamos um vidro de fator solar 0,55 que é muito mais transparente, mais barato e permite maior entrada de luz natural.

Assista ao vídeo completo no canal Consultoria com Marcelo Nudel.