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Aspectos relevantes na concepção de sistemas de esquadrias na região norte do RS

Cunha, Eduardo Grala da (1);
(1) Professor Doutor, Adjunto, Universidade de Passo Fundo - Curso de Arquitetura e Urbanismo, Campus I, BR 285 - Km 171, Bairro São José, (54) 33168216 e-mail:egcunha@upf.br

Resumo
Neste artigo objetiva-se discutir o papel do projeto das esquadrias externas e internas na qualidade do ar interior em tipologias residenciais, como também apresenta uma sucinta análise da produção atual de alguns arquitetos do interior da região norte do estado do RS. São evidenciados os problemas da qualidade do ar interior gerados pela racionalização abusiva dos sistemas de esquadrias. O artigo está dividido em quatro partes. No primeiro item são apresentados alguns aspectos relevantes da ventilação natural nos edifícios, como também é analisada, de forma sucinta, a produção de edificações no norte do estado do RS, no que diz respeito aos sistemas de esquadrias. No segundo item são caracterizados os requisitos necessários para a ocorrência da renovação de ar em ambientes construídos. É discutida a importância da manutenção da permeabilidade interna nas edificações como requisito básico para a ocorrência da ventilação. Já no terceiro, é evidenciada a importância do funcionamento dos sistemas de esquadrias para a qualidade do ar interior. São apresentados alguns requisitos necessários a serem cumpridos pelas esquadrias externas e internas, como o controle dos diferentes fluxos de ar e da radiação solar direta. No quarto e último item, são caracterizados alguns importantes aspectos para a concepção de sistemas de ventilação natural em edifícios com diferentes usos.

Abstract
The objective of this paper is to discuss the role of external and internal windows and doors project in the internal air quality in residential typology, as well to present an analysis of the actual production of some architects from the north region of the RS. The internal air quality problems, created by the excessive rationalization of the windows and doors systems, are show up. The paper is divided in four parts. In the first item, some relevant aspects of the natural ventilation in the buildings are presented, and it is also analysed the production of buildings in the north of RS. In the second one, the necessary requirements for the occurrence of air renovation in built environments are characterized. The importance of the internal permeability maintenance in buildings, as a basic requirement for the ventilation occurrence, is discussed. In the third one, it is showed up the importance of windows and doors systems working to the quality of the internal air. Some necessary requirements to be carried out by the internal and external windows and doors are presented, as well as the control of different air flow and direct solar radiation. In the fourth and last one, some important aspects of the conception of natural ventilation systems in buildings with different use are presented.

Introdução
Não há dúvidas sobre a necessidade da renovação do ar de ambientes interiores, sejam os mesmos com diferentes configurações físicas e usos. Porém, conhecimentos básicos sobre o tema são negligenciados por profissionais, envolvidos com o projeto arquitetônico de um edifício na hora de especificar elementos de arquitetura, conceituados por Martinez (2000) como as partes físicas da construção.

A renovação do ar interior é fundamental em qualquer edifício, seja um pavilhão industrial ou dormitório, seja para diluir a concentração de poluentes, gerados pela utilização dos espaços, ou para minimizar os efeitos de temperaturas elevadas.

No caso de ambientes residenciais o homem ao respirar, absorve o oxigênio do ar e expele dióxido de carbono e vapor de água. Expele micróbios de que é portador quando fala, tosse ou espirra. Exala odores provenientes da pele ou do vestuário com maior ou menor intensidade, conforme os hábitos alimentares e higiênicos. Vicia o ar com fumaça proveniente dos cigarros. Transmite ao ar uma certa quantidade de calor dependente da intensidade do metabolismo. Expele uma certa porção de vapor de água pela transpiração da pele (TOLEDO, 2000, p.18).

No caso de indústrias, por exemplo, além dos problemas da poluição do ar gerados por meio do uso, existe também a necessidade de minimizar os efeitos provenientes do aquecimento do ambiente, aspectos também presentes em residências e outras tipologias variadas, porém, com a agravante da perda da eficiência dos trabalhadores e riscos maiores com acidentes de trabalho. De acordo com a ASHRAE apud SIGLIANO e ROLLO (2001, p.9) há uma perda de 1,8% para cada grau que a temperatura ambiente subir acima de 27 ºC, comprometendo a produtividade. Vale lembrar que as estatísticas indicam que em indústrias, os acidentes de trabalho aumentam na proporção que o conforto térmico abaixa, podendo crescer até 40% quando a temperatura subir 10ºC acima do nível de conforto.

O foco desta discussão está baseado na análise dos edifícios residenciais, e nesse contexto, segundo TOLEDO (2000, p.19), os dados experimentais comprovam que a concentração de dióxido de carbono, proveniente da respiração das pessoas, não chega a constituir um problema nos tipos comuns de edifícios, servindo, entretanto, como um meio de controle das características da ventilação de um ambiente. TOLEDO (2000, p.20) afirma também que, nas épocas de calor, o mal estar provém usualmente, da elevação da temperatura do ar e do aumento da umidade, provocados pelas pessoas que se encontram no ambiente, e que vão tornando cada vez mais difícil a dissipação do calor humano.

Lamberts (1997) apresenta uma análise do clima de algumas capitais brasileiras, utilizando o método do ano climático de referência, por meio da qual é possível observar que em muitas cidades de algumas regiões do país, nos períodos de desconforto, gerados a partir de temperaturas elevadas, a ventilação proporciona a sensação de conforto térmico tão necessária nos espaços abertos e fechados. No caso de Porto Alegre, por meio da análise de Lamberts (1997), é possível verificar que das 25,9% das horas do ano em que a temperatura está acima dos 29ºC, ou até mesmo com temperaturas menores, mas com elevados índices de umidade relativa do ar, em 23,4% a ventilação do ambiente minimiza os efeitos do calor, proporcionando a sensação de conforto térmico aos usuários dos espaços interiores, ou seja, a renovação do ar interior passa a ser um dos aspectos mais importantes para a manutenção da qualidade térmica dos espaços.

Dentro do contexto da importância da ventilação para os espaços construídos, pode-se destacar também a questão da eficiência energética da edificação. A renovação do ar interior, além de interferir diretamente na qualidade física, química e biológica do ar, relaciona-se diretamente à necessidade de utilização de sistemas de climatização artificial. O estudo de Lamberts (1997) mostra que 1,4% das horas do ano em Porto Alegre é necessário a utilização de ar condicionado. Este valor pode sofrer variações significativas considerando a configuração física, como também a orientação das edificações. MASCARÓ (1991, p.21) relata que em função da orientação do edifício, a quantidade de energia proveniente da radiação solar ganha pela construção pode variar em até 150%. Um edifício bem orientado consome mensalmente em média, 1,3 KW/h de energia operante por metro quadrado de superfície de apartamento, enquanto que numa má orientação com as fachadas principais expostas à maior carga térmica possível, o edifício consome até 1,9KW/h.

A importância da ventilação para o contexto das edificações é um fato compreendido e já difundido na projetualidade da arquitetura, porém, a concepção de sistemas de renovação natural do ar interior não têm sido realizada de maneira eficiente, seja pela necessidade de minimização de custos na especificação de materiais e técnicas construtivas, ou pela execução de projetos inadequados.

No caso da minimização de custos na construção civil, é muito comum serem encontradas esquadrias que não possibilitam a climatização natural de ambientes em períodos, até mesmo, em que a temperatura está abaixo do limite de conforto, definido por Givoni, de 29ºC. Essa inadequação dos sistemas é fruto, principalmente, do desconhecimento dos requisitos básicos que uma esquadria deve satisfazer, considerando diferentes contextos climáticos. Esses requisitos, para um clima subtropical, são definidos pelo controle da radiação solar direta e dos fluxos de ventilação. O controle da radiação solar é caracterizado pela possibilidade da incidência da energia proveniente do sol em períodos frios e pelo bloqueio em quentes. Já o controle dos fluxos de ventilação é definido pela possibilidade da ventilação higiênica em períodos de temperaturas próximas do limite inferior de conforto (18ºC), e pela ventilação de conforto em períodos de temperaturas intermediárias e umidade acima dos 80%, como também temperaturas entre os 29ºC e 32ºC, com níveis de umidade relativa do ar variados. Esse tema é tratado detalhadamente no item 3.


A figura 1 apresenta o modelo de esquadrias utilizado para tipologias residenciais e de escritórios, na cidade de Passo Fundo, norte do estado do RS, compostas por caixilhos em alumínio de correr, sem dispositivos interiores ou exteriores de controle de radiação solar direta.

Figura 1 - Esquadria de edifício residencial em Passo Fundo, RS
Analisando a produção arquitetônica dos últimos 20 anos, verifica-se, conforme figuras 2 e 3 que mais de 87 % das edificações construídas nesse período, na zona central da cidade de Passo Fundo, não apresentam dispositivos de proteção contra a radiação solar direta, ocasionando ganhos de calor indesejáveis no período de verão. A análise apresentada nas figuras 2 e 3 pertence a uma pesquisa em andamento, a qual objetiva analisar a eficiência energética dos diferentes sistemas de esquadrias utilizados nos prédios construídos nas últimas duas décadas. O objetivo da apresentação da análise estatística na introdução deste artigo é destacar o descaso e despreparo dos profissionais na atualidade, na região analisada, no que diz respeito à concepção dos sistemas de esquadrias. A análise é sucinta já que o objetivo principal deste artigo é discutir as possibilidade e impossibilidades do projeto de esquadrias.

Figuras 2 e 3 - Análise estatística das esquadrias presentes nas edificações construídas nos últimos 20 anos na zona central da cidade de Passo Fundo
Para a caracterização do projeto ideal de esquadrias é importante apresentar os requisitos necessários para a existência da renovação do ar interior.

REQUISITOS PARA A EXISTÊNCIA DE VENTILAÇÃO NATURAL NO AMBIENTE CONSTRUÍDO

Costa (1999) classifica a renovação do ar de um ambiente em natural ou espontânea e artificial ou forçada. Recebe o nome de ventilação espontânea de uma local aquela que se verifica em virtude das diferenças de pressões naturais (originadas pelos ventos e gradientes de temperatura), existentes através das superfícies que limitam o ambiente considerado COSTA (1999, p.108).
A ventilação natural é o objetivo da discussão do artigo, nesse sentido a argumentação restringe-se à consideração da sua presença. A temperatura no interior das habitações, em decorrência de fatores como o uso, as características da envolvente, como também a presença, localização e dimensão de esquadrias, faz com que exista um gradiente vertical de temperatura, logo de densidade do ar, gerando diferenças de pressão, as quais são variadas no sentido da altura. Já a ação dos ventos faz com que haja uma variação de pressão no sentido horizontal. As figuras 4 e 5 caracterizam as variações de pressão causadas pelas diferenças de temperatura e ação dos ventos no interior das edificações.

Essas diferenças de pressão causadas pela ação de ventos e pelo gradiente vertical de temperatura podem ser visualizadas por intermédio da tabela 1.
Figuras 4 e 5 - Diferenças de pressão causadas pela ação dos ventos e pelo gradiente interno vertical de temperatura
Tabela I - Valor das diferenças de pressão causadas pela ação dos ventos e pelo gradiente vertical de temperatura
Para que as diferenças de pressão geradas pela ação dos ventos, e/ou diferenças de temperatura, possam efetivamente proporcionar a renovação do ar interior, contribuindo para a manutenção das condições de conforto, como também caracterizando a diluição de poluentes, é necessário que o sistema de ventilação, composto pelas esquadrias externas, internas e por vãos interiores, seja concebido com base na idéia da permeabilidade. A mesma é indiscutivelmente o segredo do êxito do projeto de um sistema de ventilação natural. Obviamente, que o projeto das esquadrias é, também, fundamental para a caracterização da renovação do ar interior, e que o sistema projetado deve satisfazer requisitos básicos para o êxito do seu funcionamento. No item seguinte é apresentado o papel das esquadrias externas e internas no êxito de um sistema de ventilação.
A IMPORTÂNCIA DO PAPEL DE UMA ESQUADRIA NA QUALIDADE DO AR INTERIOR
A garantia da permeabilidade passa, definitivamente, pelo funcionamento adequado do sistema de esquadrias externas-internas. É fundamental que, tanto as esquadrias externas, como as internas, possam garantir um fluxo permanente de ar, considerando, obviamente, a presença das necessárias diferenças de pressão. É muito comum na produção arquitetônica, na atualidade, a utilização de portas internas sem dispositivos de ventilação. Ou seja, se as portas internas estão fechadas, a permeabilidade necessária para a manutenção permanente do fluxo de ar está comprometida. É muito comum, independente da tipologia arquitetônica em questão, a necessidade de privacidade visual durante a utilização de ambientes interiores, e nesses momentos a renovação do ar interior é comprometida, já que as portas internas devem estar, nesses momentos, fechadas. Ainda referente aos fluxos de ar no interior das edificações é importante ressaltar o papel fundamental das esquadrias internas. A permeabilidade é garantida apenas quando da presença de dispositivos que garantam a ventilação nas portas internas. Bandeiras móveis, venezianas inferiores e superiores, aberturas laterais às portas são elementos arquitetônicos que garantem a manutenção interna da permeabilidade desejada para que ocorra a renovação e manutenção da qualidade do ar interior. A figura 6 ilustra portas internas com bandeiras móveis e/ou venezianas necessárias para a garantia da permeabilidade interna.
Figura 6 - Porta interna com dispositivos de manutenção da permeabilidade interna
Fonte: CUNHA et al (2005, p.111)

Um segundo importante ponto vinculado ao funcionamento das esquadrias é a possibilidade do controle dos fluxos de ar internos. Dependendo do contexto climático em análise, é necessário que as esquadrias possibilitem movimentos de ar em diferentes alturas, proporcionando a ocorrência da ventilação higiênica e de conforto. A ventilação higiênica é necessária quando a temperatura está próxima dos limites inferiores de conforto, e a necessidade de renovação do ar é oriunda da ausência de renovação mecânica de ar e da obrigatoriedade da diluição de contaminantes gerados pelo uso do espaço. O fluxo de ar percorre um caminho acima da altura do usuário do espaço interior, nesse sentido, é necessário que as esquadrias exteriores e interiores possuam dispositivos reguláveis que permitam o controle do fluxo junto ao forro.

A ventilação de conforto, necessária nos períodos quentes, ocorre através do funcionamento total da esquadria, ou seja, caixilhos superiores e inferiores. A figura 7 apresenta esquematicamente a caixilharia de uma esquadria externa e suas respectivas funções, no que tange à ventilação.

Uma terceira importante exigência a ser cumprida pela esquadria externa é o controle seletivo da radiação solar direta. Infelizmente, os sistemas de proteção solar são entendidos na projetualidade da arquitetura em geral como soluções esteticamente inadequadas, independentes da organização compositiva das edificações. Na verdade, os arquitetos esquecem que o sistema de proteção solar pode ser caracterizado como qualquer elemento, natural ou artificial, que possibilita a entrada seletiva de energia solar no interior dos ambientes. Uma sacada, em uma tipologia residencial, uma árvore caducifólia, um beiral, uma fachada máscara, são elementos que podem qualificar plasticamente um edifício e ao mesmo tempo ajudar no controle da ambiência interna dos espaços servidos pelas esquadrias externas. O sistema de proteção solar têm sido empregado na arquitetura européia e em alguns bons exemplos no Brasil como um elemento de extrema importância na organização formal dos edifícios, fruto de uma postura madura e comprometida com a eficiência energética das edificações.

A proteção e o controle da radiação solar pode também ser realizada por intermédio do plano transparente, com base na utilização de variados tipos de vidro - reflexivos, absorventes, entre outros, como também através de dispositivos internos, como cortinas das mais variadas configurações. Quando a energia solar é controlada internamente, por meio de cortinas ou outros dispositivos, ou no plano transparente, através de vidros especiais, há o ônus dos excessivos ganhos térmicos.
Figura 7 - Esquadria externa com caracterização da função da caixilharia
Fonte: CUNHA et al (2005, p.104)

Obviamente que, trabalhar simultaneamente todas as exigências de controle de radiação solar direta e fluxos de ventilação é uma tarefa que requer muitos cuidados. O que se têm visto na produção no interior da região sul do país é uma despreocupação total com o usuário do espaço interior, no que tange o projeto de sistemas de esquadrias, conforme figura 1. As esquadrias utilizadas funcionam apenas como dispositivos que controlam a entrada de ar. A proteção solar fica por conta do futuro usuário do espaço, resultando na maioria das vezes em soluções paliativas que promovem a maximização dos ganhos térmicos em todos os períodos do ano. Os espaços resultantes viram estufas e a qualidade térmica do ar interior é totalmente comprometida pelas excessivas temperaturas.

É importante ressaltar que para a manutenção da qualidade térmica e químico-biológica do ar interior, considerando a ausência de sistemas de climatização artificial, o projeto dos sistemas de esquadrias internas e externas é um aspecto fundamental. No próximo item são apresentados aspectos relevantes na caracterização do projeto pertinente de esquadrias.
O PROJETO DAS ESQUADRIAS

A partir dos conhecimentos das características do vento incidente e das variáveis definidas pelo entorno – afastamentos da edificação dos obstáculos externos naturais e construídos – e pelo ambiente interno – volume e geometria, obstruções internas, ocupação e atividade, deve-se prever que o sistema de ventilação natural deverá apresentar, necessariamente, as aberturas para a entrada de ar na zona de alta pressão, na qual ocorre a incidência de vento, e saídas na zona de baixa pressão, permitindo, assim, a ventilação cruzada. Conforme MASCARÓ (1985, p.89), a orientação das aberturas deve ser o mais frontal possível, podendo ser obtida uma ventilação satisfatória com ângulo de até 50º em relação à perpendicular da direção do vento.

Além do conhecimento dos ventos predominantes na região onde o edifício está inserido, é necessário o conhecimento de alguns requisitos básicos a serem considerados durante o projeto dos sistemas de esquadrias. São eles:

a) permeabilidade interna;
b) controle dos fluxos de ar;
c) controle da radiação solar direta e difusa;
d) utilização dos espaços exteriores como elementos de climatização natural;
e) aproveitamento da ação dos ventos e das diferenças de temperatura de forma integrada.

As possibilidades de soluções arquitetônicas são inúmeras, as figuras 8, 9, 10 e 11 ilustram algumas das soluções possíveis.
Figuras 8 e 9 - possíveis projetos de esquadrias - edificações institucionais
Fonte: CUNHA et al (2005, p.112, 113)
Figuras 10 e 11 - possíveis projetos de esquadrias - edificações residenciais
Fonte: CUNHA et al (2005, p.114, 115)

É importante ressaltar que, além dos cuidados necessários com o projeto de esquadrias, existem outros aspectos que podem resultar numa melhoria da qualidade do ar interior, considerando a ventilação natural. Um desses aspectos é o tratamento dos espaços exteriores. CUNHA (2005, p.63) afirma que o tratamento dos espaços exteriores, em se tratando de edificações de 1 ou 2 pavimentos, objetiva minimizar os efeitos do calor excessivo em períodos quentes, sem comprometer o aproveitamento da radiação solar direta em períodos frios. Muitas vezes, em períodos quentes, as áreas abertas podem proporcionar um aquecimento indesejável do ar exterior antes mesmo do fluxo de ar penetrar na edificação. A comunidade de projetistasdeve considerar que o paisagismo desempenha mais de uma função quando presente numa edificação.
Além da função de elemento de composição no contexto do objeto construído, o projeto da vegetação deve preocupar-se com o desempenho microclimático da edificação. As figuras 12 e 13 ilustram esquematicamente a importância do tratamento do espaço exterior na qualidade térmica do ar interior.
Figuras 12 e 13 - O espaço exterior como elemento de interferência na qualidade térmico do ar interior
Fonte: CUNHA et al (2005, p.64)

Ainda no âmbito do projeto das esquadrias, uma estratégia importante a ser utilizada é o aproveitamento da ação dos ventos e das diferenças de temperatura de forma integrada. Isso implica na utilização de esquadrias em diferentes alturas, promovendo a renovação do ar interior quando da

presença de pressão positiva na fachada exterior, como também possibilitando a ventilação pela diferença vertical de temperatura no contexto interior. Considerando o uso do espaço interior, como também a incidência de radiação solar direta no plano horizontal, junto ao forro está presente o ar com maior temperatura. Nesse sentido, aberturas junto ao forro proporcionam a saída do ar interior aquecido. As aberturas junto à altura dos usuários funcionam como entrada de ar.

As figuras 14 e 15 apresentam um exemplo de um projeto de sistema de ventilação natural para uma tipologia residencial. No sistema é verificado o controle da radiação solar direta, a possibilidade da ventilação de conforto e higiênica caracterizados pela ação dos ventos e pelas diferenças de temperatura, como também por ambas simultaneamente. Já na figura 15 a mesma estratégia é utilizada, porém como solução diferenciada. A proposta é para uma sala de aula. Nesse caso um problema muito sério ocorre com a compatibilização do sistema de ventilação natural com o de isolamento acústico, necessário para minimizar os efeitos dos ruídos gerados nos corredores
ligados com as salas de aula. Por isso na proposta é apresentada uma solução de ventilação da sala independente da circulação. No duto de ventilação natural é possível, ainda, a utilização de dispositivo de ventilação artificial para melhorar o desempenho do sistema.

Figuras 14, 15 - Aproveitamento da ação dos ventos e das diferenças de temperatura de forma integrada - edifício residencial
Fonte: CUNHA et al (2005, p.90)


CONSIDERAÇÕES FINAIS
Na conclusão deste artigo, é importante ressaltar que, a qualidade térmica e químico-biológica do ar interior tem uma relação direta com a concepção do sistema de
ventilação natural do edifício. Por sua vez, a concepção do sistema de ventilação natural relaciona-se também com o controle da radiação solar direta e com o tratamento dos espaços exteriores. Esses aspectos estão interligados e devem ser tratados simultaneamente durante a concepção do projeto arquitetônico.

No caso da comunidade de profissionais do interior da região norte do RS, é necessária a compreensão que, sob hipótese nenhuma, a racionalização dos sistemas construtivos objetivando a minimização dos custos na construção, pode maximizar os problemas da qualidade ambiental dos espaços interiores. A racionalização deve ser levada a cabo de forma consciente e responsável proporcionando, sempre, a melhoria da qualidade do ar dos espaços gerados.
REFERÊNCIAS bibliográficas

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CUNHA, Eduardo Grala da, MASCARÓ, Juan José, VASCONCELLOS, Luciano, QUEVEDO, Evaniza, FRANDOLOSO, Marcos. Elementos de arquitetura de climatização natural. Porto Alegre: Masquatro, 2 ed., 2006.
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