INTRODUÇÃO

Com o desenvolvimento tecnológico no decorrer dos séculos, a facilidade dos transportes e a condivisão de informações, novos materiais e sistemas surgem na construção de edifícios. Uma das principais modificações observadas foi a verticalização das estruturas, possibilitada pelo surgimento do elevador e das plataformas elevatórias. Nos centros urbanos, os terrenos disponíveis ficam gradativamente mais escassos e valorizados tornando a verticalização a saída mais usual, a fim de aumentar os lucros, maximizar a utilização do espaço e da infraestrutura urbana.  Antocheviz e Reis (2016) indicam que os edifícios altos são aqueles que possuem dez pavimentos ou mais e tornam-se fatores de concentração da população em áreas centrais ou de grande relevância na cidade. 

Para a construção dos edifícios comerciais que se destacam em altura, as tecnologias construtivas e os materiais estruturais e de acabamento empregados são importados e compartilhados sem que se realize uma análise consistente das condições locais e da aplicabilidade de cada material. Nos países de clima tropical, as altas temperaturas nos meses de verão têm demandado a larga utilização de sistemas de climatização nos mais diversos ambientes. Os espaços destinados a escritórios são certamente os que não podem prescindir desses sistemas, pois o nível de conforto influencia nos níveis de concentração e produção. O conforto no ambiente de trabalho também está relacionado às condições de temperatura interna. Além disso, a grande maioria dos equipamentos utilizados nos escritórios, mas principalmente os computadores, não funcionam corretamente em altas temperaturas, exigindo novamente uma climatização adequada.

Diante da preocupação crescente com a sustentabilidade, os projetos arquitetônicos buscam soluções aos desafios ambientais e tecnológicos, observando os seguintes aspectos: orientação solar e ventos, a geometria dos espaços e edifícios, as condicionantes ambientais, os materiais de estrutura e vedação, o tratamento das fachadas e coberturas, a proporção da área de aberturas e as proteções solares (GONÇALVES; DUARTE, 2006). As instituições e órgãos de regulação da sociedade passaram a exigir controles mais rígidos nas construções, por meio de leis e normas técnicas sobre eficiência energética, a fim de eliminar gastos elevados com energia, indicando a análise prévia do projeto arquitetônico e das especificações de materiais adequados para a obtenção do desempenho ambiental. 

Segundo Santos e outros (2015), conhecer o comportamento térmico dos materiais que compõem a edificação permite aos projetistas estabelecerem estratégias para que as construções possam responder de maneira eficiente às variações climáticas, oferecendo conforto, minimizando o uso de equipamentos e o consumo de energia. Desta maneira, o desempenho dos edifícios depende não apenas do desempenho de elementos individuais, mas também em como eles se comportam como sistemas integrados. A fachada dos edifícios é particularmente importante. Especificamente, determina o quão hermético é o edifício, qual a quantidade de calor que é transmitido através de pontes termais e quanto a luz natural e a ventilação podem ser utilizadas, sendo grandes influenciadoras no consumo de energia. Reduzir a entrada de calor, através de materiais de revestimento e vidros mais eficientes e de recursos de sombreamento da fachada, é uma das formas de evitar a sobrecarga no uso de sistemas de condicionamento do ar. A crescente preocupação com as questões ambientais e a criação das normativas relacionadas à eficiência energética favorecem o desenvolvimento de pesquisas relacionadas ao tema e, também, a criação de sistemas de fachadas cada vez mais inovadores, com materiais de acabamento, cores e texturas diversificados, de alto valor estético e alta resistência. 

Diante da problemática da eficiência energética nos edifícios, a pesquisa teve como objetivo analisar o desempenho térmico de sistemas de fachada, com diferentes materiais de revestimento em edifícios comerciais altos, climatizados artificialmente, em Vitória, ES. 

ANÁLISE DE RESULTADOS

Os resultados e análises referentes ao desempenho térmico no edifício de uso comercial foram apresentados inicialmente por dados de consumo de energia para climatização considerando a temperatura de conforto de referência entre 23,44°C e 26,5°C para a orientação da fachada Leste-Oeste, no período de um ano, para todas as variações de vedação de fachada. O modelo base de edifício definido foi simulado com 11 tipos de vedação vertical e acabamentos externos, mantendo-se inalteradas as outras configurações. 

Para os sistemas de fachada com materiais opacos foi utilizado o mesmo percentual de abertura (janelas) para as fachadas. A área envidraçada nos modelos corresponde a 35% das superfícies verticais. Para os sistemas de fachada que utilizam pele de vidro, o percentual de superfície envidraçada é de 100% das superfícies verticais. Os resultados obtidos nos relatórios do software foram resumidos na tabela 6.

Tabela 6 – Resultados das simulações dos modelos com orientação Leste-Oeste.

M01 - Alvenaria com reboco e pintura;

M02 - Revestimento cerâmico sobre alvenaria;

M03 - Revestimento em placas de rochas sobre alvenaria;

M04 - Alumínio composto (ACM) sobre alvenaria;

M05 - Light Steel Frame com painéis cimentícios e gesso acartonado;

M05.2 - Light Steel Frame com painéis cimentícios, isolamento em lã de rocha e gesso acartonado;

M06 - Pele de vidro com vidro comum incolor;

M07 - Pele de vidro com vidro comum colorido;

M08 - Pele de vidro com sistema unitizado e vidro duplo incolor;

M09 - Pele de vidro com sistema unitizado e vidro duplo colorido; e

M10 - Fachada ventilada com porcelanato com a base em alvenaria.

Observa-se nos resultados que há necessidade de climatização em quase 100% das horas de ocupação dos escritórios. O total de horas de ocupação, na configuração feita nos modelos é de 2088 horas no ano. Todas as simulações, com exceção dos modelos M01 e M02, resultaram na totalidade das 2088 horas como horas de desconforto, indicando que a climatização é necessária, nestes ambientes, por todo o período em que o espaço é ocupado. 

A grande carga elétrica empregada em equipamentos e iluminação nos interiores dos escritórios e a grande concentração humana faz com que os espaços de escritórios percebam elevada carga de calor interna o que, domando-se à carga térmica do ambiente externo, provoca temperaturas máximas bastante elevadas, principalmente nos meses de verão, de novembro a março. Recorda-se, porém, que esta pesquisa foi realizada considerando-se as salas comerciais fechadas hermeticamente e sem a utilização de ventilação natural, não sendo, portanto, analisada a mitigação do calor interno através da abertura das janelas e ventilação dos espaços. 

Verifica-se que os sistemas de fachada tradicionais em alvenaria convencional com acabamento em pintura (M01) e revestimento cerâmico (M02) são os sistemas que apresentam as menores temperaturas internas, enquanto os sistemas com pele de vidro duplo (M08 e M09) obtêm as maiores temperaturas. Analisando os dados relativos ao gasto com energia dos modelos simulados, expressos na Figura 7, os resultados indicam, porém, que os modelos M01 e M02, que apresentaram as menores temperaturas internas, não são os modelos mais eficientes termicamente. Verifica-se que os sistemas de fachada tradicionais em alvenaria convencional com acabamento em pintura (M01) e revestimento cerâmico (M02), dentre os sistemas com 25% de abertura de fachada (janelas), foram os menos eficientes, consumindo até R$ 40.000,00 (quarenta mil reais) ao ano a mais do que o sistema mais eficiente. Deduz-se que o elevado valor de transmitância térmica (valor U) dos materiais que compõem estes sistemas de fachada permite grandes trocas de calor entre interior e exterior, possibilitando que o calor produzido internamente, nas salas comerciais, seja dissipado através dos materiais da fachada. Porém, a climatização produzida pelos aparelhos de ar-condicionado, demandados nas horas de desconforto e altas temperaturas, também é igualmente dissipada através da mesma fachada, ampliando a necessidade de sua reposição contínua, fazendo com que os equipamentos utilizem maior potência e, consequentemente, empreguem mais energia no processo.

Outra análise importante é que, nas simulações M03 e M04, independente do material de acabamento externo (placa de rocha ou ACM), quando se utiliza uma separação entre o material de revestimento e a base da fachada (alvenaria) utilizando suportes metálicos com uma camada fina de ar, verifica-se uma redução no consumo de energia com climatização em até R$ 5.800,00 (cinco mil e oitocentos reais) ao ano em relação às simulações M01 e M02. A fina camada de ar se caracteriza como uma barreira isolante que impede a entrada de calor por parte da radiação direta do sol e da atmosfera, mas permite o aquecimento interno favorecido pelo elevado número de equipamentos e pessoas presentes nos ambientes.

Analisando a simulação do modelo M05, utilizando-se gesso acartonado e placa cimentícia, verifica-se que a retirada da alvenaria e sua substituição por uma camada de ar com estruturas em aço leve (steel frame) e pela placa em gesso acartonado, provocou também um aumento em cerca de 2°C em relação à pintura (M01) e ao revestimento cerâmico (M02). Porém, a redução no consumo de energia e no gasto com ar-condicionado é significativo, podendo chegar a R$ 36.000,00 (trinta e seis mil reais) ao ano. Neste caso, a camada isolante de ar tem sua espessura aumentada, passando de 5 cm para 9 cm. 

Os resultados das simulações das fachadas que utilizam pele de vidro indicam aumentos consideráveis nas temperaturas internas dos ambientes, relacionadas à maior absorção de energia solar possibilitada pelo maior percentual de abertura da fachada (vidro), que é de 67%. Os valores para os custos com climatização indicam também um acréscimo muito expressivo, podendo chegar a até R$ 28.000,00 (vinte e oito mil reais) mais caros do que os sistemas tradicionais em pintura e cerâmica. Observa-se também que o vidro duplo apresenta uma leve melhora na eficiência do sistema de climatização em relação ao vidro simples. Tal fato se dá, novamente, pela redução do valor U do sistema de fachada. Esta economia é, porém, irrisória, e não justificaria o custo inicial de implantação de um sistema mais caro e complexo. A colocação de vidros coloridos, em substituição aos vidros incolores na fachada com pele de vidro simples indica uma leve redução nas temperaturas internas médias, porém, acusa um pequeno aumento no custo de climatização de aproximadamente 2 mil reais ao ano. Essa variação nos valores dos sistemas em pele de vidro deve ser melhor investigada em pesquisas específicas dedicadas aos tipos de vidros e com base em outros aspectos como o fator solar, por exemplo. A inserção de pigmentação no vidro pode caracterizar um aumento da absortância do material.

Em relação aos sistemas com maior percentual de superfície opaca, o sistema de fachada ventilada foi a solução que mais economizou energia dentre todas as opções de sistemas. A simulação desta opção de sistema de fachada, porém, não ocorreu com a circulação do ar entre a vedação vertical mais interna e a segunda pele. O EcoDesigner Star considerou somente uma espessa camada de volume de ar isolante entre a vedação de base do edifício e o revestimento mais externo, ignorando as movimentações desta camada de ar que podem intensificar a eliminação do calor adquirido pelo sistema através da radiação solar direta. A melhoria no conforto térmico indicada na simulação deste tipo de sistema de fachada ocorreu devido ao aumento na espessura da camada de ar isolante, o que amplia a proteção da vedação mais interna. 

Figura 8 – Classificação de eficiência energética dos modelos simulados, do mais eficiente ao menos eficiente.

A partir dos resultados analisados foi efetuada a classificação dos sistemas em relação ao desempenho térmico. A classificação é demonstrada no Figura 8, que indica, na parte superior, o modelo que apresenta o menor consumo e, portanto, mais eficiente energeticamente, seguindo em ordem crescente de consumo e decrescente de eficiência, os outros modelos simulados. 

CONCLUSÕES

A definição do melhor sistema de fachada para um edifício depende de inúmeros fatores e a eficiência energética é somente um deles. A economia de energia relacionada à redução do aquecimento da fachada e dos ambientes interiores é, sem dúvida, um fator de grande importância na sustentabilidade do edifício ao longo do seu ciclo de vida. Os projetos arquitetônicos estão cada vez mais complexos, o que torna necessário o desenvolvimento de soluções específicas e uma análise detalhada do desempenho do edifício. A pesquisa visa munir os projetistas de informações a respeito da variável relacionada à eficiência energética dos diversos sistemas de fachada possíveis de serem executados na região proposta, identificando um modelo de edifício e ocupação recorrente, aplicando situações reais de utilização do espaço e simulando as consequências das definições arquitetônicas relacionadas às fachadas. Foi possível identificar o impacto real e direto das soluções de fachada no custo anual de climatização da edificação, permitindo que o construtor ou o proprietário do edifício possa tomar decisões de aplicação de sistemas e materiais mais adequados às suas necessidades e à melhoria do desempenho do edifício ao longo de sua vida útil.