Compatibilização entre sombreamento acústico e sombreamento solar para uma forma urbana mais sustentável
Abstract
O estudo aborda a relação entre a exposição solar e o sombreamento acústico nas formas urbanas em Portugal, analisando as implicações das regulamentações existentes e propondo soluções para otimizar ambas as variáveis. A legislação portuguesa estabelece um afastamento de 45º entre edifícios, o que pode comprometer a exposição solar direta dos pisos inferiores durante o inverno, dada a altura solar. No estudo preliminar, foram analisadas diferentes tipologias urbanas, verificando-se que formatos com "reentrâncias" (U, L ou O) proporcionam melhor proteção acústica, enquanto formas lineares e compactas maximizam a exposição solar. No entanto, essas tipologias com reentrâncias podem obstruir a radiação solar, criando um conflito entre a otimização térmica e acústica. O estudo de caso realizado em Viana do Castelo validou essa relação através de medições in situ e simulações. Foram identificadas fachadas com menor exposição ao ruído (como nos pátios) e com maior exposição solar (fachadas orientadas a sul sem obstrução). A análise de sensibilidade (com variações de forma) demonstrou que soluções com pátios fechados reduzem o ruído, mas também comprometem a exposição solar, já nas fachadas lineares a exposição solar aumenta, mas também a exposição ao ruído. O estudo comprovou que a altura dos edifícios influencia as duas variáveis, isto é, a exposição solar e a redução do ruído aumentam nos pisos superiores. A experiência francesa foi analisada como referência por integrar requisitos acústicos na regulamentação térmica, demonstrando que é possível alcançar um compromisso entre proteção acústica e exposição solar. O estudo conclui que não existem soluções perfeitas, mas incentiva a consideração da compatibilização térmico-acústica desde a fase de projeto, com o objetivo de reduzir o consumo energético recomenda o uso de soluções passivas, como fachadas livres de obstáculos a sul e elementos redutores de ruído (como os pátios). Para edificações existentes, promover o equilíbrio entre proteção (isolamento) e permeabilidade (distribuição por áreas sensíveis) de forma a mitigar o impacto da exposição ao ruido e simultaneamente não condicionar a exposição solar.
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Marta lsabela Fernandes Oliveira Março de 2025 Minho | 2025 Compatibilização entre sombreamento acústico e sombreamento solar para uma forma urbana mais sustentável Universidade do Minho Escola de Engenharia Marta lsabela Fernandes Oliveira Compatibilização entre sombreamento acústico e sombreamento solar para uma forma urbana mais sustentável
Março de 2025 Tese de Doutoramento Programa Doutoral em Engenharia Civil Trabalho efetuado sob a orientação de Professor Doutor Lígia Torres Silva Professor Doutor Paulo Mendonça Professor Doutor Martin Tenpierik Marta lsabela Fernandes Oliveira Compatibilização entre sombreamento acústico e sombreamento solar para uma forma urbana mais sustentável Universidade do Minho Escola de Engenharia
i DIREITOS DE AUTOR E CONDIÇÕES DE UTILIZAÇÃO DO TRABALHO POR TERCEIROS Este é um trabalho académico que pode ser utilizado por terceiros desde que respeitadas as regras e boas práticas internacionalmente aceites, no que concerne aos direitos de autor e direitos conexos. Assim, o presente trabalho pode ser utilizado nos termos previstos na licença abaixo indicada. Caso o utilizador necessite de permissão para poder fazer um uso do trabalho em condições não previstas no licenciamento indicado, deverá contactar o autor, através do RepositóriUM da Universidade do Minho. Licença concedida aos utilizadores deste trabalho Atribuição CC BY https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
ii AGRADECIMENTOS À Professora Lígia Torres Silva, supervisor científico desta tese, pelos importantes conhecimentos transmitidos, pela orientação, sugestões e críticas e muito especialmente pelo excecional empenho com que sempre me acompanhou ao longo deste trabalho. Ao Professor Paulo Mendonça, pela supervisão, pelo seu contributo científico, pelas sugestões e pela disponibilidade e apoio. Ao Professor Martin Tenpierik, supervisor científico desta tese, pelas sugestões e pela disponibilidade, Um agradecimento à Fundação para a Ciência e a Tecnologia pelo financiamento através da bolsa SFRH/BD/136558/2018, sem o qual não teria sido possível a realização desta tese. Gostaria ainda de expressar a minha gratidão ao Arquiteto Pedro Santiago, pelo precioso auxílio prestado durante a fase da programação do modelo. Obrigada pela consideração. Gostaria de expressar o meu profundo agradecimento às pessoas (um especial ao professor Rui Ramos e ao professor Paulo Ribeiro) e instituições que de alguma forma contribuíram para a elaboração deste trabalho. Um especial agradecimento aos meus amigos (Sandra Bourbon, Joana Caldas, Ana Couto, Melanie Casto, Rui Santos e Mário Franco) por tudo. A minha gratidão pelo precioso auxílio prestado durante todo o processo, e, em particular, à Sandra Cunha, á Carla Oliveira e aos meus colegas de Doutoramento (em especial à Cláudia e à Nadhima, ao Júlio e ao Gabriel). Aos meus pais e aos meus familiares mais próximos (em especial à prima Isabel) Á Dra. Fátima por tudo e mais alguma coisa. O maior agradecimento é ao meu filho Afonso, que me faz continuar.
iii DECLARAÇÃO DE INTEGRIDADE Declaro ter atuado com integridade na elaboração do presente trabalho académico e confirmo que não recorri à prática de plágio nem a qualquer forma de utilização indevida ou falsificação de informações ou resultados em nenhuma das etapas conducente à sua elaboração. Mais declaro que conheço e que respeitei o Código de Conduta Ética da Universidade do Minho.
iv Resumo O estudo aborda a relação entre a exposição solar e o sombreamento acústico nas formas urbanas em Portugal, analisando as implicações das regulamentações existentes e propondo soluções para otimizar ambas as variáveis. A legislação portuguesa estabelece um afastamento de 45º entre edifícios, o que pode comprometer a exposição solar direta dos pisos inferiores durante o inverno, dada a altura solar. No estudo preliminar, foram analisadas diferentes tipologias urbanas, verificando-se que formatos com "reentrâncias" (U, L ou O) proporcionam melhor proteção acústica, enquanto formas lineares e compactas maximizam a exposição solar. No entanto, essas tipologias com reentrâncias podem obstruir a radiação solar, criando um conflito entre a otimização térmica e acústica. O estudo de caso realizado em Viana do Castelo validou essa relação através de medições in situ e simulações. Foram identificadas fachadas com menor exposição ao ruído (como nos pátios) e com maior exposição solar (fachadas orientadas a sul sem obstrução). A análise de sensibilidade (com variações de forma) demonstrou que soluções com pátios fechados reduzem o ruído, mas também comprometem a exposição solar, já nas fachadas lineares a exposição solar aumenta, mas também a exposição ao ruído. O estudo comprovou que a altura dos edifícios influencia as duas variáveis, isto é, a exposição solar e a redução do ruído aumentam nos pisos superiores. A experiência francesa foi analisada como referência por integrar requisitos acústicos na regulamentação térmica, demonstrando que é possível alcançar um compromisso entre proteção acústica e exposição solar. O estudo conclui que não existem soluções perfeitas, mas incentiva a consideração da compatibilização térmico-acústica desde a fase de projeto, com o objetivo de reduzir o consumo energético recomenda o uso de soluções passivas, como fachadas livres de obstáculos a sul e elementos redutores de ruído (como os pátios). Para edificações existentes, promover o equilíbrio entre proteção (isolamento) e permeabilidade (distribuição por áreas sensíveis) de forma a mitigar o impacto da exposição ao ruido e simultaneamente não condicionar a exposição solar. Palavras-chave: Forma Urbana, Radiação Solar, Ruído urbano, Sombreamento acústico, Sombreamento solar
v Abstract The study addresses the relationship between solar exposure and acoustic shading in urban forms in Portugal, analysing the implications of existing regulations and proposing solutions to optimise both variables. Portuguese legislation establishes a distance of 45º between buildings, which can compromise the direct solar exposure of the lower floors during the winter, given the solar height. In the preliminary study, different urban typologies were analysed and it was found that shapes with ‘recesses’ (U, L or O) provide better acoustic protection, while linear and compact shapes maximise solar exposure. However, these typologies with recesses can obstruct solar radiation, creating a conflict between thermal and acoustic optimisation. The case study carried out in Viana do Castelo validated this relationship through in situ measurements and simulations. Facades with lower noise exposure (such as patios) and higher solar exposure (southfacing facades without obstruction) were identified. Sensitivity analysis (with shape variations) showed that solutions with closed courtyards reduce noise but also compromise solar exposure, while linear façades increase solar exposure but also noise exposure. The study showed that the height of the buildings influences both variables, that is, sun exposure and noise reduction increase on the upper floors. The French experience was analysed as a benchmark for integrating acoustic requirements into thermal regulations, demonstrating that it is possible to achieve a compromise between acoustic protection and solar exposure. The study concludes that there are no perfect solutions but encourages the consideration of thermalacoustic compatibility from the design phase, with the aim of reducing energy consumption, and recommends the use of passive solutions, such as facades free of obstacles to the south and noisereducing elements (such as patios). For existing buildings, promote a balance between protection (insulation) and permeability (distribution to sensitive areas) in order to mitigate the impact of noise exposure while at the same time not conditioning solar exposure. Keywords: Urban form, Solar radiation, Urban noise, Acoustic shading, Solar shading
vi ÍNDICE 1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................................ 1 1.1. Enquadramento ..................................................................................................................... 1 1.2. Motivação .............................................................................................................................. 2 1.3. Oportunidade de estudo ......................................................................................................... 3 1.4. Questões de investigação ....................................................................................................... 4 1.5. Objetivos ................................................................................................................................ 4 1.6. Estrutura da tese ................................................................................................................... 6 2. ESTADO DA ARTE ...................................................................................................................... 7 2.1. Forma Urbana ....................................................................................................................... 7 2.1.1. Importância da forma urbana na sustentabilidade de uma cidade (smart city) ..................... 7 2.1.2. Políticas urbanas de sustentabilidade e de energia na União Europeia ................................ 9 2.1.3. Políticas urbanas de sustentabilidade e energia em Portugal ............................................. 12 2.1.4. Relação da forma urbana com a exposição ao ruído urbano ............................................. 13 2.1.5. Relação da forma urbana e a exposição à radiação solar .................................................. 14 2.2. Ruído urbano ....................................................................................................................... 16 2.2.1. Sombreamento acústico .................................................................................................. 19 2.2.1.1. Casos de Estudo de Sombreamento Acústico ............................................................... 25 2.2.1.2. Software de Cálculo de Sombreamento Acústico .............................................................. 27 2.2.1.2.1. CNOSSOS e as respetivas equações fundamentais ....................................................... 31 2.2.1.3. Equipamentos de medição de ruído ................................................................................. 32 2.3. Radiação solar ..................................................................................................................... 33 2.3.1. Sombreamento solar ........................................................................................................ 36 2.3.2.1 Casos de estudo de sombreamento solar ............................................................................. 36 2.3.2.2. Métodos de cálculo do sombreamento solar ........................................................................ 41 2.3.1.1.1. As equações de cálculo do sombreamento solar .......................................................... 44 2.3.2.3. Equipamentos de medição de radiação solar ....................................................................... 47 2.4. Enquadramento regulamentar .............................................................................................. 52 2.4.1. Enquadramento legal do ruído ambiental em Portugal e na União Europeia ...................... 52 2.4.1.1. Evolução legislativa acústica em Portugal ......................................................................... 53 2.4.2. Enquadramento legal do comportamento térmico dos edifícios em Portugal e na União Europeia ………….. ........................................................................................................................... 55 2.4.2.1. Evolução legislativa térmica em Portugal .......................................................................... 56 2.5. Correlação entre forma urbana, ruído urbano e radiação solar .............................................. 59 2.5.1. O caso francês ................................................................................................................. 59 2.5.2 Evolução legislativa térmica em França .................................................................................... 62 2.5.2.1 Caracterização da regulamentação térmica francesa ............................................................. 63 2.5.2.2 Consequências da implementação da regulamentação europeia ....................................... 66 3. METODOLOGIA ........................................................................................................................ 67 3.1. Fundamentação epistemológica da metodologia ................................................................... 67 3.2. Processo metodológico ........................................................................................................ 68 4. ESTUDO PRELIMINAR .................................................................................................................. 71 4.1. Modelo teórico: modelo de vizinhança próxima .......................................................................... 71 4.1.1 Classificação programática ...................................................................................................... 71
xiii Figura 70: Níveis de ruído na fachada a) orientação O-S b) orientação S-E .................................. 158 Figura 71: Radiação na fachada a) orientação O-S b) orientação N-O ......................................... 159 Figura 72: Análise comparativa entre ruído e radiação por fachada: Variação E ............................... 160 Figura 73: Comparativo entre as 5 Variações (A, B,C,D e E) em termos de radiação e ruído ............ 162 Figura 74:Ilustração da variação A .................................................................................................. 165 Figura 75: Representação da classificação perante a via. Fonte: (Règlementation Thermique des Bâtiments Existants -Fiche d’application : Classement au bruit des baies : BR1 BR2 BR3, 2016) ..... 174 Figura 76: Representação do obstáculo perante a via. Fonte: (Règlementation Thermique des Bâtiments Existants -Fiche d’application : Classement au bruit des baies : BR1 BR2 BR3, 2016) ..... 175 Figura 77: Representação do obstáculo em altura. Fonte: (Règlementation Thermique des Bâtiments Existants -Fiche d’application : Classement au bruit des baies : BR1 BR2 BR3, 2016) ...................... 176 Figura 78:Ilustração da variação A .................................................................................................. 215 Figura 79: Ilustração da variação B ................................................................................................. 223 Figura 80: Ilustração da variação C ................................................................................................. 228 Figura 81: Ilustração da variação D ................................................................................................. 233 Figura 82: Ilustração da variação E ................................................................................................. 241
xiv Lista de Tabelas Tabela 1: Casos de Estudo de Sombreamento Acústico ..................................................................... 26 Tabela 2: Casos de Estudo de Sombreamento Acústico (continuação) ............................................... 27 Tabela 3: Softwares de cálculo de sombreamento acústico ............................................................... 28 Tabela 4:Softwares de cálculo de sombreamento acústico (continuação) ........................................... 29 Tabela 5: Softwares de cálculo de sombreamento acústico (continuação) .......................................... 30 Tabela 6: Caso de estudo sobre sombreamento solar ...................................................................... 38 Tabela 7: Caso de estudo sobre sombreamento solar (continuação) .................................................. 39 Tabela 8: Caso de estudo sobre sombreamento solar (continuação) .................................................. 40 Tabela 9: Listagem comparativa dos diferentes métodos de cálculo de sombras disponíveis no mercado (Adaptado:(Carreira, 2017) ............................................................................................................... 42 Tabela 10:Listagem comparativa dos diferentes métodos de cálculo de sombras disponíveis no mercado (continuação) (Adaptado:(Carreira, 2017) ........................................................................... 43 Tabela 11: Valores do fator de sombreamento do horizonte Fh na estação de aquecimento para Portugal Continental (Adaptado de:(Ministério da Economia e do Emprego, 2013)) ............................ 47 Tabela 12: classificação da categoria de infraestrutura de transporte terrestre Fonte:(IZUBA, 2024) .. 60 Tabela 13: Relação de Categoria de Infraestrura com os niveis de ruído e isolamento acústico mínimo Fonte: (Ministère du Partenariat avec les territoires et de la Décentralisation 2020) ........................... 61 Tabela 14: Valores dos Indicadores de Forma ................................................................................... 81 Tabela 15: Níveis de ruído nas fachadas dos edifícios ....................................................................... 84 Tabela 16: Índice de Compacidade e radiação solar por forma selecionada no período de aquecimento e níveis de ruído exposto .................................................................................................................. 89 Tabela 17: Índice de Porosidade e radiação solar por forma selecionada no período de aquecimento e níveis de ruído exposto ..................................................................................................................... 90 Tabela 18: Índice de Complexo de Perímetro e radiação solar por forma selecionada no período de aquecimento e níveis de ruído exposto .............................................................................................. 92 Tabela 19: Representação fotográfica do local de estudo e da sua envolvente e do equipamento de medição ......................................................................................................................................... 101 Tabela 20: Equipamentos necessário para a medição de ruído ........................................................ 105 Tabela 21: Resumo de desempenho dos equipamentos de medição de acordo com o fabricante ..... 107 Tabela 22: Medição do Ruído nos Pontos de Validação ................................................................... 116 Tabela 23: Medição do Ruído nos Pontos de Validação (continuação) .............................................. 117 Tabela 24: Medição do Ruído nos Pontos de Validação (continuação) .............................................. 118 Tabela 25: 1ª Validação (Valores medidos vs valores modelados) .................................................... 118 Tabela 26: 1ª Validação (Valores medidos vs valores modelados) (continuação) .............................. 119 Tabela 27: Ponto de validação (medição e simulação) (continuação) ............................................... 120 Tabela 28: Pontos de Medição da Radiação solar in situ.................................................................. 122 Tabela 29: Pontos de Medição da Radiação solar in situ.................................................................. 123 Tabela 30: Pontos de Medição da Radiação solar in situ.................................................................. 124 Tabela 31: Pontos de Medição da Radiação solar in situ.................................................................. 125 Tabela 32: Diferencial dos Pontos Simulados e dos Pontos Medidos (PC1) e (PC2) ........................ 130 Tabela 33: Diferencial dos Pontos Simulados e dos Pontos Medidos (PC3) e (PC4) ......................... 131 Tabela 34: O diferencial da média do erro percentual foi calculado para os dois equipamentos de medição (piranómetros)(PC1) ......................................................................................................... 133
xv Tabela 35: O diferencial da média do erro percentual foi calculado para os dois equipamentos de medição (piranómetros)(PC2) ......................................................................................................... 133 Tabela 36: O diferencial da média do erro percentual foi calculado para os dois equipamentos de medição (piranómetros)(PC3) ......................................................................................................... 133 Tabela 37: O diferencial da média do erro percentual foi calculado para os dois equipamentos de medição (piranómetros)(PC4) ......................................................................................................... 133 Tabela 38: Valores de Albedo do estudo de caso ............................................................................. 135 Tabela 39: Forma original variação A (análise de ruído) ................................................................... 141 Tabela 40: Forma original variação A (análise de radiação).............................................................. 142 Tabela 41: Forma original variação B (análise de ruído) ................................................................... 146 Tabela 42: Forma original variação B (análise de radiação) ............................................................. 147 Tabela 43: Forma original variação C (análise de ruído)................................................................... 150 Tabela 44: Forma original variação C (análise de radiação) ............................................................. 151 Tabela 45: Forma original variação D (análise de ruído) .................................................................. 154 Tabela 46: Forma original variação D (análise de radiação) ............................................................. 155 Tabela 47: Forma original variação E (análise de ruído) ................................................................... 158 Tabela 48: Forma original variação E (análise de radiação).............................................................. 159 Tabela 49: Comparativos das outras variações em relação à forma original A .................................. 164 Tabela 50:Variação A (análise por fachada e por piso) (fachada OruaOrientação Oeste) ................. 166 Tabela 51: Variação A (análise por fachada e por piso) (fachada Epátio - Orientação Este) .............. 166 Tabela 52: Variação A (análise por fachada e por piso)(fachada Nrua - Orientação Norte)) .............. 167 Tabela 53: Variação A (análise por fachada e por piso) (fachada Spátio – Orientação Sul) ................ 167 Tabela 54: Classificação da distância em ralação à fonte de ruído Fonte: (Arrêté du 28 décembre 2012) ...................................................................................................................................................... 173 Tabela 55: Classificação BR: Infraestrutura de Categoria 1. Fonte:(Règlementation Thermique des Bâtiments Existants -Fiche d’application : Classement au bruit des baies : BR1 BR2 BR3, 2016) ..... 176 Tabela 56: Classificação BR: Infraestrutura de Categoria 2. Fonte:(Règlementation Thermique des Bâtiments Existants -Fiche d’application : Classement au bruit des baies : BR1 BR2 BR3, 2016) ..... 176 Tabela 57: Classificação BR: Infraestrutura de Categoria 3. Fonte:(Règlementation Thermique des Bâtiments Existants -Fiche d’application : Classement au bruit des baies : BR1 BR2 BR3, 2016) ..... 177 Tabela 58: Classificação BR: Infraestrutura de Categoria 4. Fonte:(Règlementation Thermique des Bâtiments Existants -Fiche d’application : Classement au bruit des baies : BR1 BR2 BR3, 2016) ..... 177 Tabela 59: Classificação BR: Infraestrutura de Categoria 5. Fonte:(Règlementation Thermique des Bâtiments Existants -Fiche d’application : Classement au bruit des baies : BR1 BR2 BR3, 2016) ..... 177 Tabela 60: Classificação Categoria CE1 e CE2 Fonte: (RT-2012.com, 2013) ................................... 179 Tabela 61: O estudo das cinco variações (análise global) ................................................................. 185 Tabela 62: Análise do ruído nas fachadas (considerando 4 classes de exposição ao ruído) .............. 186 Tabela 63:Variação A (análise por fachada e por piso) (fachada Orua) ............................................. 215 Tabela 64: Variação A (análise por fachada e por piso) (fachada Epátio) .......................................... 216 Tabela 65: Variação A (análise por fachada e por piso)(fachada Nrua) ............................................. 216 Tabela 66: Variação A (análise por fachada e por piso) (fachada Spátio) .......................................... 217 Tabela 67: Variação A (análise por fachada e por piso) (fachada Erua) ............................................ 217 Tabela 68: Variação A (análise por fachada e por piso) (fachada Opátio).......................................... 218 Tabela 69: Variação A (análise por fachada e por piso) (fachada Srua) ............................................ 218 Tabela 70: Variação A (análise por fachada e por piso) (fachada Npátio).......................................... 219 Tabela 71: Variação A (análise por fachada e por piso) (fachada Orua) ............................................ 219
xvi Tabela 72: Variação A (análise por fachada e por piso) (fachada Nrua) ............................................ 220 Tabela 73: Variação A (análise por fachada e por piso) (fachada Spátio) .......................................... 220 Tabela 74: Variação A (análise por fachada e por piso) (fachada Erua) ............................................ 221 Tabela 75: Variação A (análise por fachada e por piso) (fachada Opátio).......................................... 221 Tabela 76: Variação A (análise por fachada e por piso) (fachada Srua) ............................................ 222 Tabela 77: Variação A (análise por fachada e por piso) (fachada Npátio).......................................... 222 Tabela 78: Variação A (análise por fachada e por piso) (fachada Srua) ............................................ 223 Tabela 79: Variação B (análise por fachada e por piso) (fachada Orua) ............................................ 224 Tabela 80: Variação B (análise por fachada e por piso) (fachada Epátio) .......................................... 225 Tabela 81: Variação B (análise por fachada e por piso) (fachada Nrua) ............................................ 225 Tabela 82: Variação B (análise por fachada e por piso) (fachada Spátio) .......................................... 226 Tabela 83: Variação B (análise por fachada e por piso) (fachada Srua) ............................................ 226 Tabela 84: Variação B (análise por fachada e por piso) (fachada Npátio) ......................................... 227 Tabela 85: Variação B (análise por fachada e por piso) (fachada Erua) ............................................ 227 Tabela 86:Variação B (análise por fachada e por piso) (fachada Opátio) .......................................... 228 Tabela 87: Variação C (análise por fachada e por piso) (fachada Orua) ............................................ 229 Tabela 88: Variação C (análise por fachada e por piso) (fachada Nrua) ............................................ 229 Tabela 89: Variação C (análise por fachada e por piso) (fachada Spátio) .......................................... 230 Tabela 90: Variação C (análise por fachada e por piso) (fachada Erua) ............................................ 230 Tabela 91: Variação C (análise por fachada e por piso) (fachada Erua) ............................................ 231 Tabela 92: Variação C (análise por fachada e por piso) (fachada Srua) ............................................ 231 Tabela 93: Variação C (análise por fachada e por piso) (fachada Npátio) ......................................... 232 Tabela 94: Variação C (análise por fachada e por piso) (fachada Orua) ............................................ 232 Tabela 95: Variação D (análise por fachada e por piso) (fachada Orua) ............................................ 233 Tabela 96: Variação D (análise por fachada e por piso) (fachada Epátio) .......................................... 234 Tabela 97: Variação D (análise por fachada e por piso) (fachada Nrua) ............................................ 234 Tabela 98: Variação D (análise por fachada e por piso) (fachada Spátio) .......................................... 235 Tabela 99: Variação D (análise por fachada e por piso) (fachada Erua) ............................................ 235 Tabela 100: Variação D (análise por fachada e por piso) (fachada Erua) .......................................... 236 Tabela 101: Variação D (análise por fachada e por piso) (fachada Srua) .......................................... 236 Tabela 102: Variação D (análise por fachada e por piso) (fachada Npátio) ....................................... 237 Tabela 103: Variação D (análise por fachada e por piso) (fachada Orua) .......................................... 237 Tabela 104: Variação D (análise por fachada e por piso) (fachada Nrua) .......................................... 238 Tabela 105: Variação D (análise por fachada e por piso) (fachada Spátio) ........................................ 238 Tabela 106: Variação D (análise por fachada e por piso) (fachada Erua) .......................................... 239 Tabela 107: Variação D (análise por fachada e por piso) (fachada Opátio) ....................................... 239 Tabela 108: Variação D (análise por fachada e por piso) (fachada Srua) .......................................... 240 Tabela 109: Variação D (análise por fachada e por piso) (fachada Npátio) ....................................... 240 Tabela 110: Variação D (análise por fachada e por piso) (fachada Orua) .......................................... 241 Tabela 111: Variação E (análise por fachada e por piso) (fachada Orua) .......................................... 242 Tabela 112: Variação D (análise por fachada e por piso) (fachada Nrua) .......................................... 242 Tabela 113: Variação D (análise por fachada e por piso) (fachada Spátio) ........................................ 243 Tabela 114: Variação D (análise por fachada e por piso) (fachada Erua) .......................................... 243 Tabela 115: Variação D (análise por fachada e por piso) (fachada Opátio) ....................................... 244 Tabela 116: Variação D (análise por fachada e por piso) (fachada Srua) .......................................... 244 Tabela 117: Variação D (análise por fachada e por piso) (fachada Npátio) ....................................... 245
xvii Tabela 118: Variação D (análise por fachada e por piso) (fachada Orua) .......................................... 245 Tabela 119: Variação D (análise por fachada e por piso) (fachada Erua) .......................................... 246 Tabela 120: Variação D (análise por fachada e por piso) (fachada Srua) .......................................... 246 Tabela 121: Variação D (análise por fachada e por piso) (fachada Npátio) ....................................... 247 Tabela 122: Variação D (análise por fachada e por piso) (fachada Epátio) ........................................ 247 Tabela 123: Variação D (análise por fachada e por piso) (fachada Orua) .......................................... 248 Tabela 124: Variação D (análise por fachada e por piso) (fachada Nrua) .......................................... 248 Tabela 125: Variação D (análise por fachada e por piso) (fachada Spátio) ........................................ 249 Tabela 126: Variação D (análise por fachada e por piso) (fachada Erua) .......................................... 249
1 1. INTRODUÇÃO Neste capítulo, detalham-se as motivações que orientaram a escolha deste tema de investigação, apresenta-se o problema ou oportunidade de estudo, deduz-se as questões de investigação, citam-se os objetivos gerais e os específicos. O programa de trabalhos a desenvolver tem por base os Objetivos da Agenda 2030 das Nações Unidas para o Desenvolvimento Sustentável (UNDP, 2023). Nomeadamente, responder aos dois objetivos selecionados: 11.3 By 2030, enhance inclusive and sustainable urbanization and capacity for participatory, integrated and sustainable human settlement planning and management in all countries. 13.2 Integrate climate change measures into national policies, strategies and planning. 13.3 Improve education, awareness-raising and human and institutional capacity on climate change mitigation, adaptation, impact reduction and early warning. 1.1. Enquadramento Os edifícios residenciais, contribuem em Portugal com cerca de 40% do consumo de energia (eletricidade), principalmente no aquecimento e arrefecimento, uso de água quente sanitária, iluminação e uso de equipamentos elétricos (Instituto Nacional de Estatística [INE], 2021). Esses valores têm aumentado nos últimos anos devido à necessidade de maior conforto na habitação. Nesse sentido, foi necessário adotar medidas que promovam a redução do consumo de energia por esse setor e, de preferência, através de soluções passivas e sustentáveis (Agência Nacional de Energia [ADENE], 2021) Os edifícios multifamiliares têm um consumo de energia elevado por ser construção em altura e o acesso à radiação solar é desigual. Normalmente, os primeiros pios recebem menos radiação solar em comparação com os outros pisos do edifício. Esse fator tem a ver com a regra de afastamento de 45 graus entre os edifícios, que vai ser a premissa a partir do qual se pretende desenvolver o presente estudo (ADENE, 2021). O objetivo será avaliar e otimizar a forma urbana em relação à exposição ao ruído do meio envolvente (nomeadamente vias de circulação automóvel) e à radiação solar incidente nas fachadas dos edifícios em função da sua orientação.
2 No caso português, o Regulamento Geral das Edificações Urbanas (Regulamento Geral das Edificações Urbanas [RGEU], 1951) define a premissa básica de garantir as condições mínimas de luz do sol e iluminação natural dos edifícios, dadas pelo ângulo de afastamento de 45º entre os edifícios, ilustrado na Figura 1. Figura 1: Ilustração do afastamento entre fachadas previsto nos artigos 59.º a 62.º do RGEU A fim de otimizar os ganhos de energia do edifício, pretende-se aprofundar o modo como a exposição solar, particularmente a incidente nas fachadas dos edifícios, é influenciada pelo layout da forma urbana e verificar quais os layouts urbanos que permitem ganhos térmicos. Por outro lado, analisar em simultâneo o impacto que o layout da forma urbana tem na propagação do ruído e por conseguinte como este chega à fachada do edifício. O objetivo é chegar a uma situação de compromisso entre otimização térmica e acústica do edificado. A sustentabilidade da forma urbana passa pela otimização dos ganhos solares e pela redução da incomodidade devida ao ruído. É na relação dos três fatores e na descoberta dos parâmetros que mais influenciam os ganhos ou perdas dessa correlação que o estudo proposto se desenvolve. 1.2. Motivação Achou-se pertinente averiguar as “energias” associadas à habitação e destacou-se a térmica e a acústica como sendo as que mais influenciam o conforto de uma habitação.
3 O estudo proposto vai no sentido de descobrir como estas três componentes (forma urbana, radiação solar e ruído urbano) se relacionam e descobrir quais os pontos ótimos na sua relação, bem como o compromisso necessário para essa otimização, que o esquema da Figura 2 retrata. Figura 2: Esquema representativo das correlações do estudo pretendido 1.3. Oportunidade de estudo Este estudo pretende introduzir a questão da relação entre radiação solar e o ruído, em meio urbano. Tem como objetivo dar um contributo para permitir relacionar ambas as questões com os respetivos regulamentos nacionais e ver a sua aplicabilidade (Regulamento Geral de Ruído, o Regulamento dos Requisitos Acústicos dos Edifícios e o Regulamento do Desempenho Energético dos Edifícios de Habitação). O estudo visa identificar de que forma a otimização do comportamento acústico podem entrar em conflito com a otimização dos ganhos térmicos do edifício e vice-versa. Exemplificando, numa fachada envidraçada virada a Sul seria pertinente abrir o máximo de área de exposição solar para otimizar os ganhos térmicos por radiação, no entanto se a principal fonte sonora (infraestrutura viária) estiver localizada igualmente a sul seria pertinente reduzir a área de aberturas de forma a otimizar (neste caso reduzir) a transmissão e a exposição ao ruído, como é possível verificar, existe uma solução que entra em conflito com a outra. Nesse contexto, o projetista terá que tomar uma decisão que acaba por ser um compromisso entre otimizar a resposta térmica ou a acústica com o objetivo final de aumentar o conforto global do edifício.
4 Nesse sentido, seria pertinente estudar as premissas com maior impacto nos ganhos solares e nos ganhos acústicos, nomeadamente a orientação (à fonte sonora e solar) e o sombreamento (acústico e térmico). 1.4. Questões de investigação Face ao exposto pretende-se estudar: Quais as formas urbanas que proporcionam uma otimização da exposição solar na estação de aquecimento e o sombreamento acústico? Como pode a forma urbana, em particular a regra dos 45º definida no RGEU, influenciar o sombreamento solar e acústico? Como integrar os requisitos acústicos (proteção ao ruído) nas exigências de exposição solar dos regulamentos térmicos? Qual a relação de compromisso entre requisitos térmico-acústicos na sustentabilidade da forma urbana? 1.5. Objetivos Objetivos gerais O estudo vai ao encontro dos “Objetivos da Agenda 2030 das Nações Unidas para o Desenvolvimento Sustentável" ao averiguar a necessidade de compatibilizar a eficiência energética das formas urbanas com a exposição ao ruído e compatibilizar a sua aplicabilidade aos regulamentos associados. De forma a otimizar os ganhos energéticos do edifício, pretende-se aprofundar o modo como a exposição solar, particularmente a incidente nas fachadas do edificado, é influenciada pela disposição da forma urbana e averiguar quais os layouts urbanos que permitem adequados ganhos térmicos na estação de aquecimento. Paralelamente, pretende-se avaliar o impacto que a disposição da forma urbana tem no modo como o ruído se propaga e como este é quantificado particularmente nas fachadas do edificado.
5 Estudar quais as premissas e as exigências que os regulamentos acarretam e descobrir as formas urbanas que se adequam simultaneamente a uma otimização dos requisitos térmicos e acústicos, validando as mesmas através de medições de radiação solar e ruído nas fachadas dum estudo de caso. O objetivo geral desta tese é investigar a compatibilização entre o sombreamento acústico e a exposição solar para uma forma urbana mais sustentável. Objetivos específicos Estudar as formas urbanas que promovam o sombreamento acústico e como este é benéfico para a redução da incomodidade ao ruído (primeiramente pelo estudo preliminar) e averiguar quais as fachadas que retratam essa redução ou aumento de níveis de exposição ao ruído (segundamente pela análise de sensibilidade do estudo de caso). Medir a radiação solar que chega às fachadas, simular em software tridimensional diferentes cenários que possam permitir avaliar e medir em situação real (estudo de caso) e em paralelo comparar com o ruído que chega à mesma fachada. Averiguar, a partir duma análise de sensibilidade, o comportamento do edificado, face à exposição ao ruído, mas sobretudo à radiação solar. Nomeadamente, comprovar como a envolvente da forma urbana (ângulo de 45º entre edifícios), pode influenciar e criar sombreamento solar, impedindo a otimização da radiação na estação de aquecimento (na orientação solar, a sul), sobretudo nos primeiros pisos, onde a exposição solar é menor. Analisar a partir do caso de boas práticas (regulamento térmico francês), os parâmetros e as relações de compromisso térmico-acústico. Por último, refletir como o compromisso térmico-acústico pode promover a sustentabilidade urbana e como esta poderá proporcionar ainda em fase de projeto uma eficiência energética solar e sonora, através de soluções passivas.
12 2.1.3. Políticas urbanas de sustentabilidade e energia em Portugal O desenvolvimento urbano sustentável em Portugal passa pela promoção de cidades inteligentes, competitivas e atrativas para o habitante e para a economia, e foi nesse sentido que em 2015, o Conselho de Ministros aprovou a estratégia Cidades Sustentáveis 2020 (Cavaco et al. , 2015). A estratégia Cidades Sustentáveis 2020 define que as cidades deverão assumir um compromisso com a eficiência ecológica (ecoeficiência) com o intuito de reduzir a pegada ecológica e carbónica e conscientizar para um uso equilibrado dos sistemas e subsistemas de cada cidade (Cavaco et al. , 2015). Em particular, assegurar e promover a conciliação das atividades poluidoras com a qualidade ambiental, melhorar o envelope acústico dos edifícios e espaços públicos e assegurar a redução da intensidade energética das cidades, assumindo a qualidade da saúde pública. O modelo de desenvolvimento urbano sustentável proveniente da estratégia Cidades Sustentáveis 2020 potencia a eficiência dos seus subsistemas (energia, mobilidade, água e resíduos) e visa melhorar a capacidade de resposta aos riscos e aos impactos, provenientes das alterações climáticas (Cavaco et al. , 2015). A Estratégia Nacional para a Energia com um horizonte de 2020 (Aprovada na Resolução do Conselho de Ministros nº 29/2010) definiu uma agenda para a promoção das energias renováveis e da eficiência energética, com o intuito de promover a sustentabilidade económica e ambiental na redução das emissões de CO2 a nível nacional e global. Em 2013, a Resolução do Conselho de Ministros n.º 20/2013, aprovou o Plano Nacional de Ação para a Eficiência Energética (PNAEE) para o período 2013-2016 e o Plano Nacional de Ação para as Energias Renováveis (PNAER) para o período 2013-2020. O Programa Nacional para as Alterações Climáticas 2020/2030 (PNAC 2020/2030), tinha como objetivos diligenciar a transição para uma economia de baixo carbono, pretendia garantir o cumprimento das metas nacionais em termos de alterações climáticas e assegurar um meio sustentável na redução das emissões de GEE.
13 2.1.4. Relação da forma urbana com a exposição ao ruído urbano Estudos que abordam a interação da forma urbana com o ruído são relativamente recentes. Neste contexto, Villaverde, Hornero e Ravé (2014) analisaram a relação entre ruído e altura do edifício e largura da rua (H / W). Outros autores encontraram uma correlação entre ambos e concluíram que a Geometria influencia a distribuição espacial do ruído (Oliveira & Silva, 2012; Silva et al. , 2018). Muitos estudos abordam o efeito de irregularidades nas fachadas e, assim, analisam a difusão sonora nas ruas (Ismail & Oldham, 2005; Onaga & Rindel, 2007; Picaut, J., & Scouarnec, 2009; Picaut & Simon, 2001). Heutschi (1995) compilou tabelas de consulta para avaliar o aumento do nível de ruído do tráfego rodoviário devido aos edifícios, incluindo aberturas, levando em consideração a altura das fachadas, a largura do “canyon”, o coeficiente de absorção das fachadas e o grau de difusão. A influência do desenho do edifício e cobertura em fachadas não expostas diretamente ao ruído foi estudada em detalhe por diferentes autores (Hornikx et al. , 2005; Hornikx & Forssén, 2009; Van Renterghem et al. , 2006, 2013; Van Renterghem & Botteldooren, 2010) dada a pertinência em obter fachadas silenciosas num dado ambiente urbano (Kluizenaar et al. , 2011; Öhrström et al. , 2006; Van Renterghem, T; Botteldooren, 2012). O estudo de diferentes formas de cobertura na propagação sonora (Van Renterghem & Botteldooren, 2010), traz conclusões interessantes para alcançar fachadas silenciosas através do projeto arquitetónico. Outros autores (Guedes et al. , 2011; Silva et al. , 2014a) concluíram que as caraterísticas físicas da forma urbana, tais como a densidade de construção, a existência de espaços abertos e a forma e posição física dos edifícios, têm uma influência significativa no ruído ambiente. Outros elementos que podem influenciar a propagação do ruído que chega às fachadas são as varandas, por constituírem elementos que promovem a formação de sombra acústica, a sua presença e forma já foram estudadas. Nomeadamente El Dien (2004) , concluiu que a forma do parapeito e a profundidade da varanda influenciam o campo sonoro ao longo das fachadas de edifícios altos e considera que estes elementos deverão ser considerados pelos arquitetos aquando da conceção da forma urbana (Dien & Woloszyn, 2005; Dien & Woloszyn, 2004).
14 Borrego et al. (2006) considera as avaliações de ruído ambiental por meio de mapeamento e predição acústica úteis, por permitirem visualizar e quantificar o ruído ambiental, contribuindo para um adequado ambiente sonoro urbano (Silva, 2009; Silva & Mendes, 2012). No entanto, a geometria da forma urbana tem também um impacto considerável no desempenho ambiental, incluindo o conforto térmico (Jamei et al. , 2016) ou a radiação solar (Chatzipoulka et al. , 2016). Apesar de a literatura fornecer pouca informação sobre a influência da geometria do ruído de tráfego (Echevarria Sanchez et al. , 2016), o carácter inovador do estudo é evidenciado pela integração de técnicas emergentes, nomeadamente software de simulação e modelação de ruído, com o intuito de explorar melhor a complexidade da forma urbana, de forma a minimizar os seus efeitos na propagação do ruído (Oliveira, 2011; Oliveira & Silva, 2011; Silva et al. , 2014b). Magrini e Lisot,(2016) desenvolveram um modelo para investigar a influência das configurações dos edifícios e o potencial de algumas soluções na redução do ruído nas fachadas dos edifícios. Souza e Giunta (2011) estudaram a importância da relação entre o ruído urbano e o indicador de espaço FSI ( Floor Space Índex ) a partir dum modelo de Redes Neurais Artificiais. 2.1.5. Relação da forma urbana e a exposição à radiação solar Num contexto urbano atual, Vartholomaios (2017) considera a relação entre forma, o clima e o consumo de energia (residencial) um tópico vago para muitos profissionais de planeamento e design apesar da sua pertinência. Ko, (2013) e Vartholomaios (2015) consideram nas suas revisões de literatura duas abordagens distintas no que concerne a estratégias de projeto urbano com a eficiência energética: • A primeira vertente aponta para a necessidade de reduzir as cargas de aquecimento, maximizando o uso passivo do sol, onde as formas urbanas são caracterizadas por orientações a sul ou por distâncias mínimas (Dekay & Brown, 2014; R. Knowles, 2006; Montavon, 2010). • A outra vertente aponta para o uso de blocos urbanos compactos, como os dos centros históricos europeus, onde as densidades urbanas são mais altas e minimizam as
15 indesejáveis perdas ou ganhos de calor (Curreli & Roura, 2010; Rode et al. , 2014a; Taleghani et al. , 2013). Segundo Vartholomaios (2015) anteriormente estas estratégias podiam ser consideradas incompatíveis mas considera que os estudos mais recentes (Cheng et al. , 2006; Knowles, 2006; Ratti et al. , 2003; Strømann-Andersen & Sattrup, 2011a) demonstraram que o desenvolvimento de formas urbanas compactas com alto potencial solar passivo é viável. Apesar da correlação da forma urbana e o uso de energia ser multifacetada, reconhecida e enfatizada em manuais de design (Dekay & Brown, 2014) são poucos os estudos publicados que correlacionam forma urbana e uso de energia (Ko, 2013). Existem vários estudos que parametrizam fatores ambientais específicos como design da rua e do edifício (Van Esch et al. , 2012), densidade urbana (Strømann-Andersen & Sattrup, 2011) ou através de algoritmos (Kämpf & Robinson, 2010). No entanto, não quantificam a energia usada e seu impacto (Martins et al. , 2016; Vartholomaios, 2015). Na mesma linha de pensamento, a parametrização dos estudos tende a se concentrar nas particularidades da geometria, geralmente na forma da matriz dos edifícios (Cheng et al. , 2006; Martins et al. , 2016) “canyons urbanos” (Strømann-Andersen & Sattrup, 2011a; Van Esch et al. , 2012; Vartholomaios, 2015) ou blocos urbanos (Kämpf & Robinson, 2010; Vermeulen et al. , 2015). Existem ainda estudos comparativos entre o desempenho energético de blocos com outras tipologias urbanas, ainda que raros e geralmente não considerando o efeito de alterações em parâmetros morfológicos importantes, como a orientação (Rode et al. , 2014b), a largura da rua (Quan et al. , 2014) ou a forma de bloco urbano (Taleghani et al. , 2015) em relação ao consumo de energia. No entanto, o efeito da geometria urbana e a orientação solar e as condições de sombreamento para diferentes condições de latitude foi estudado ((Bourbia & Awbi, 2004; Emmanuel, 1993; Givoni, 1998; Steemers et al. , 1998) enquanto outros estudos correlacionaram o acesso solar, a orientação solar com a densidade urbana, orientação e questões de acesso solar, numa tentativa de investigar as opções de projeto urbano (Capeluto et al. , 2005; Coutinho, 2018; R. L. Knowles, 2003; Ratti et al. , 2003).
16 Segundo Vartholomaios (2017), a literatura existente, no que se refere à relação entre forma urbana e uso residencial de energia deixa em aberto ou parcialmente respondido algumas questões no que se refere ao desempenho do bloco urbano em relação a outras tipologias. Nomeadamente se determinada forma urbana pode obter baixos consumos de energia usando simultaneamente abordagens geométricas, morfológicas e mensuráveis? Que características deverão ter as formas urbanas e o que deverão ter em comum em termos de geometria e densidade urbana de modo a serem comparáveis e mensuráveis? Poderá existir alguma tipologia urbana específica que seja preferida em relação às restantes? 2.2. Ruído urbano
17 A libertação de energia emitida por uma fonte sonora que se propaga sob a forma de ondas mecânicas designa-se de som. A definição onomástica etimológica de som é a variação da pressão atmosférica, em qualquer meio de propagação que o ouvido do ser humano tem capacidade de detetar. O conceito de ruído é associado à desagradabilidade do som e pode ser caracterizado pela sua frequência (baixa a alta, sons graves a agudos) e pela sua amplitude medida em termos do “Nível de Pressão Sonora” (APA, 2004). A pressão sonora é a diferença entre a pressão ambiente instantânea relativamente à pressão atmosférica, a partir da qual o ouvido humano é sensível. Assim o ruído é expresso pelo logaritmo da relação entre os quadrados da pressão sonora medida (Pmed) e a pressão de referência (Pref). Denomina-se nível de pressão sonora Lp e é expresso em Bel (B) ou multiplicando-se por 10 é expresso em decibel (dB) e calculado pela seguinte expressão: 𝐿𝑝=10×log10(𝑝 𝑝0)2=20×log10 𝑝 𝑝0 (1) Em que: Lp é o nível de pressão sonora expresso em dB p é o valor eficaz da pressão sonora, expresso em Pascal. p0 é a pressão sonora de referência e corresponde ao limiar mínimo da audição humana (p0 = 2 x 10-5 Pa) A escala de valores de nível de pressão sonora varia entre 0 dB e 120 dB que corresponde ao limiar da audição e ao limiar da dor, ilustrado na Figura 4. Figura 4: Ilustração dos níveis de pressão sonora (Fonte: (Ministère de Territoire, 1978))
18 O nível de pressão sonora, não representa inteiramente a sensação auditiva humana e a aptidão do ouvido humano percecionar ondas sonoras com a mesma energia, mas com distintas frequências é diferente. A gama audível varia entre 20Hz e 20 000Hz e a sensibilidade do ouvido diminui para gamas abaixo dos 500Hz (infrasons) e acima dos 4000 (utrasons) como é ilustrado na Figura 5. Figura 5:Ilustração da gama de frequências (Fonte: (Ministère de Territoire, 1978)) O nível de pressão sonora face ao exposto deve, então, ser ponderado por um coeficiente dependente da frequência, por forma a ter em linha de conta a diferente sensibilidade auditiva humana à frequência. Nesse sentido, foram estabelecidas curvas de ponderação A, B, C e D ilustradas no gráfico da Figura 6, que permitam caracterizar o nível de pressão sonora recebido pelo ouvido humano. Figura 6: Ilustração das curvas de ponderação de frequência (Fonte: (Gerges, 1992))
19 A curva de ponderação A é a mais usada por ser a que melhor correlaciona os valores medidos com a perceção do ouvido, a ponderação B destina-se aos sons de média intensidade e de médias frequências, a ponderação C destina-se a alta intensidade sonora e a elevada potência e a ponderação D é especial ao ser usada em medições de sons originários de aeronaves. Como o ouvido humano é mais sensível a certas frequências do que a outras, o nível de distúrbio é dependente do conteúdo espectral do ruído e a perceção do ruído varia consoante o individuo, a localização e o momento e nesse sentido torna-se difícil determinar objetivamente a incomodidade (Silva, 2007a). 2.2.1. Sombreamento acústico O sombreamento acústico, sombras acústicas ou áreas sombra são espaços nos quais algumas áreas de frequência de som são atenuadas, normalmente causado pelos efeitos de difração, à medida que a onda sonora passa pelas bordas de um dado obstáculo (edifício, barreira...) criando junto ao obstáculo uma área de atenuação ao ruído (Figura 7). Figura 7:Ilustração do efeito sonoro e a criação da área sombra (Fonte:(Hannah, 2006))
20 No percurso da onda sonora entre a fonte (tráfego automóvel) até a um recetor (edifícios), perante um obstáculo (barreira ou edifício), as ondas sonoras são difratadas no topo do obstáculo, criando uma "zona de sombra" na sua parte posterior onde os níveis de ruído são mais reduzidos ( Silva, 2007a). O sombreamento acústico comporta-se como uma área protegida ao ruído, não querendo dizer ausência de ruído, mas sim que o ruído na referida área sombra tem uma atenuação significativa dos níveis de ruído. Os obstáculos mais comuns que atenuam o ruído são as barreiras acústicas (Figura 8). No entanto, há outros elementos que reduzem os níveis de ruído, nomeadamente os elementos edificados (edifícios, garagens, outros elementos de atenuação), os naturais (taludes, vegetação entre outros) ou os mistos (combinação dos dois anteriores). Figura 8: Ilustração tipo de barreiras acústicas (Fonte: (Hannah, 2006)) Os elementos de atenuação de ruído deverão ser colocados entre as fontes de ruído e áreas sensíveis ao ruído e podem incluir muitas tipologias (edificada ou natural) e diferenciações (formato, dimensões, materiais, etc.) A adaptação de zonas de proteção (sombreamento acústico) ao longo das principais infraestruturas viárias é uma forma de garantir a separação espacial entre as fontes sonoras e as áreas sensíveis ao ruído, como uma estratégia de redução do impacto do ruído no tipo de zonamento (sensível ou mista) (Silva, 2007a). Outra forma de promover a redução do ruído é na fase de conceção do edifício ou da área residencial considerar a localização das possíveis fontes de ruído e adequar, a partir daí, uma solução consciente, como criar uma zona "buffer" (um edifício não sensível protegendo um sensível) ou conceber os layouts do exterior e interior do edifício consoante a maior ou menor exposição ao ruído ou na criação de mais ou menos área protegida (Figura 9).
21 Figura 9: Ilustração de uma zona “buffer”(Fonte: (Ministère de Territoire, 1978)) As barreiras acústicas que funcionem como proteção às áreas residências devem garantir que na sua descontinuidade (mais do que 10m sem barreira acústica), e segundo a Agência Portuguesa do Ambiente (2004) devam ser compensadas por outras formas de proteção ao ruído. As áreas de proteção ao ruído, dependem não só do edificado, mas sobretudo da potência da fonte condicionada pelas caraterísticas da via (número e largura de faixas, número e tipo de veículos, velocidades de circulação, etc.) e da sua interação é que se poderá almejar uma redução de ruído. O modo como o edifício se relaciona com a via (fonte de ruído) determina a variabilidade dos níveis de ruído a que o edifício está exposto. Nomeadamente, a implantação, a volumetria e a forma do edifício são, entre outros elementos, os que mais determinam a criação de zonas de sombreamento. Se determinada forma urbana apresentar uma implantação paralela à via, os níveis de ruído serão mais elevados na fachada confinante com a via. No entanto, poderá favorecer a criação de áreas com menor ruído (sombreamento acústico) na fachada posterior como é possível ver no exemplo da Figura 10.
28 automóvel senão seria fator de exclusão na escolha do software), a importação de dados de outros softwares, como GIS ou CAD, tem pertinência na seleção e o acesso ao software (open source ou não) e, por último, a possibilidade de calcular diretamente o sombreamento acústico. Nenhum dos softwares apresentados nas Tabela 3, 4 e 5 permitem o cálculo diretamente, no entanto, a maioria permite calcular áreas com menos exposição ao ruído. Tabela 3: Softwares de cálculo de sombreamento acústico Método /Software Cálculo Vantagens Desvantagens Software comercial com uma taxa de licenciamento CadnaA • diferentes fontes de ruído (estradas, caminhos-de-ferro, instalações industriais e ruído comunitário) • modelação do ruído incluindo: • - visualização 3D • - modelação da propagação • - integração GSIG • cenários de ruído complexos • analisar o impacto de diferentes fatores nos níveis de ruído. • interface de fácil utilização e fluxo de trabalho intuitivo, visualização de resultados • algoritmos avançados para modelação da propagação do som, tendo em conta vários fatores ambientais, como o terreno, as condições meteorológicas e a interferência de obstáculos. • não calculam diretamente a sombra acústica. • software comercial com uma taxa de licenciamento. SoundPLAN • as diferentes fontes de ruído (instalações industriais, tráfego rodoviário e ferroviário) • avaliar o seu impacto no ambiente circundante. • cartografia e simulação do ruído. • integração SIG • funcionalidades de conformidade regulamentar (incorporação de dados espaciais como o terreno, a utilização do solo e a disposição dos edifícios nos seus modelos de ruído) • orientações definidas por autoridades como a Diretiva da União Europeia relativa ao ruído ambiente (END) e a Administração Federal das Autoestradas dos EUA (FHWA). • ajuda os utilizadores a identificar áreas onde os níveis de ruído excedem os limites aceitáveis e a desenvolver estratégias de atenuação. • não calculam diretamente a sombra acústica. • software comercial com uma taxa de licenciamento.
29 Tabela 4:Softwares de cálculo de sombreamento acústico (continuação) Método /Software Cálculo Vantagens Desvantagens Software comercial com uma taxa de licenciamento CadnaR • mantém muitas das principais funcionalidades do CadnaA, mas introduz melhorias em termos de interface do utilizador, desempenho e capacidades de modelação • oferecer uma melhor compatibilidade com sistemas operativos. Detém ferramentas de visualização e capacidades de elaboração de relatórios melhoradas • fornecer fluxos de trabalho mais eficientes e uma melhor integração com outras ferramentas de software utilizadas na avaliação do ruído e na modelação ambiental • não calculam diretamente a sombra acústica • software comercial com uma taxa de licenciamento. • mais caro que o CadnaA SONarchitect • software de modelação e previsão de ruído • várias fontes de ruído (ruído do tráfego rodoviário, ruído do tráfego ferroviário, ruído industrial e fontes de ruído da comunidade) • algoritmos avançados de modelação da propagação do som, considerando fatores como o terreno, as condições meteorológicas e as estruturas dos edifícios • ter módulos especializados ou caraterísticas adaptadas a aplicações específicas, como a acústica de edifícios ou a avaliação do ruído de turbinas eólicas • facilidade de utilização e compatibilidade com fluxos de trabalho existentes e semelhantes aos do CadnaA • não calculam diretamente a sombra acústica • software comercial com uma taxa de licenciamento NOISEMAP • várias fontes, incluindo tráfego rodoviário, aeronaves e caminhos-deferro • fornece ferramentas para o mapeamento de contornos de ruído, análise de impacto e planeamento de mitigação de acordo com os requisitos regulamentares • desenvolvido pela Federal Highway Administration (FHWA), principalmente para a avaliação dos impactos sonoros relacionados com os transportes, em particular nas estradas e nos aeroportos • não calculam diretamente a sombra acústica • software comercial com uma taxa de licenciamento • requisitos específicos do projeto e dos regulamentos da avaliação do ruído
30 Tabela 5: Softwares de cálculo de sombreamento acústico (continuação) Método /Software Cálculo Vantagens Desvantagens Opções de fonte aberta SoundScape Renderer (SSR) • permite aos utilizadores simular cenas sonoras complexas, incluindo sons ambientais, ruído urbano e outros fenómenos acústicos • permite aos utilizadores simular cenas sonoras complexas, incluindo sons ambientais, ruído urbano e outros fenómenos acústicos • não calcula diretamente a sombra acústica. • o seu objetivo é a síntese e a reprodução de paisagens sonoras virtuais, com vista a recriar ambientes sonoros realistas. • software comercial com uma taxa de licenciamento O uso do software permite contextualizar e exemplificar de forma a extrapolar resultados e análises para casos similares e harmonizar metodologias ou compatibilizar formatos. A informação e/ou partilhar a base de dados comum são os requisitos da Diretiva INSPIRE (Infrastructure for Spatial Information in the European Community , ou a Diretiva 2007/2/CE), que é uma legislação da União Europeia que visa estabelecer uma infraestrutura de dados espaciais na Europa para facilitar o intercâmbio, partilha, acesso e uso de dados espaciais entre os países membros da UE. A diretiva estabelece requisitos técnicos e organizacionais para criar uma infraestrutura coesa e interoperável, que define as condições globais para a criação de uma Infraestrutura Europeia de Informação Geográfica. Esta plataforma possibilita o acesso e a partilha de informação útil em termos de Ambiente e outras temáticas pelas instituições públicas dos Estados-Membros, previsto nas diretrizes do CNOSSOS-EU (Métodos Comuns de Avaliação do Ruído da Europa). A Diretiva (UE) 2015/996 da Comissão, de 19 de maio de 2015, atualizada pela Diretiva Delegada (UE) 2021/1226 da Comissão, de 21 de dezembro 2020, publicou os métodos comuns de cálculo de ruído por tipo de fonte sonora – rodoviária, ferroviária, aérea e industrial designados pelo CNOSSOS-EU e que passaram a ser de carácter obrigatório desde 2020, para todos os Estados-Membros da União Europeia.
31 2.2.1.2.1. CNOSSOS e as respetivas equações fundamentais A quantidade e o tipo de veículos que circulam, bem como o estilo de condução, afetam a potência acústica que o fluxo de tráfego emite. Em termos da gama de frequências que cobrem e da quantidade de energia sonora que libertam, os veículos ligeiros e pesados contribuem para o ruído ambiente de formas diferentes. O perfil aerodinâmico do veículo, o ruído produzido pela carroçaria e o ruído produzido pela relação pneu/pavimento são os principais fatores determinantes da energia e do conteúdo espetral do ruído emitido pelo veículo (Silva, 2007a). Estabelece-se um modelo de veículo rodoviário por meio das equações matemáticas representativas das duas principais fontes de ruído: 1. Ruído de rolamento devido à interação entre o pneu e o pavimento; 2. Ruído de propulsão gerado pelo grupo motopropulsor (motor, escape etc.) do veículo. O ruído aerodinâmico é incorporado na fonte de ruído de rolamento. No caso dos veículos a motor ligeiros, médios e pesados (categorias 1, 2 e 3), a potência sonora total corresponde à soma energética do ruído de rolamento e do ruído de propulsão (Portaria n.º 42/2023, de 9 de fevereiro, 2023). O modelo CNOSSOS considera que todos os veículos da categoria 𝒎 que integram o fluxo de tráfego circulam à mesma velocidade (𝒗𝒎), a velocidade média do fluxo de veículos da categoria em causa. O nível total de potência sonora das fontes em linha m = 1, 2 ou 3 define-se, portanto, do seguinte modo: 𝑳𝒘,𝒊,𝒎(𝒗𝒎)=𝟏𝟎×𝐥𝐠 (𝟏𝟎𝑳𝒘𝑹,𝒊,𝒎 (𝒗𝒎÷𝟏𝟎 +𝟏𝟎𝑳𝒘𝑷,𝒊,𝒎(𝒗𝒎)÷𝟏𝟎) (2) Em que: LWR,i,m - é o nível de potência sonora correspondente ao ruído de rolamento; LWP,i,m - é o nível de potência sonora correspondente ao ruído de propulsão. (𝒗𝒎)- a velocidade média do fluxo de veículos da categoria em causa. Esta equação é válida para todas as gamas de velocidade. No caso de velocidades inferiores a 20 km/h, o nível de potência sonora a considerar é o resultante da aplicação da fórmula para vm = 20 km/h. No caso dos veículos de duas rodas (categoria 4), apenas se considera para a fonte o ruído de propulsão:
32 𝐿W,i,m= 4 (𝒗𝒎=𝟒)=𝐿WP,i,m= 4 (𝒗𝒎=𝟒) (3) 2.2.1.3. Equipamentos de medição de ruído Há 4 tipos principais de instrumentos disponíveis para medir níveis de ruído, dependendo das múltiplas variações necessárias para a medição. Assim, surgem: 1) Sonómetros não-integradores Podem ser utilizados sonómetros não integradores quando se trate de medição do nível sonoro (LPA) ponderado A de um ruído uniforme. Quando a pressão sonora apresenta flutuações de nível sonoro LpA de grande amplitude ou durações irregulares deve evitar-se a utilização de sonómetros não integradores nestes casos (ANEXO II - Instrumentos de medição do ruído e condições em que poderão ser utilizados). 2) Sonómetros integradores Estes sonómetros têm a capacidade de poder calcular o nível sonoro contínuo equivalente, Leq. Incorporam funções para a transmissão de dados ao computador, cálculo de percentis, análise em frequência, entre outras funções. Fazem parte do sonómetro vários módulos cujas funções são diversas. O microfone converte a variação da pressão que lhe chega num sinal elétrico. Este sinal é depois amplificado no pré-amplificador, é filtrado pelos filtros de ponderação (filtros A, B ou outros) e segue para o detetor. Este último e importante módulo permite ao sonómetro efetuar a leitura do som mediante o modo de leitura escolhido. O tipo de leitura pode ser feito em intervalos de tempo diferentes, isto é, tempos de resposta: Slow, Fast e Impulse. O tipo de leitura é condicionado pelo tipo de ruído que se pretende medir. O Regulamento Geral de Ruído (RGR) recomenda o modo “fast” e o filtro de ponderação A para caracterizar o ruído ambiente, nomeadamente o ruído proveniente do tráfego rodoviário Os sonómetros integradores, tal como o nome indica, possuem um circuito integrador que permite determinar o ruído equivalente, ou seja, o valor da energia sonora acumulada durante todo o período de medição, possibilitando assim o cálculo do Leq(A) para o período de medição bem como do Lmax e Lmin registados no mesmo período. Por fim, o nível de ruído e/ou os indicadores de ruído são gravados, e/ou registados, ou, no caso dos equipamentos mais simples, enviados para o display do sonómetro (normalmente digital).
33 2.3. Radiação solar A radiação solar tem como fonte de calor, o sol, de acordo com Gonçalves e Graça, (2004) há a necessidade de estudar a sua interação com a envolvência (o edificado), a sua posição e em que altura do ano e se mede sua radiação, de forma a projetar melhor o edificado. Coutinho (2018) considera a energia solar que atinge a superfície terreste como o exemplo mais incisivo de transmissão de calor por radiação. Os ganhos solares daí provenientes podem ser diretos ou indiretos. Cheng et al. (2006) estudaram o potencial solar de dezoito modelos genéricos, segundo três critérios de desenho, nomeadamente as aberturas ao nível do solo ( Sky View Factor ), o fator luz-dia na fachada ( Daylight Factor ) e o potencial fotovoltaico na envolvente do edifício com o intuito de avaliaram as relações entre as formas contruídas, a densidade e o potencial solar. A intensidade da energia radiante que um corpo emite é dada pela Lei de Stefan-Boltzmann e relaciona a emissividade da superfície, a temperatura absoluta da superfície do corpo com a Constante de StefanBoltzmann (5,67×10-8 W.m -2.K-4) obtendo a energia radiante emitida por unidade de área. A intensidade do fluxo de calor envolvido na troca de calor por radiação entre as superfícies de dois corpos relaciona de uma forma simplificada, as temperaturas absolutas das superfícies dos corpos com o coeficiente de trocas térmicas por radiação, que é um parâmetro que considera todos os fatores que interferem nas trocas por radiação, nomeadamente os aspetos geométricos e físicos das superfícies envolvidas, bem como a emissividade e a absorção térmicas das superfícies (Coutinho, sem data). A radiação solar incide sobre determinado corpo de diferentes formas (incidência, absorção, reflexão e transmissão) e assume um papel importante no estudo da envolvente exterior face à exposição solar. Em particular, a radiação absorvida, vai alterar a temperatura da superfície da envolvente exterior, quer seja opaca ou transparente, originando a par da radiação transmitida ganhos térmicos nos edifícios, o esquema seguinte ilustra esses mecanismos de trocas de calor devido ao efeito da radiação numa parede exterior opaca ou transparente (Figura 14).
34 Figura 14: Efeito da radiação solar numa parede opaca exterior e num pano transparente exterior (Fonte: (Frota & Schiffer, 2001) As trocas de calor pela envolvente dos edifícios dão-se usualmente pelo efeito combinado da condução, da convexão e da radiação. Ocorre essencialmente através dos elementos opacos ou transparentes, sejam eles verticais, como os que integram as fachadas, ou horizontais, como os das coberturas (Figura 15). Figura 15: Trocas térmicas secas em edifícios (convecção, condução e radiação) e o efeito da radiação incidente (Adaptado de: (Coutinho, 2018))
35 A definição mais genérica de radiação solar é: “Energia irradiada pelo Sol sob a forma de ondas eletromagnéticas, incluindo a luz visível e ultravioleta e a radiação infravermelha” (Glossario | Goldenergy, 2024). Em suma, isto significa que toda a radiação eletromagnética que é emitida pelo sol é referida como radiação solar. No entanto, existe outra palavra para radiação solar que tem um significado semelhante: irradiância solar. A irradiância solar, definida como “A quantidade de energia eletromagnética incidente numa superfície por unidade de tempo e por unidade de área” (Stickler & Lee, 2011). Esta definição refere-se à energia eletromagnética, que é a radiação solar, que incide sobre uma superfície durante um determinado período de tempo. Nesta diferença subtil, consiste principalmente no facto de a irradiância solar incluir a radiação solar, mas não o contrário. Outra definição de irradiância solar é: “A quantidade de radiação solar que incide sobre uma superfície por tempo”. No entanto, esta diferença é extremamente importante para não confundir os dois termos (Burgt, 2020). Em Portugal, o Regulamento de Desempenho Energético dos Edifícios de Habitação (REH) permite simular a radiação solar incidente em edifícios na envolvente dos edifícios, em função da sua localização, através de tabelas de referência. As tabelas permitem determinar os valores da radiação solar a que a envolvente do edifício está exposta, de acordo com a sua orientação e para as duas estações do ano, o Inverno (aquecimento) e o Verão (arrefecimento). A radiação solar incidente engloba três tipos de radiação, a direta, a difusa e a refletida. A radiação direta depende do sombreamento dos outros edifícios e do ângulo de incidência entre o sol e a face do edifício em estudo. A radiação difusa depende apenas da porção de céu visível da superfície terrestre e a refletida que resulta da reflexão da radiação solar na superfície, dependendo das propriedades óticas da superfície e é traduzida na equação seguinte: 𝑅𝑎𝑑𝑖𝑎çã𝑜 𝑆𝑜𝑙𝑎𝑟 𝐼𝑛𝑐𝑖𝑑𝑒𝑛𝑡𝑒 =(𝐼𝑏×𝐹𝑠𝑜𝑚𝑏𝑟𝑒𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜×cos(𝜃))+(𝐼𝑑×𝐹𝑐é𝑢)+𝐼𝑟 (4) Em que: Ib: Radiação de feixe direto, medida perpendicular ao sol [kW.h]; Id: Radiação difusa do céu, medida no plano horizontal [kW.h]; Ir: Radiação refletida do solo[kW.h];
36 Fsombreamento: Fator de sombreamento; Fcéu: Fator de céu visível (percentagem com base na máscara de sombreamento); θ: Ângulo de incidência entre o sol e a face a ser analisada. [⁰ ] No estudo da interação entre a forma urbana e o potencial solar, o sombreamento é um dos elementos com maior impacto e o fator de sombreamento mede as sombras produzidas pelos edifícios vizinhos ou restantes obstáculos que possam interferir na incidência solar. 2.3.1. Sombreamento solar O sombreamento solar é a consequência de obstruções no horizonte, normalmente por edifícios vizinhos ou por elementos salientes do próprio edifício, como as varandas ou as palas (Ministério da Economia e do Emprego, 2013). O fator de sombreamento é o parâmetro que melhor representa o sombreamento solar e é definido pelo rácio entre a radiação solar global recebida numa dada superfície na presença de obstáculos e na ausência dos mesmos (Cascone et al. , 2011). 2.3.2.1 Casos de estudo de sombreamento solar Foram pesquisados sistematicamente artigos de investigação em inglês relacionados com estudos de envelopes de edifícios num ambiente construído com referência a sombreamento solar. A pesquisa inicial começou a junho de 2019 e foi realizada utilizando as seguintes bases de dados bibliográficas electrónicas: ScienceDirect, Scopus, Institute for Scientific Information Web of Science e American Institute of Physics. A pesquisa principal baseou-se nos termos relacionados com radiação solar e sombreamento solar e componentes da envolvente dos edifícios, utilizando os seguintes termos de pesquisa booleana nos domínios da engenharia e da ciência ambiental: (('solar' OR 'solar radiation ') AND ('building envelope' OR 'façade') e numa segunda fase 'Solar Shadow' OR 'Solar Shading’ AND 'Case study'.
37 Para abranger todos os domínios da investigação térmica, não foram incluídas nos termos de pesquisa palavras-chave metodológicas como térmica. As "datas de início" da pesquisa basearam-se nas datas predefinidas em cada base de dados, tendo a última pesquisa sido efetuada maio de 2024. Os resultados da pesquisa foram exportados para o Mendeley, que identificou 536 artigos de investigação publicados. Se o resumo não mencionasse a radiação solar ou estudo de caso esses artigos eram eliminados, tendo também sido removidos os duplicados (n = 33). Se no resumo não se apresentasse qualquer metodologia com medições e simulações de radiação solar, os artigos eram novamente selecionados (n = 376). Posteriormente, os restantes 127 artigos de texto completo foram avaliados quanto à elegibilidade, dos quais foram excluídos de uma avaliação mais aprofundada, como a ausência de informações sobre sombreamento solar. A exclusão final resultou em 26 artigos de revistas relevantes que foram lidos e analisados quanto ao método e conteúdo, dos quais o artigo mais antigo foi publicado em 1984 (Ryerson, 1984). Entre os 25 artigos de revistas, foram selecionados os estudos que têm as fachadas como objetivo de estudo, retirando os estudos que em exclusivo falam das varandas das fachadas e não as fachadas num todo. Os casos de estudo apresentados nas Tabelas 6, 7 e 8, são estudos que tem por base medições e simulações de radiação solar em edifícios multifamiliares e que apresentam diretamente ou indiretamente.referência ao sombreamento.
44 Os pontos de auto-sombreamento, ou seja, as situações em que é a própria fachada que se encontra sombreada, devem ser tidos em conta na metodologia e/ou software e isso permite dissociar as noções de sombreamento indiferenciado e de sombreamento provocado por obstruções de acordo com a definição do fator de sombreamento (Carreira, 2017). Investigar as premissas e os métodos de cálculo que estimam o fator de sombreamento solar foi objetivo do estudo e foi apresentado nas Tabela 9 e 10), apresentar metodologias e casos de estudos (Tabela 6, 7 e 8) pertinentes para o estudo proposto. No entanto, calcular ou comparar os resultados obtidos com os dois métodos sugeridos pela legislação portuguesa, não é âmbito deste trabalho, pois como se poderá verificar nas equações de cálculo seguintes, é necessário, definir áreas de envidraçado e opacas e respetivos materiais que compõem as fachadas de forma a ser possível efetuar o cálculo. O âmbito do estudo não é esse cálculo, mas sim, num modo mais alargado ver a potência solar e exposição e respetivo sombreamento solar que chegam às fachadas independentemente do material que a compõem, Os parâmetros de cálculo apresentados de seguida, são úteis e permitem corrigir os ganhos solares consoante as necessidades energéticas dos edifícios através da introdução de mecanismos de sombreamento que se adequam a cada estação. 2.3.1.1.1. As equações de cálculo do sombreamento solar O fator de sombreamento é um parâmetro adimensional compreendido entre 0 e 1 e que depende da orientação, do clima, da latitude, da longitude e dos meses considerados em cada estação (aquecimento e arrefecimento). De um modo geral, na estação de aquecimento, é conveniente potenciar os ganhos solares (Qsol,aquec) pelos vãos envidraçados do edificado. Esses vãos vão permitir uma maior entrada de radiação solar no espaço e um previsível aumento da temperatura interior e um maior fator de sombreamento (Fs). A relação de proporcionalidade direta entre o fator de sombreamento e os ganhos solares de determinado vão é calculada pela equação seguinte:
45 𝑄𝑠𝑜𝑙,𝑎𝑞𝑢𝑒𝑐[𝑘𝑊ℎ]=𝐺𝑠𝑢𝑙+𝐹𝑠+𝑋𝑗+𝐴𝑠+𝑀 (5) Em que: Gsul: representa ao valor médio mensal de energia solar média incidente numa superfície vertical a Sul, durante a estação de aquecimento em kWh/m², Fsfator de sombreamento, Xj - fator de orientação para diferentes exposições, As - área efetiva de radiação solar em m² , Mduração da estação de aquecimento em meses. Na estação de arrefecimento é vantajoso obter-se um fator de sombreamento baixo, minimizando os ganhos solares pelos vãos envidraçados (Qsol,arref) de modo a evitar situações de desconforto térmico proporcionando uma temperatura interior elevada, a expressão seguinte representa essa relação. Em que Gsol,arref representa a energia solar média incidente, em kWh/m², no vão envidraçado durante toda a estação de arrefecimento. 𝑄𝑠𝑜𝑙,𝑎𝑟𝑟𝑒𝑓[𝑘𝑊ℎ]=𝐺𝑠𝑜𝑙,𝑎𝑟𝑟𝑒𝑓+𝐹𝑠,𝑎𝑟𝑟𝑒𝑓+𝐴𝑠 (6) O fator de sombreamento, segundo a legislação portuguesa no âmbito da certificação energética de edifícios, pode ser calculado por duas abordagens distintas. A primeira abordagem calcula os ângulos de obstrução de todas as fontes de sombra existentes (Ministério da Economia e do Emprego, 2013). A segunda abordagem calcula o fator de sombreamento segundo um conjunto de regras de simplificação que atribuem uma classe de sombreamento baseada numa avaliação efetuada no local (Order (extract) No. 15793-E/2013, 2013). A primeira abordagem de cálculo que a legislação portuguesa permite no cálculo do fator de sombreamento (Fs) (Equação 7) considera três componentes, nomeadamente Fh que é o fator de sombreamento do horizonte por obstruções exteriores ao edifício, Fo que representa o fator de sombreamento por elementos horizontais sobrejacentes ao envidraçado compreendendo palas e varandas. O Ff que corresponde ao fator de sombreamento por elementos verticais adjacentes ao envidraçado, compreendendo palas verticais, outros corpos ou partes de um edifício e que a equação seguinte retrata (Ministério da Economia e do Emprego, 2013).
46 F𝑠=𝐹ℎ ×𝐹𝑜×𝐹𝑓 (7) O Fator de sombreamento do horizonte é definido como o efeito causado por obstruções distantes exteriores ao edifício, ou por edifícios vizinhos, que depende do ângulo do horizonte, nomeadamente, para a estação de aquecimento, é traçada uma reta que une o ponto central do envidraçado ao ponto mais alto da maior obstrução existente entre dois planos verticais (Figura 16.b)), fazendo um angulo de 60⁰ para cada um dos lados do envidraçado (Figura 16.b)), como se encontra ilustrado na Figura 15 (Ministério da Economia e do Emprego, 2013). Figura 16: Plano de análise do ângulo de horizonte e sua representação (Adaptado de: (Ministério da Economia e do Emprego, 2013) O ângulo que dado traçado faz com o plano horizontal denomina-se de ângulo de horizonte α e é dado pela equação: 𝛼=tan−1(ℎ𝑜𝑏𝑠𝑡−ℎ𝑒𝑛𝑣𝑖𝑑𝑟 ∆x ) (8) Em que: hobstr - corresponde à elevação da obstrução; henvidr - representa a elevação do ponto central do envidraçado; Δx - é a distância horizontal entre o vão envidraçado e o obstáculo (Ministério da Economia e do Emprego, 2013). Os valores do fator de sombreamento do horizonte (Fh), na estação de aquecimento (Inverno) são obtidos associando a orientação do vão envidraçado ao respetivo ângulo do horizonte através do cálculo anterior, cujos valores estão representados na Tabela 11.
47 Tabela 11: Valores do fator de sombreamento do horizonte Fh na estação de aquecimento para Portugal Continental (Adaptado de:(Ministério da Economia e do Emprego, 2013)) Situação de Inverno (estação de aquecimento) Ângulo do horizonte (θ) Horizontal N NE/NW E/W SE/SW S 0⁰ 1 1 1 1 1 1 10⁰ 0.99 1 0.96 0.94 0.96 0.97 20⁰ 0.95 1 0.96 0.84 0.88 0.90 30⁰ 0.82 1 0.85 0.71 0.68 0.67 40⁰ 0.67 1 0.81 0.61 0.52 0.50 45⁰ 0.62 1 0.80 0.58 0.48 0.45 A legislação nacional atual descura a contribuição do horizonte para o cálculo do sombreamento na estação de arrefecimento, como tal prevê que esta tenha o valor de 1 para todas as orientações (Ministério da Economia e do Emprego, 2013). O fator de sombreamento pretende quantificar a passagem do sol que é disponibilizado e não quantificar a sombra (ou falta dela) para determinado local. Segundo Ferreira et al. (2017) uma determinada fachada poderá ter um fator de sombreamento 1 mesmo estando sombreada num determinado período do dia e corresponder a um ponto sem sombreamento, este fenómeno designa-se de self-shadowing point , ou ponto auto-sombreado, em português, como referido anteriormente. Nos estudos que se apresentam de seguida (estudo preliminar e caso de estudo) o objetivo é calcular a radiação solar que chega às fachadas, como já referido anteriormente, sem a necessidade de pormenorizar componentes da fachada, reduzindo o âmbito do estudo e alterando o propósito do mesmo. 2.3.2.3. Equipamentos de medição de radiação solar A radiação solar pode ser avaliada por radiómetros utilizados como equipamento de medição. Dependendo do tipo de radiação medida, estes radiómetros têm nomes diferentes. Os radiómetros são equipamentos utilizados para a medição da radiação solar, sendo classificados de acordo com o tipo de radiação que medem. A radiação solar que chega a um determinado ponto da superfície terrestre pode
48 ser dividida em radiação direta e radiação difusa. A soma destas duas componentes resulta na radiação solar global, cuja medição é realizada por piranómetros, um tipo específico de radiómetro. Um piranómetro é um dispositivo que mede a energia solar radiante total incidente na superfície analisada por unidade de tempo e por unidade de área. O dispositivo também permite medir a energia solar radiante total refletida a partir de uma superfície por unidade de tempo e unidade de área, e estes dados são suficientes para obter a reflectância solar, uma vez que é a razão entre a radiação refletida e a radiação incidente (Harrison et al. , 2015). Para além dos piranómetros, a radiação solar é também medida utilizando instrumentos como os pireliómetros ou os medidores solares (Karaman et al. , 2021). Um pireliómetro deve ser montado com um dispositivo que aponte o instrumento para o Sol ao longo do dia e meça a "radiação solar direta", ou seja, a quantidade de energia solar por unidade de área e por unidade de tempo incidente num plano normal à posição do Sol no céu, referida como "irradiância normal direta" ou DNI (Hukseflux, 2023). Existem diferentes tipos de pireliómetros e, de acordo com Duffie e Beckman (2013),o pireliómetro de disco de prata Abbot e o pireliómetro de compensação Angstrom são instrumentos padrão primários necessários. O pireliómetro de incidência normal de Eppley (NIP) é um instrumento padrão utilizado para medições práticas nos EUA e o actinómetro de Kipp & Zonen é amplamente utilizado na Europa. Ambos os instrumentos são calibrados de acordo com métodos padrão primários. O medidor solar (ou solímetro) é um dispositivo que pode medir a energia solar ou a luz solar em unidades de W/m², quer através de janelas para verificar a sua eficiência, quer durante a instalação de dispositivos de energia solar. Foi concebido para o controlo ambiental da intensidade da luz solar. Os piranómetros são normalizados de acordo com a norma ISO 9060, que estabelece a classificação e especificação de instrumentos para a medição da radiação solar hemisférica e direta. Na versão de 1990, os piranómetros eram classificados em três categorias: "padrão secundário" (a mais elevada), "primeira classe" e "segunda classe". Contudo, a norma foi atualizada em 2018 (ISO 9060:2018), introduzindo novas designações para as classes de piranómetros: Classe A, Classe B e Classe C, correspondendo ao antigo “padrão secundário", "primeira classe" e "segunda classe", respetivamente. Estas classificações refletem a precisão e a qualidade dos instrumentos, sendo a Classe A, a de maior precisão. A atualização
49 da norma visa simplificar a categorização e alinhar-se com as práticas modernas de medição da radiação solar. A norma também distingue dois tipos de piranómetros existentes: o piranómetro de termopilha (vulgarmente conhecido como piranómetro, é um sensor de termopar ligado em série que converte a energia térmica em energia elétrica, ou seja, mede a radiação solar incidente pelo calor que gera) e o piranómetro de silício (também conhecido como "Silicon-Pyranometer", tem um sensor fotoelétrico que mede a radiação solar incidente pela eletricidade que gera). Embora os pireliómetros tenham um design semelhante, diferem nos seus sensores de medição, como se mostra na Figura 17. Figura 17:Comparação do espetro da radiação solar com as respostas espectrais do piranómetro de termopilha e do piranómetro de silício. Fonte: Instituto Solar dos EUA (2023). A sensibilidade à luz, conhecida como "resposta espectral", depende do tipo de piranómetro, a figura 15 mostra as respostas espectrais dos três tipos de piranómetro em relação ao Espectro de Radiação Solar. O Espectro de Radiação Solar representa o espectro da luz solar que atinge a superfície da Terra ao nível do mar, ao meio-dia com massa de ar = 1.5 (A.M.). A latitude e a altitude influenciam esse espectro. O espectro é influenciado também pelo aerossol e pela poluição.
50 Como observado na figura anterior, o piranómetro de silício não é tão uniforme e abrangente na gama espetral. Ao contrário do piranómetro de termopilha, não está abrangido pela norma ISO 9060 e os seus métodos de calibração não estão normalizados, o que dificulta as comparações diretas com os piranómetros de termopilha em termos de precisão. Por conseguinte, o piranómetro de termopilha é altamente recomendado. É de salientar que a Organização Meteorológica Mundial (OMM) também classifica os piranómetros em três categorias: "alta qualidade", "boa qualidade" e "qualidade moderada". A principal diferença entre esta classificação e a ISO é a exigência de aproximadamente o dobro da resposta espetral (Hukseflux, 2023; Solar Energy: Specification and Classification of Instruments for Measuring Hemispherical Solar and Direct Solar Radiation, 1990). De acordo com o livro "Solar and Infrared Radiation Measurements" de Vignola, Michalsky e Stoffel (2019) (Vignola et al. , 2019) um desalinhamento de 0,5° no nivelamento do equipamento para incidência solar com ângulo zenital de 30° corresponde a um erro de 0,1%, e para incidência solar com ângulo zenital de 80°, o erro aumenta para 1,2%. Por conseguinte, é crucial garantir que o piranómetro está devidamente nivelado e montado de forma segura. A gama de medição dos piranómetros deve situar-se entre 0,28 e 2,80 µm, com valores de irradiância de saída entre 0 e 1400 W/m² e um tempo de resposta de um segundo. Recomenda-se a utilização correta do piranómetro, uma vez que, quando virado para cima, mede a energia solar radiante total incidente numa superfície horizontal por unidade de tempo e de área, e quando virado para baixo, mede a energia solar radiante total refletida pela sua superfície por unidade de tempo e de área. Este tipo de piranómetro tem normalmente uma cúpula dupla para minimizar os efeitos da convecção interna resultante da inclinação do piranómetro em diferentes ângulos. Dependendo do tipo de equipamento, os dados do piranómetro poderão ter de ser convertidos da sua saída analógica para digital por um medidor de leitura, com uma precisão de ±0,5% e uma resolução de 1 W/m² (G183 Standard Practice for Field Use of Pyranometers, Pyrheliometers and UV Radiometers, 2023). O equipamento deve ser colocado a uma distância mínima de 50 cm da superfície em análise, sendo que esta distância irá influenciar as dimensões da amostra. As dimensões da amostra (diâmetro ou comprimento do lado) devem ser pelo menos oito vezes essa distância.
51 Assim, se a amostra for circular, deve ter um diâmetro mínimo de 4 m, e se for quadrada, os seus lados devem ter pelo menos 4 m. Isto torna o método adequado para avaliar ruas, telhados, entre outras grandes superfícies (G183 Standard Practice for Field Use of Pyranometers, Pyrheliometers and UV Radiometers, 2023).Por fim, é essencial referir que esta metodologia (ASTM E1918) (2023) só deve ser aplicada em dias claros e ensolarados, sem nuvens ou nevoeiro durante as medições, e as superfícies das amostras devem ser homogéneas e secas (Akbari et al. , 2008; ASTM E1918-21, 2023; Levinson et al. , 2010a, 2010b, 2020).
52 2.4. Enquadramento regulamentar 2.4.1. Enquadramento legal do ruído ambiental em Portugal e na União Europeia A Comissão Europeia criou em 1998, uma rede de peritos de ruído da UE de modo a prestar assistência no desenvolvimento da política europeia de ruído. Em 2002, o Parlamento Europeu e o Conselho adotaram o Ruído de Ambiente Europeu (Diretiva 2002/49/CE). Esta diretiva foi transposta pelo Decreto-Lei no 9/2007, e foi um grande passo para monitorizar o ruído urbano, exigindo aos estados-membros da EU a produção de mapas de ruído estratégicos, para as principais fontes de poluição sonora e aglomerações com mais de 250.000 habitantes (Diretiva 2002/49/CE, 2002). Em Portugal, o ruído está regulamentado através do Regulamento Geral do Ruído (RGR), publicado no Decreto-Lei no 9/2007 e introduz, à semelhança do seu antecessor o Decreto-Lei 292/2000 a consideração da variável do ruído urbano em sede de planeamento. O Decreto-Lei no 9/2007 define as áreas vocacionadas para os usos habitacionais existentes ou previstos e as outras estruturas de uso coletivo específico (escolas, hospitais, espaços de lazer…) que o regulamento classifica como zonas sensíveis e classifica como zonas mistas as áreas que para além das utilizações referidas, contempla também áreas de comércio e de serviços. O regulamento define três períodos de dia (diurno compreendido entre as 7h00 e as 20h00, o período entardecer compreendido entre as 20h00 e 23h00 e o período noturno compreendido entre as 23h00 e as 7h00) e quatro indicadores de ruído ambiente de longo termo que são o Ldia (indicador de ruído diurno), Lentardecer (indicador de fim detarde, período intermédio), o Lnoite (indicador noturno) e o Lden (indicador composto dos três períodos: dia-entardecer-noite)(Decreto-Lei no 9/2007, 2007). Estes indicadores são determinados para o conjunto dos períodos diurnos, intermédios e noturnos de um ano, e em particular o Lden (indicador de ruído ambiente composto), traduz de uma forma mais aproximada o incómodo global associado, ao calcular um nível sonoro contínuo equivalente de 24 horas ponderado distintamente nos períodos de entardecer e noite.
53 Nos termos do Regulamento Geral de Ruído, às zonas sensíveis e mistas estão associados valores máximos admissíveis de ruído ambiente no exterior, nomeadamente que as zonas sensíveis não devem ficar expostas a um Lden (A), superior a 55 dB(A) e a um Ln (A) superior a 45 dB(A); as zonas mistas não devem ficar expostas a um Lden (A) superior a 65 dB(A), e a um Ln superior a 55 dB(A). Os regulamentos nacionais definem na avaliação do ruído ambiente o uso de indicadores médios de ruído que caracterizam o ambiente acústico exterior. Nomeadamente, o nível sonoro contínuo equivalente (Leq), por ser o mais representativo do ruído observado num determinado local e durante um certo intervalo de tempo é o indicador mais adotado e é definido como o nível de pressão sonora constante, no qual a quantidade de energia acústica emitida durante um determinado período de tempo é a mesma do que o ruído flutuante efetivo emitido (L. Silva, 2009). 2.4.1.1. Evolução legislativa acústica em Portugal Em 1984, surgiu em Portugal a primeira regulamentação com o Decreto-Lei n.º 271/84 de 6 de agosto, que estabelecia alguns parâmetros construtivos para edifícios destinados a espetáculos (interiores e ao ar livre) na perspetiva de controlar a poluição sonora. Mas foi só em 1987, que foi aprovado o Regulamento Geral sobre o Ruído com o Decreto-Lei n.º 251/87 de 24 de junho, no entanto foi o Decreto-Lei n.º 292/2000 de 14 de novembro que inclui a variável ruído em sede de planeamento e a aprovação do Regulamento Geral do Ruído. Em Portugal, com a transposição da Diretiva 2001/42/CE, relativa à Avaliação Ambiental Estratégica, coloca-se novos desafios e oportunidades no domínio do Ruído Ambiental, e com a introdução do Regulamento Geral do Ruído iniciou-se a elaboração de Planos Municipais de Redução de Ruído, de acordo com o mesmo regulamento e mais de 200 municípios dispõem já de um Mapa de Ruído Municipal. A Diretiva n.º 2002/49/CE, do Parlamento Europeu e do Conselho, de 25 de junho, relativa á avaliação do ruído ambiente é transposta pela ordem jurídica interna através do Decreto-Lei n.º 146/2006 de 31 de julho. No entanto é o Decreto-Lei n.º 9/2007 de 17 de janeiro, que revoga o regime legal da poluição sonora do Decreto-Lei n.º 292/2000, e aprova o novo RLPS - Regulamento Legal da Poluição Sonora. Atualmente com entrada em vigor do Decreto-Lei n.º 136-A/2019 de 6 de setembro, que transpôs para a legislação nacional a Diretiva (UE) 2015/996, altera o regime de avaliação e gestão do ruído ambiente, como é possível verificar na evolução dos regulamentos acústicos da Figura 18.
60 Os resultados da avaliação são definidos por classes BR1, BR2, BR3 baseadas na classificação da categoria de infraestrutura de transporte terrestre nas proximidades da construção, conforme sintetizado na Tabela 12. Tabela 12: classificação da categoria de infraestrutura de transporte terrestre Fonte:(IZUBA, 2024) Categoria da Infraestrutura Distância entre o vão e a Infraestrutura de transporte Terrestre Categoria 1 0-65 m 65-125 m 125-250 m 25-400 m 400-550 m 550-700 m >700 m Categoria 2 0-30 m 30-65 m 65-125 m 125-250 m 250-370 m 370-500 m >500 m Categoria 3 0-25 m 25-50 m 50-100 m 100-160 m 160-250 m >250 m Categoria 4 0-15 m 15-30 m 30-60 m 60-100 m >100 m Categoria 5 0-10 m 10-20 m 20-30 m >30 m Via de infraestrutura depois do vão Vista direta BR3 BR3 BR3 BR3 BR2 BR2 BR1 Vista Parcial ou vista mascarada por obstáculos pouco protetores BR3 BR3 BR3 BR2 BR2 BR1 BR1 Vista Mascarada muito protegida pelos obstáculos BR3 BR3 BR2 BR2 BR1 BR1 BR1 Vista Traseira BR3 BR2 BR2 BR1 BR1 BR1 BR1 A fim de proteger os ocupantes dos edifícios situados na proximidade de estradas e caminhos-de-ferro de grande tráfego, o decreto de 30 de maio de 1996 (alterado pelo decreto de 23 de julho de 2013) especifica as modalidades de classificação destas infraestruturas de transporte terrestre, determinando as exigências mínimas de isolamento acústico das divisões principais e das cozinhas das habitações situadas nas zonas de perturbação (Légifrance, 1996). As estradas são classificadas por decreto municipal. Os níveis de isolamento exigidos em frente dos edifícios dependem: • da via em questão (categoria de infraestrutura), • da zona de incomodidade de cada lado da via, • da distância do edifício em relação à via • da presença de eventuais obstáculos na zona (outros edifícios existentes ou a construir no mesmo programa, por exemplo). Na proximidade de linhas rodoviárias e ferroviárias de alta velocidade (entre 0 e 10 metros), os valores mínimos de isolamento da fachada exigidos são os apresentados na Tabela 13.
61 Tabela 13: Relação de Categoria de Infraestrura com os niveis de ruído e isolamento acústico mínimo Fonte: (Ministère du Partenariat avec les territoires et de la Décentralisation 2020) Categoria de Infraestrutura Nível de ruído de referência diurno 𝐿𝐴𝑒𝑞* * Leq(A) (Nível Sonoro Contínuo Equivalente): nível sonoro contínuo durante um determinado período, neste caso das 6h às 22h. Isolamento mínimo 𝐷𝑛𝑇,𝐴,𝑡𝑟∗ em dB *D nTA,tr é valor que caracteriza o isolamento de uma sala do exterior ou seja, o isolamento contra ruídos aéreos externos: tráfego rodoviário ou ferroviário, ruído de aeronaves 1 L> 81 dB(A) 45 dB 2 76 < L ≤ 81 dB(A) 42 dB 3 70 < L ≤ 76 dB(A) 38 dB 4 65 < L ≤ 70 dB(A) 35 dB 5 60 < L ≤ 65 dB(A) 30 dB Em termos de integração dos requisitos acústicos (proteção ao ruído) nas exigências do regulamento térmico, como vai ser possível verificar na Figura 20, a evolução da regulamentação térmica em França, incorpora as classes de categoria de infraestrutura (BR). As classes são definidas pela distância e posição relativa à fonte de ruído, neste caso rodoviária, e como isso é traduzido numa necessidade de isolamento acústico (dos vãos envidraçados) para obter a máxima redução possível das necessidades de aquecimento e arrefecimento do edificado.
62 2.5.2 Evolução legislativa térmica em França Figura 20: Evolução regulamentar térmica-acústica em França
63 2.5.2.1 Caracterização da regulamentação térmica francesa A transposição da Diretiva Europeia 2010/31/UE no caso francês foi aprovada pela Lei Grenelle I - Decreto nº 2010-1269 de 26 de outubro de 2010, e o Decreto nº 20121530, de 28 de dezembro de 2012, e entrando em vigor a Réglementation Thermique RT 2012, que define as características térmicas e o desempenho energético dos edifícios novos, descreve três exigências de resultados em termos de eficiência energética (Bbio e Bibliomax), conforto de verão (Tic e Ticref) e consumo de energia primárias (Cep e Cempax), representado na Figura 21. Figura 21: Os três requisitos gerais da RT 2012 Fonte: (Lopes, 2016) Adaptado de planbatimentdurable.fr@ (2013)) O método Th-BCE 2012 define as regras para o cálculo dos três indicadores Bbio, Cep e Tic para a verificação da conformidade do edifício com o RT 2012. O método é baseado numa abordagem orientada para o “objeto”, cujo princípio é descrever cada componente em termos de parâmetros; de entradas e de saídas. Assim sendo: • BBio é o coeficiente adimensional e é expresso em número de pontos e representa a necessidade convencional de energia bioclimática de um edifício para aquecimento, refrigeração e iluminação artificial. O coeficiente Bbio max do edifício ou parte de um edifício é determinado da seguinte forma: Bbio max = Bbio maxmean × (M bgeo + M balt + M bsurf ) (9)
64 Em que: Bbio maxmean : valor médio do Bbio max definido por tipo de edifício ou parte de edifício e por categoria CE1/CE2; M bgeo : coeficiente de modulação de acordo com a localização geográfica; M balt : coeficiente de modulação em função da altitude; M bsurf : para edifícios comerciais e estabelecimentos desportivos, coeficiente de modulação em função da superfície do edifício ou parte do edifício; Os valores de Bbio maxmean e os coeficientes de modulação estão definidos no Anexo VIII. Para edifícios com várias zonas, definidas pela sua utilização, o Bbio max do edifício é calculado proporcionalmente ao S RT de cada zona, a partir do Bbio max das diferentes zonas. • Cep é o coeficiente em kWh/(m².ano) de energia primária, que representa o consumo de energia convencional de um edifício para aquecimento, arrefecimento, produção de água quente sanitária, iluminação artificial de instalações, aquecimento, arrefecimento, água quente sanitária e auxiliares de ventilação, dedução efetuada à eletricidade produzida de forma permanente. O consumo máximo de energia primária convencional do edifício ou parte de edifício, Cepmax, é determinado da seguinte forma: Cep max = 50 × M ctype × (M cgeo + M calt + M csurf + M cGES ) (10) Em que: M : coeficiente de modulação em função do tipo de edifício ou parte de edifício e da sua categoria CE1/CE2; Mcgeo : coeficiente de modulação de acordo com a localização geográfica; M calt : coeficiente de modulação em função da altitude; M csurf : para edifícios comerciais e estabelecimentos desportivos, coeficiente de modulação em função da superfície do edifício ou parte do edifício; M cGES : coeficiente de modulação em função das emissões de gases de efeito estufa provenientes das energias utilizadas.
65 Os valores dos coeficientes de modulação estão definidos no Anexo VIII. Para edifícios com várias zonas, definidas pela sua utilização, o Cepmax do edifício é calculado proporcionalmente ao S RT de cada zona, a partir do Cepmax das diferentes zonas. • Tic é calculado usando dados climáticos convencionais para cada zona climática. O cálculo é preciso desde que todos os parâmetros de entrada tenham sido levados em consideração: os elementos que definem o edifício (dimensões exatas, superfícies, orientação, janela, materiais, etc.), os equipamentos (sistema de aquecimento, iluminação, ventilação, etc.). e outros parâmetros ditos de “integração” (dados meteorológicos, altitude, cenários de ocupação presumida, etc.). As características a ter em conta para o cálculo do Ticréf é a temperatura interior convencional de referência atingida no verão, é o valor horário máximo durante o período de ocupação da temperatura operacional, calculado para o edifício de referência. Para o setor residencial o período de ocupação considerado é o dia inteiro. É calculado adotando dados climáticos convencionais para cada zona climática. • O Ticréf é calculado, para o edifício de referência, de acordo com o método de cálculo Th-BCE 2012 aprovado por despacho do Ministro responsável pela construção e habitação e do Ministro responsável pela energia. As características do edifício de referência são as utilizadas para calcular o Bbio do projeto de edifício e ainda segundo o Anexo X do Despacho de 28 de dezembro de 2012 relativo às características térmicas e requisitos de desempenho energético de edifícios novos e partes novas de edifícios não abrangidos pelo artigo 2.º do decreto de 26 de outubro de 2010 relativo às características térmicas e desempenho energético das construções, define que: o fator solar de referência para paredes opacas e ligações periféricas é 0,02; o fator de transmissão de luz de referência é considerado igual ao fator solar de referência; o fator solar de referência dos vãos é definido na tabela abaixo, em função da sua exposição ao ruído, da sua orientação e da sua inclinação, bem como da zona climática e da altitude e os seus valores variam entre 0,00-0,65 (Annexe II - Arrêté du 28 décembre 2012 relatif aux caractéristiques thermiques et aux exigences de performance énergétique des bâtiments nouveaux et des parties nouvelles de bâtiments non visés à l’article 2 du décret du 26 octobre 2010, 2012).
66 A RT 2012 (artigo 7 º do decreto-lei de 26 de outubro de 2010) considera um edifício em conformidade se corresponder às exigências de resultados (artigo 5 º definição do BBio), (artigo 4 definição do Cep), (artigo 6 º definição do Tic) definidas no Decreto nº 2010-1269 de 26 de outubro de 2010 (Décret n° 2010-1269 - Légifrance, 2010). 2.5.2.2 Consequências da implementação da regulamentação europeia A transposição para a legislação francesa da Diretiva Europeia 2010/31/UE de acordo com a Lei Grenelle 1, a regulamentação térmica RT 2012, teve como objetivo reduzir o consumo energético do edifício. A regulamentação térmica “Grenelle do Ambiente 2012” estabelece um consumo de energia primária limitado a 50 kW/m². ano e uma redução das emissões de dióxido de carbono. Por outro lado, foi necessário implementar uma regulamentação mais acessível e simples de implementar e independente. A regulamentação térmica “Grenelle do Ambiente 2012”, implicou uma evolução do processo construtivo, introduzindo preocupações bioclimáticas e energeticamente sustentáveis (Leblond, 2015).
67 3. METODOLOGIA 3.1. Fundamentação epistemológica da metodologia Diferentes filosofias e ou metodologias podem ser adotadas, independentemente do processo de pesquisa, o resultado depende do entendimento do investigador sobre o conhecimento que pretende alcançar. O processo de investigação por meio de etapas leva a uma compreensão mais profunda do conhecimento de campo em estudo, pois permite contribuir para esse mesmo conhecimento. No trabalho proposto pretende-se abordar uma perspetiva, onde o conhecimento investigado já é validado e aceite pela comunidade científica das áreas de estudo em questão. Considerando a filosofia epistemológica e com o propósito de recolher dados objetivos, o positivismo é a abordagem a ser levada em consideração. O investigador está focado em recolher dados objetivos, uma vez que apenas fenómenos observáveis podem gerar dados confiáveis, sendo a filosofia do positivismo a adotada nesse sentido (Saunders et al. , 2009). O trabalho a ser desenvolvido será baseado na literatura existente e na área científica das áreas de investigação. Nesse sentido, a abordagem dedutiva é a mais adequada, pois o trabalho irá no sentido de validar ou refutar um conjunto de hipóteses deduzidas da revisão da literatura. O método de investigação quantitativo apresenta-se o mais apropriado para este tipo de investigação, na medida em que as simulações e as medições das radiações e incidências que chegam á fachada são mensuráveis e podem ser apresentadas numa escala de valores. A investigação assume também um caracter exploratório, pois tem como objetivo a identificação de formas urbanas ótimas. Estudar, parametrizar e relacionar as condições de exposição ao ruído bem como as medições da radiação solar que chega à fachada, de um dado conjunto de formas urbanas é uma realidade pouco estudada. Por ser uma relação pouco conhecida, torna-a experimental.
68 3.2. Processo metodológico A sustentabilidade da forma urbana foi avaliada na ótica de otimização entre ganhos solares e redução da incomodidade causada pelo ruído, identificando os parâmetros que mais influenciam essa relação. Ao estabelecer as questões de investigação e os objetivos do estudo procurou-se compreender como a envolvente da forma urbana pode gerar sombreamento solar e acústico. O propósito da revisão da literatura foi explorar a relação entre a forma urbana, o ruído urbano e a radiação solar, com o objetivo de estudar o sombreamento acústico e solar. Como principais conclusões, destaca-se a relevância da forma urbana para a sustentabilidade das cidades, considerando o seu impacto ambiental, económico e social. Foram analisadas as políticas de sustentabilidade na União Europeia e em Portugal, que privilegiam a redução das emissões de GEE, o aumento da produção e utilização de energia renovável e a melhoria da eficiência energética nas áreas urbanas. A revisão da literatura também permitiu analisar quais os parâmetros que mais influenciam a relação do ruído urbano com a forma urbana, nomeadamente, a geometria dos edifícios, a largura dos "canyons urbanos", a densidade de construção e as propriedades acústicas das fachadas. Concluindo que, a forma e a disposição dos edifícios influenciam o sombreamento acústico. No que diz respeito à radiação solar, a forma urbana tem um papel determinante na captação solar passiva, sendo essenciais fatores como a orientação dos edifícios, a densidade urbana e a configuração dos "canyons urbanos" para a otimização do sombreamento e dos ganhos térmicos. A necessidade de efetuar um estudo preliminar teve como objetivo analisar a influência da forma urbana na radiação solar incidente nas fachadas e na exposição ao ruído, utilizando como base, o estudo de exposição ao ruído de Oliveira (2011) e o estudo de ganhos solares de Coutinho (2018), ambos tendo por base o modelo teórico de vizinhança próxima de Pedro (1999). De forma a serem comparáveis os dois parâmetros em estudo, foi utilizada uma retícula de referência com formas padronizadas e altura fixa, permitindo o cálculo de indicadores de forma que possibilitam relacionar os níveis de ruído e a radiação solar.
69 Foram analisadas dez formas urbanas, adaptadas do modelo de vizinhança próxima de Pedro, que ilustram diferentes tipos de implantação, sendo a maioria representações de implantação fechada, já que essas otimizam o sombreamento acústico. Os cálculos dos indicadores de forma urbana permitiram relacionar a forma urbana com os níveis de exposição solar das fachadas e com os níveis de ruído incidente. No estudo de Oliveira (2011), foi utilizado o software CadnaA, que se baseia no método de previsão de ruído NMPB 96. A análise foi feita utilizando uma grelha quadrangular ao longo das fachadas, com células de 1,5m x 1,5m e afastamento de 0,5m. Já no estudo de Coutinho (2018), foi empregue o software Revit Solar Analysis para avaliar os ganhos solares nas fachadas em dois períodos distintos: inverno e verão. O estudo preliminar pretende ser uma ferramenta útil para compreender como a forma urbana pode influenciar tanto os ganhos solares quanto a exposição ao ruído na envolvente vertical dos edifícios. A análise permitiu identificar quais as formas urbanas que oferecem melhor desempenho energético e acústico, evidenciando a importância dos índices urbanísticos como instrumentos de apoio ao planeamento e regulamentação de novas construções. As configurações urbanas foram selecionadas por representarem cenários diferentes, mas sobretudo para salientar opostos em termos de desempenho solar e acústico. Configurações com volumetria simples, linear e compacta, proporcionam alta incidência solar nas fachadas, porém apresentam maior exposição ao ruído por não dispor de reentrâncias que criem zonas de sombreamento acústico. Configurações com maior complexidade volumétrica, oferecem proteção ao ruído, mas reduzem os ganhos solares. Para abordar essas “incompatibilidades”, tornou-se essencial investigar as áreas de conflito a partir dos parâmetros que definem a exposição solar e sonora. Assim, o estudo de caso escolhido contempla um quarteirão com um pátio interior, representando a forma mais favorável em termos acústicos, e o edificado envolvente, mais compacto e linear, que ilustra o melhor cenário de ganhos solares. A validação dos modelos seguiu um procedimento integrado que combinou a recolha de dados in situ com a modelação numérica, permitindo calibrar e verificar a robustez dos algoritmos empregues. Para o ruído, foram recolhidos níveis sonoros nos pontos de validação – posicionados a 1,5 m acima do solo – juntamente com contagens manuais de tráfego nas vias circundantes, considerando a contribuição do tráfego rodoviário, topografia e fenómenos físicos na propagação das ondas sonoras. Estes dados foram inseridos no modelo
76 Figura 25: Ilustração da Forma 2 e Dimensões da Forma 2 Figura 26:Ilustração da Forma 3 e Dimensões da Forma 3 Figura 27: Ilustração da Forma 4 e Dimensões da Forma 4 Figura 28: Ilustração da Forma 5 e Dimensões da Forma 5 Figura 29: Ilustração da Forma 6 e Dimensões da Forma 6
77 Figura 30: Ilustração da Forma 7 e Dimensões da Forma 7 Figura 31: Ilustração da Forma 8 e Dimensões da Forma 8 Figura 32: Ilustração da Forma 9 e Dimensões da Forma 9 Figura 33: Ilustração da Forma 10 e Dimensões da Forma 10 Todas as formas selecionadas e acima descritas, foram baseadas no modelo de vizinhança próxima de João Branco Pedro (Pedro, 1999) e nos respetivos parâmetros aplicáveis, na conceção de cada um dos espaços que compõem a vizinhança próxima e respeitando a reticula proposta da Área de Referência (Área = 24 707,52 m²).
78 4.2 Cálculo dos indicadores de forma Calcular a forma urbana por intermédio de indicadores permite sistematizar e classificar as análises do domínio da forma urbana, apesar de apresentar algumas debilidades, por não conseguirem traduzir por si todos os aspetos da forma urbana de modo abrangente. Existem muitos trabalhos desenvolvidos com recurso a indicadores de forma Torrens & Marina (2002), Wassmer (2000), Galster et al. (2001), Ewing et al. (2015), Tsai (2005) e Longley & Mesev ((2000) distinguiram variedades de análise como a densidade, a compacidade, a dispersão, a expansão entre outros indicadores que permitem relacionar e analisar forma urbana. Os indicadores que se selecionaram, o índice de compacidade, o índice de porosidade e o índice de complexidade de perímetro pretendem relacionar com seu cariz dimensional, a extrapolação das especificidades das tipologias das 10 formas urbanas selecionadas, numa métrica quantitativa dado pelos três indicadores apresentados. Índice de Compacidade (CI) – Este índice mede não só a forma do patch individual, mas também o problema da fragmentação da paisagem urbana total. Segundo Li &Yeh (2004) e Huang et al. (2007) quanto mais regular a forma do patch maior será o valor de CI e quanto maior for o número de patch menor será o valor de CI, como é possível ilustrar na Figura 34. Figura 34: Ilustração Índice de “Compacidade” O índice de “compacidade” (CI) é calculado através da seguinte equação: 𝐶𝐼=∑𝑃𝑖 𝑝𝑖 𝑛=∑2𝜋√𝑠𝑖 𝜋 𝑃𝑖 𝑛 (9)
79 Em que: si : área do patch, [m²] pi : perímetro da mancha urbana, [m] Pi : perímetro do círculo com área si, [m] N : número total de manchas urbanas Índice de Porosidade (ROS) - A "porosidade" ou a permeabilidade mede a proporção de espaço aberto, em comparação com o espaço total da área urbana. O espaço aberto ou não urbanizável é tanto elementar para os residentes bem como para a sustentabilidade das cidades. Segundo Huang et al. (2007) o indicador mede a porosidade da área total destes "vazios" em relação ao total do cálculo da área urbanizada e exemplificado na Figura 35. O Índice de Porosidade varia entre valores compreendidos entre 0 e 100% e aumenta com o aumento de espaços vazios. Figura 35: Ilustração do Índice de Porosidade Este indicador de porosidade é também designado de "Rácio de espaço aberto" (ROS) e é calculado segundo a fórmula seguinte: 𝑅𝑂𝑆=𝑠´ 𝑠× 100% (10) s´: somatório da área de todos os “vazios” dentro da área urbana extraída, [m²]; s : somatório da área de todos os patchs e de todos os vazios (área total urbana), [m²].
80 Índice de complexidade de perímetro (fractal) Esta métrica traduz o grau de complexidade do limite das formas urbanas (Figura 15). Segundo Bennien & O’Neill (1994) e Sanches (1997) a complexidade do perímetro de um patch pode ser definida pela sua dimensão fractal. Este índice, dado pela equação (11), descreve a complexidade do perímetro das manchas urbanas através da relação entre o perímetro e a área, sendo a dimensão fractal média dessas manchas urbanas ponderada pela área. Figura 36: Ilustração do Índice de Complexidade de Perímetro (fractal) O valor da dimensão fractal varia entre 1 e 2 e os valores mais baixos são adquiridos quanto mais simples a mancha da forma for e a dimensão fractal de um círculo é igual a 1. Por outro lado, se a mancha urbana ou perímetro for mais complexo e irregular a dimensão fractal é maior que 1 (Figura 36). 𝑓𝑟𝑎𝑐𝑡𝑎𝑙=∑((2𝑙𝑛(𝑝𝑖 2√𝜋) 𝑙𝑛 𝑠𝑖 )(𝑠𝑖 ∑𝑠𝑖 𝑛 𝑖=1 )) 𝑛 𝑖=1 (11) Sendo: pi= perímetro da mancha i, [m] ai= área da mancha i, [m²]; n= número de manchas urbanizadas que compõem a zona urbana, [-]. Calculou-se o Índice de Compacidade (CI), o Índice de Porosidade (ROS) e a Complexidade do Perímetro (fractal) para todas as 10 Formas urbanas propostas e os três indicadores permitiram caracterizar, quantificar e classificar as formas urbanas, do modelo teórico de vizinhança próxima de Pedro (1999) e os seus resultados estão apresentados na Tabela 11.
81 Tabela 14: Valores dos Indicadores de Forma Forma Tipo CI ROS Fractal [-] [%] [-] 1 0,38 74,37 1,25 2 0,49 74,36 1,20 3 0,48 80,38 1,21 4 0,35 76,31 1,28 5 0,62 78,00 1,15 6 0,68 82,53 1,16 7 0,72 80,55 1,14 8 0,61 78,01 1,15 9 0,57 80,28 1,17 10 0,82 80,56 1,07 Atendendo à totalidade das formas, é possível constatar na Tabela 14, que no Índice de Compacidade, a Forma 4 é a que apresenta o valor menor e a Forma 10 apresenta o valor mais alto por esta ser a forma mais compacta, quando comparada com as restantes formas. Na tabela 14 apresentada verifica-se que a Forma 6 é a que apresenta um Índice de Porosidade maior por conter uma proporção de espaços vazios maior em relação às restantes formas, enquanto a Forma 2 é a que apresenta menos espaços vazios consequentemente apresenta um valor menor de ROS. Os valores apresentados das 10 formas urbanas no índice da Complexidade de Perímetro (fractal), são relativamente baixos, o que traduz que todas as 10 formas têm um perímetro predominantemente simples e regular sobretudo a Forma 10 que apresenta o valor mais baixo. No entanto, a Forma 4 é a que apresenta um valor maior, tal indicando um perímetro mais complexo e irregular. O cálculo dos três índices de forma permitiu comparar e relacionar as 10 formas urbanas e retirar algumas conclusões. Como verificar que a Forma 1 apresenta valores baixos para o Índice de Compacidade e para o Índice de Porosidade, atingindo um dos valores mais altos para o indicador da Complexidade do Perímetro. No lado oposto está a Forma 10, que apresenta valores elevados para o Índice de Compacidade e para o Índice de Porosidade, obtendo o valor mais baixo para o indicador de Complexidade do Perímetro.
82 4.2.1 1º Estudo: o cálculo da propagação do ruído urbano das 10 formas urbanas O ruído ambiente proveniente do meio urbano, qualquer que seja o local, apresenta variações e quando se pretende caracterizar o ruído produzido pelo tráfego rodoviário, dado o seu ruído ser flutuante, será necessário recorrer ao cálculo duma média, bem como a indicadores que possam revelar os picos máximos e mínimos, ocorridos durante o período de tempo de medição, como se pretende fazer nas tipologias apresentadas. Para a avaliação dos níveis de ruído nas fachadas, e tendo o método de previsão de ruído Novo Método de Previsão do Ruído do Tráfego (NMPB 96) como base, e sendo este o método (comum de avaliação do ruído) recomendado pela Diretiva 2002/49/CE do Parlamento Europeu e do Conselho, de 25 de junho de 2002, relativa à avaliação e gestão do ruído ambiente pela Diretiva 2002/49/EC do Parlamento Europeu e do Conselho, de 25 de junho, relativa à avaliação e gestão do ruído ambiente (Diretiva 2002/49/CE, 2002). Para a avaliação do ruído nas fachadas calculou-se a propagação da potência acústica que chega a determinada fachada (recetor) tendo em consideração alguns fatores, nomeadamente a atenuação (devida à divergência geométrica; devida à absorção pelo ar; devida à difração; os efeitos devidos ao solo e a absorção das superfícies verticais) (L. Silva, 2009). Recorreu-se a um modelo de previsão de ruído (NMPB 96) que permitisse incluir diferentes componentes que interferem no cálculo do ruído, desde a emissão até a receção, nomeadamente a configuração do terreno, a configuração das fontes de ruído, a criação de obstáculos como sejam os edifícios que influenciam a emissão do som e a sua propagação. Para uma avaliação dos níveis de ruído que chegam a determinada fachada são normalmente usados indicadores de ruído, que caracterizam o ambiente acústico exterior. Para o estudo de caso foi utilizado o nível sonoro contínuo equivalente, ponderado com o filtro A – LeqA, que analisa os vários tipos de ruído durante o mesmo intervalo de tempo de exposição e representa um nível sonoro constante, equivalente aos diferentes tipos de ruído.
83 Ao longo das fachadas das 10 formas urbanas desenvolveu-se uma grelha quadrangular de cálculo com a dimensão de 1,5 m x 1,5 m e um afastamento à fachada de 0,5 m. As formas urbanas têm todas 4 pisos, com um pé direito de 3m, rés-do-chão inclusive, perfazendo um total de 12m de altura e ilustra-se na Figura 37 a grelha quadrangular de cálculo, usada em todas as 10 formas urbanas. Figura 37: Ilustração da grelha quadrangular de cálculo da Forma 1 De forma a determinar o cálculo e a simulação do ruído nas fachadas e posteriormente obter as médias aritméticas dos níveis de ruído nas dez formas urbanas, considerou-se as seguintes condições de via e de tráfego automóvel: As vias consideradas, em cada um dos cenários desenvolvidos, segundo o estudo de (M. Oliveira, 2011)foram selecionadas por serem representativas de quarteirões habitacionais e possuem as seguintes características: • Pavimento: Asfáltico; • Inclinação: 0%; • Fluxo do tráfego rodoviário: Fluído; • Fluxo de tráfego horário: 300 total de veículos/h, 5% pesados; • Velocidade de circulação: 50 km/h para os veículos ligeiros e de 40 km/h para os veículos pesados De modo a ser comparável o nível de ruído nas fachadas dos edifícios, foi apresentado também para cada uma das formas urbanas os nós de cálculo da grelha e estes resumem-se na Tabela 15 que se segue.
84 Tabela 15: Níveis de ruído nas fachadas dos edifícios Formas Urbanas Leq (A) Lmax Lmin Nº de nós de cálculo Forma 1 50,67 64,33 35,90 6216 Forma 2 50,27 64,80 35,58 6909 Forma 3 52,90 64,22 38,02 5439 Forma 4 52,70 68,83 35,93 6489 Forma 5 54,79 63,77 44,17 6272 Forma 6 54,72 63,08 41,08 5474 Forma 7 55,94 64,85 44,35 5866 Forma 8 51,70 63,15 35,80 6273 Forma 9 57,14 64,07 48,90 5411 Forma 10 56,68 64,04 44,99 5250 Numa análise superficial dos níveis de ruído nas dez formas urbanas podemos constatar que a forma urbana 9 é a que detêm um nível de ruído mais elevado. Por sua vez, as formas urbanas 1e 2 são as que detêm um valor inferior. 4.2.2 2º Estudo: o cálculo da radiação solar incidente nas 10 formas urbanas De modo análogo, e utilizando os mesmos modelos e indicadores de forma urbana já testados e que serviram de base ao estudo de Oliveira (2011), Coutinho (2018) estudou a relação entre as formas urbanas e seus indicadores, e analisando a radiação solar que chega aos edifícios. Ambos os estudos visam analisar diferentes cenários de layout da tipologia urbana numa lógica de otimização e de apoio à decisão em fase preliminar de projeto. Para o estudo da radiação solar incidente nas formas urbanas, Coutinho (2018) utilizou o software Análise Solar para Revit (SAR) que calcula a quantidade de radiação solar (radiação direta (Ib), radiação difusa (Id), radiação refletida do solo (Ir)) que chega a uma dada superfície (fachada e cobertura) durante um determinado período de tempo. O cálculo utilizado pelo software inclui o sombreamento dos objetos circundantes (Fsombreamento), a porção do céu "visível" da superfície terrestre (Fcéu) e o ângulo de incidência entre o sol e a face a ser analisada (θ) (ver Equação (4)).
85 O estudo apresentado e elaborado por Coutinho (2018) considerou que nas condições nominais não se definiam materiais tanto para os edifícios como para os elementos exteriores circundantes. Nesse sentido, a equação básica não leva em conta a radiação refletida, por não existir informação espectral sobre a simulação das superfícies exteriores. Desse modo, a equação considera apenas a radiação difusa (que depende apenas da porção de céu visível da superfície terrestre) e a radiação incidente direta (que apenas depende do sombreamento dos outros edifícios e do ângulo de incidência entre o sol e a face do edifício que está em estudo). Período temporal considerado Os valores médios considerados são as médias dos valores máximos e mínimos diários observados da temperatura. O software CLIMAS-SCE, disponibilizado pelo LNEG (Laboratório Nacional de Energia e Geologia) e que foi desenvolvido especificamente para o Sistema Nacional de Certificação de Edifícios para obter as estatísticas climatológicas e o Ano Meteorológico de Referência do local desejado para executar simulações dinâmicas de sistemas e edifícios. Os dados exportados pelo software são corrigidos com a altitude do lugar. Na estação de arrefecimento (Verão) foi adotado o período temporal previsto no Regulamento dos Edifícios de Habitação (REH), que corresponde ao compreendido entre os meses de junho a setembro. Os parâmetros climáticos pertinentes para caracterizar a estação de arrefecimento são as seguintes: o Lv-Duração da estação = 4 meses = 2928 horas; o θext,v-Temperatura exterior média [°C]; o Isol-Energia solar acumulada durante a estação, recebida na horizontal (inclinação 0°) e em superfícies verticais (inclinação λ0°), para os quatro pontos cardeais e os quatro colaterais [kWh/m²]. Quanto ao período de aquecimento, foi igualmente tido em consideração o estipulado no REH: “A estação de aquecimento tem início no primeiro decêndio posterior a 1 de outubro em que a temperatura média diária é inferior a 15°C e tem termo no último decêndio anterior a 31 de maio em que a referida temperatura ainda é inferior a 15°C”.
92 Tabela 18: Índice de Complexo de Perímetro e radiação solar por forma selecionada no período de aquecimento e níveis de ruído exposto Forma tipo Índice de Complexidade de Perímetro (Fractal) Níveis de Ruído (Média Aritmética db(A) 300 veic/h) Betuminoso normal Radiação solar (por forma selecionada no período de aquecimento (Kw.h) Total fachadas) 10 1,07 56,68 275,97 5 1,15 54,79 265,93 8 1,15 51,70 266,42 6 1,16 54,72 270,09 2 1,20 50,27 258,37 1 1,25 50,67 262,94 Figura 44: Gráfico Relacional do Complexidade de Perímetro com os Níveis de Ruído e com a Radiação solar no período de aquecimento para as formas selecionada O Índice de Complexidade do Perímetro ou Fractal, como referido, mede a regularidade e a complexidade das formas, onde a Forma 4 é a que apresenta o maior valor e a Forma 10 o menor valor. À medida que o nível de ruído aumenta o valor de fractal diminui, isto é quanto mais complexas forem as formas mais espaços sombra são criados, logo a permeabilidade e a exposição ao ruído é menor.
93 4.2.4 Análise da correlação dos 3 indicadores de forma com a exposição ao ruído e à radiação solar Os resultados observados vão de encontro ao expectável e as três análises de correlação permitiram concluir que a radiação solar bem como a exposição ao ruído são influenciados pelo formato e volumetria da forma e da envolvente do edificado. Nomeadamente pela sua compacidade, pela área dos espaços abertos, ou pela simplicidade da forma da sua mancha urbana. A radiação solar, para além dos fatores já referenciados é influenciada pelo sombreamento e os indicadores de forma retratam o impacto dessa variabilidade, isto é, um aumento ou redução das áreas de sombreamento alteram os ganhos solares que chegam à fachada e que as formas urbanas analisadas no estudo preliminar retratam essa variabilidade. Em particular, na estação de aquecimento (inverno), o efeito do sombreamento é muito significativo num determinado cenário dado pela baixa altura do sol da estação do ano.Nesse sentido, foi expetável que as formas urbanas com um formato e volumetria mais linear sejam mais propícias a uma transmissão/captação de radiação solar sem obstáculos (de baixo sombreamento na envolvente, particularmente a vertical, dos edifícios), permitindo uma amplitude de exposição de fachada favorável a um aumento de exposição à radiação solar. As formas urbanas com formatos e volumetria mais complexas, com concavidades e reentrâncias ou pátios interiores geram entre si efeitos de sombreamento nas fachadas confrontantes, proporcionando normalmente uma redução da exposição à radiação solar como já referido. Nesta avaliação preliminar, a Forma 10 é a que apresenta valores de radiação incidente mais elevados por ser uma forma urbana simples, consequentemente apresenta valores de Compacidade e Porosidade igualmente elevados e um valor baixo de Fractal. As Formas 1 e 2 por serem menos compactas e porosas apresentam baixos valores de radiação incidente, e valores de fractal elevado por serem formas complexas têm um comportamento de tendência inversa ao da Forma 10. No entanto, em termos de exposição ao ruído, é benéfico que as formas urbanas terem formatos e volumetrias complexas e de preferência com pátios interiores, como a Forma 1, de forma a criarem zonas de sombreamento acústico, isto é, zonas de redução de exposição ao ruído.
94 Na mesma linha de pensamento, o sombreamento acústico que as formas urbanas promovem, influenciam os níveis de exposição de ruído que chega às fachadas. Deste modo, será previsível atestar que as Formas 1 e 2 são as que detêm um menor valor de exposição ao ruído e a Forma 10 a que está mais exposta ao ruído, por não deter áreas de sombreamento acústico.
95 4.3 Conclusões a partir da análise preliminar 4.3.1 Os pressupostos e condicionantes do estudo preliminar A presente abordagem preliminar teve como objetivo estudar a influência da forma urbana quer nos ganhos por radiação solar na envolvente vertical do edificado, quer na exposição de ruído que chega às fachadas das formas urbanas selecionadas. As formas urbanas estudadas foram selecionadas do modelo de vizinhança próxima de Pedro (1999) e a seleção e a estruturação aplicados por Oliveira (2011) no estudo da exposição ao ruído e por Coutinho (2018) no seu estudo sobre ganhos por radiação solar. As formas selecionadas e já apresentadas, para o estudo preliminar respeitam uma reticula proposta de área de referência (24.707,52m²), em que cada forma urbana é preenchida pela repetição da sua forma padrão. Foi atribuído a cada forma uma designação nominal numérica e apresentados os dados referentes à geometria de cada uma, numa tabela, de modo a ser comparável e de fácil leitura. De forma a sistematizar a analise das formas urbanas selecionadas do modelo de Pedro (1999), Oliveira (2011) e Coutinho (2018) adotaram uma altura constante de 4 pisos, com um pé direito de 3m, rés-dochão inclusive, perfazendo um total de 12m de altura. Estas premissas foram adotadas em ambos estudos possibilitando no primeiro o estabelecimento de relações entre os níveis de exposição ao ruído e os indicadores de forma urbana ensaiados e no segundo o estabelecimento de relações entre a energia solar incidente nas fachadas e os mesmos indicadores de forma das formas ensaiadas. Coutinho (2018) excluiu quatro formas do estudo não considerando as irregularidades e as assimetrias observáveis no universo total das formas estudadas, garantindo assim alguma uniformidade de exposição solar (nomeadamente por orientação), padrões de simetria ou de repetição perfeitos e uma homogeneidade percetível de padrões. A metodologia desenvolvida por Coutinho (2018), teve o intuito de demonstrar como a forma urbana influencia as necessidades energéticas de um edifício. Como os ganhos solares na sua envolvente vertical, dependendo do tipo de forma urbana empregue, podem proporcionar uma redução do seu consumo energético.
96 Esta abordagem preliminar, avaliou-se, através do cálculo dos indicadores de forma urbana, a correlação da forma urbana com os níveis de exposição solar das fachadas e com os níveis de ruído que chegam à fachada. No primeiro estudo, Oliveira (2008) recorreu ao software CadnaA – Computer Aided Noise Abatement, para calcular os níveis de ruído nas fachadas, que utiliza o método de previsão de ruído NMPB 96. Recorrendo a este software desenvolveu o cálculo segundo uma grelha quadrangular, ao longo de todas as fachadas com uma dimensão de 1,5 m x 1,5 m e um afastamento à fachada de 0,5 m. No segundo estudo, Coutinho (2017) recorreu ao software de modelação Revit Solar Analysis, cujo cálculo foram considerados dois períodos, o de aquecimento (inverno) e o de arrefecimento (verão). Foi concluído neste estudo, que para a estação de verão não foi possível estabelecer uma correlação aceitável, ao contrário do verificado em estação de aquecimento. Assim, restringiu a análise à estação de inverno. 4.3.2 Algumas conclusões do estudo preliminar e premissas para o estudo de caso Nesta abordagem preliminar, a combinação dos dois estudos, a partir do mesmo modelo de formas urbanas permitiu a relação dos resultados obtidos em cada um dos estudos, com os indicadores de forma, estabelecer algumas conclusões. Nomeadamente, que a forma urbana 10 é a que proporciona um maior ganho energético no período de inverno e que as formas 1 e 2 são as que proporcionam um menor ganho energético no mesmo período. Como já referido este facto explica-se pela relação direta entre a compacidade e a quantidade de espaços abertos da forma urbana. Quanto maior a compacidade, maior a entrada da radiação solar. Por sua vez, a menor complexidade das formas leva a uma menor formação de sombras solares, conduzindo a um maior ganho energético. A Forma 10, com o valor de índice fractal mais baixo, corrobora esta dedução. Pelo contrário, as Formas 1 e 2, com os Índices de Compacidade e Porosidade mais baixos e complexidade do perímetro mais elevada, são as que possuem ganhos solares mais reduzidos. É possível concluir que há um aumento dos ganhos energéticos por radiação solar à medida que o Índice de Porosidade e de Compacidade aumenta. Inversamente à medida que o Índice Fractal aumenta há uma redução dos ganhos energéticos por radiação solar.
97 Por outro lado, em termos de redução de exposição ao ruído o processo é inverso ao da incidência por radiação solar; isto é, à medida que os Índices de Compacidade e Porosidade aumentam há também um aumento da exposição ao ruído, que neste caso não é benéfico. Neste sentido, pretende-se que os níveis de exposição ao ruído sejam reduzidos e não elevados. Por sua vez o Índice Fractal é o que representa a tendência pretendida, isto é, à medida que a complexidade de forma urbana aumenta os níveis de exposição ao ruído reduzem. O estudo preliminar desenvolvido revelou-se útil e adequado, permitindo demonstrar a relação combinada da influência da forma urbana nos ganhos solares na envolvente vertical dos edifícios, ou como se comporta perante a exposição ao ruído. Esta abordagem preliminar teve como objetivo averiguar quais as formas urbanas que se comportam melhor e pior face à exposição ao ruído e face à incidência da radiação solar, permitindo comparar e relacionar as formas urbanas com a radiação solar e o ruído urbano. As considerações apresentadas evidenciam a potencialidade destes índices como ferramenta de apoio ao planeamento no domínio da exposição solar e exposição ao ruído no estudo e na regulamentação de novas construções. 4.3.3 Limitações O presente estudo apresenta algumas limitações não menosprezáveis, a abrangência é um ponto limitativo, na medida em que, não tendo a pretensão de ser um manual de soluções tipo, não é possível contemplar todas as tipologias e respetivas variantes e conflitos. Por se considerar que não existem tipologias universais e transponíveis também não existem soluções ideais aplicáveis a qualquer caso específico, mas pode-se incentivar no modo como estas correlações podem ser introduzidas, desde logo na fase de conceção. No decorrer desta abordagem preliminar e no estudo dos trabalhos de Oliveira (2011) e Coutinho (2017), verificaram-se algumas limitações diretamente associadas aos indicadores de forma urbana para além da própria abrangência dos modelos de formas selecionados.
98 Os indicadores (CI, ROS e Fractal) que foram utilizados nos dois estudos são normalmente aplicados em áreas urbanas extensas e não para quarteirões ou para as formas do modelo de vizinhança próxima adotado. Nas formas urbanas usadas contornou-se esse facto usando a mesma altura nas diferentes formas urbanas. No plano de trabalho proposto a seguir pretende-se dar resposta a algumas dessas limitações, pormenorizando o estudo e a seleção de uma a três formas urbanas de modo a alcançar um nível de detalhe do estudo pretendido. A Forma 10 e a Forma 1 são as candidatas a serem escolhidas nesta fase por serem representativas das situações ideais e não ideais para cada um dos estudos e sendo eles inversamente relacionados, isto é, a Forma 10 é a forma urbana que melhor apresenta a situação ideal para obter maior incidência de radiação solar nas fachadas, por apresentar uma volumetria simples, linear e compacta. As mesmas características da Forma 10 que potenciam a incidência solar, são as mesmas que promovem a situação mais desfavorável perante a exposição ao ruído, por não apresentarem reentrâncias ou complexidade volúmica que geram zonas de proteção ao ruído (áreas de sombreamento acústico) que por sua vez diminuem os níveis de exposição. De forma a dar resposta a estas “incompatibilidades” torna-se pertinente estudar essas zonas de conflito, a partir dos parâmetros e requisitos que são levados em consideração no cálculo dos níveis de exposição solar e sonora. Considerando as conclusões apresentadas pelo estudo preliminar, foi possível escolher o estudo de caso proposto neste âmbito. Nomeadamente um quarteirão que contemple uma forma urbana com um pátio interior, similar à Forma urbana 1 e 2 e um edificado na mesma envolvente que represente a Forma urbana 10, que melhor representem a situação de compromisso entre as necessidades solares e as sonoras.
99 5. ESTUDO DE CASO 5.1 Enquadramento do caso de estudo A escolha do estudo de caso nomeadamente um quarteirão, teve como principal requisito ter um edificado com um pátio interior, o mais fechado possível e uma outra edificação com pátio semifechado representativo das formas urbanas 1 e 2 do estudo preliminar e, por último, uma envolvente que se assemelhe à forma urbana tipo 10, de modo a ser possível concretizar uma análise prática do estudo preliminar e averiguar a situação de compromisso entre as necessidades solares e as sonoras. Ao analisar o território português, centrou-se a procura do estudo de caso nos distritos de Braga, Porto e Viana do Castelo, pela questão de proximidade à Universidade Minho, de forma a poder ser monitorizado mais vezes. O quarteirão de Viana do Castelo encontrado, corresponde às premissas propostas e o seu acesso é de âmbito livre, não tendo que recorrer a permissões de condomínios ou moradores para efetuar medições no local, para além de ser um edificado do Atelier 15 como gabinete premiado pela qualidade de seus projetos. 5.1.1 Enquadramento geográfico O estudo realizado teve como objetivo medir in situ com diferentes equipamentos e verificar a influência da radiação e do ruído num quarteirão do município português de Viana do Castelo, localizado no litoral noroeste e na NUT III Alto Minho. Trata-se de um concelho de média dimensão, com uma população de 85.784 habitantes e uma área total de 319,02 km². A Figura 45 ilustra a área de estudo retratado do município em 2017 (Instituto Nacional de Estatística (INE), 2021b).
100 Figura 45: Área de estudo de caso na Rua D. Maria II (Viana do Castelo). (A) Contexto europeu; (B) NUTS III Alto Minho e Concelho de Viana do Castelo; e (C) Localização da área de estudo O estudo de caso consiste num edifício residencial multifamiliar, cujo contexto urbano é um aglomerado no centro histórico com ruas estreitas e edifícios com uma altura média de 3 pisos. Os quadrantes nascente, poente e norte estão consolidados com construções pré-existentes, enquanto o quadrante sul é mais aberto com a presença de edifícios notáveis como uma capela. O edifício tem uma configuração de bloco fechado com pátios interiores, como se pode ver na Figura 45. Para o estudo de radiação solar, foi utilizado o modelo ASHRAE Revised Clear Sky Model (“Tau Model”) e a respetiva calibração do modelo desenvolvido, foram selecionados 4 pontos de medição (Figura 46), em cada ponto de recolha de dados foram utilizados 3 equipamentos (descritos no subcapítulo das ferramentas de medição solar) para medir a radiação solar global. Para o estudo de ruído na fachada foi utilizado o modelo previsional CNOSSOS e a respetiva calibração do modelo recorreu à medição do nível de ruído em 9 pontos (Figura.46). Os equipamentos selecionados estão certificados pelo IPQ e estão de acordo com a norma ISO1996:2021 e foram escolhidos por razões de mobilidade, acesso e custo-benefício de utilização (equipamentos fornecidos pelos laboratórios da instituição que acolheu o estudo).
101 Figura 46: Vista da área do quarteirão escolhido como estudo de caso e as respetivas marcações dos pontos de recolha de dados (PC) para a radiação solar 4 (PC) (a) e para o ruído 9 (PC)(b) Como as condicionantes e características da envolvente influenciam a exposição do ruído e a exposição solar que chegam às fachadas do estudo de caso, considerou-se pertinente registar fotograficamente esse contexto na Tabela 19. Tabela 19: Representação fotográfica do local de estudo e da sua envolvente e do equipamento de medição Fotografias do local de estudo (envolvente e equipamento de medição) Vegetação da envolvente Vias de tráfego da envolvente PC1 com orientação solar Noroeste 10 árvores de folha caduca com 1 tronco de ± 0,30 cm de diâmetro e 4,00 m de altura. Folhagem quando presente ±8m de diâmetro Estrada principal com tráfego mais intenso à esquerda e estrada secundária em frente do equipamento de medição PC2 com orientação solar Sul com obstáculo 3 árvores de folha caduca com 1 tronco de ± 0,30 cm de diâmetro e 2,70-3,00 m de altura. A folhagem, quando presente, tem um diâmetro de ±7m Faixa de rodagem principal com tráfego mais intenso à esquerda e faixa de rodagem secundária em frente do aparelho de medição PC3 com orientação solar leste Não há vegetação à volta da estação de medição. Estrada secundária com menos tráfego automóvel à esquerda e à direita reservada aos peões PC4 com orientação solar Sul sem obstáculo 9 árvores de folha perene, neste caso com um tronco com vegetação de ± 1 m de diâmetro e 6-7,00 m de altura. Estrada principal com tráfego automóvel mais intenso à direita e estrada secundária com menos tráfego em frente do equipamento de medição
108 Assim, o piranómetro de termopilha foi utilizado para medir a radiação solar numa amostra uniforme (todo o edifício do estudo de caso tem o mesmo material de revestimento) com uma área de superfície de aproximadamente 1 m². Esta técnica (designada por E1918A) foi utilizada para medir a radiação solar global em diferentes pontos de medição in situ. Os outros dois equipamentos de medição, o pirómetro de silício e o medidor solar apesar de não preencherem os requisitos da norma ISO 9060, seguem as recomendações da Organização Meteorológica Mundial (OMM) em termos de equipamentos de medição de radiação solar. As medições decorreram em tempo real no dia 17 de fevereiro de 2023, ao longo de todo o dia, iniciandose no ponto de medição PC1 às 9:40 e terminando com a última medição no ponto de medição PC4 às 18:40. Para cada ponto de medição / recolha de dados (PC), foram efetuadas 5 medições ao longo do dia, representativas das diferenças solares do dia (hora solar). 5.2.4 Ferramentas de simulação da radiação solar Para o cálculo da radiação solar, a metodologia adotada foi a modelação do edifício e do seu contexto urbano, incluindo o quarteirão onde se insere, o terreno com a sua topografia e os edifícios existentes que ladeiam as ruas envolventes. A modelação foi feita a partir de um programa BIM (Building Information Modelling) (Archicad) que permitiu a articulação com o Grasshopper 3D - um plugin para o Rhino 3D, que é uma das principais ferramentas de modelação paramétrica. As simulações de radiação solar efetuadas foram baseadas em dados climáticos disponíveis em formato Energy Plus Weather File (Epw) para Viana do Castelo. O ficheiro é validado com os dados sintéticos do INETI para Portugal e pelo Instituto Português de Meteorologia e está disponível no site da Climate.OneBuilding (2023). O Ladybug é um plugin do Grasshopper que permite realizar análises detalhadas de dados climáticos para produzir visualizações personalizadas e interativas para um projeto ambientalmente informado, nomeadamente através de estudos de radiação e sombreamento solar (Ladybug, 2024). O estudo de caso utilizou o Ladybug para definir os componentes da análise da radiação solar (volumes e geometrias) de modo que o objeto de análise seja simultaneamente objeto e contexto (envolvente). O modelo de simulação recorre também ao plugin Honeybee que utiliza grelhas e vistas que permitem visualizar melhor o estudo da radiação solar e do sombreamento solar.
109 O componente HB Annual Irradiance executa um estudo de radiação anual para o modelo Honeybee ao calcular a incidência solar horária para cada sensor nas grelhas (de sensores) do modelo. O cálculo fundamental desta fórmula é o mesmo que o da HB Annual Daylight , do Ladybug na medida em que é utilizado um método de 2 fases melhorado para contabilizar com precisão a radiação solar direta em cada passo da simulação. No entanto, esta metodologia calcula a radiação solar de banda larga em W/m² em vez da iluminância visível em lux, mais comum na utilização do conjunto de componentes do Honeybee. Consequentemente, os valores médios de radiação e radiação acumulada produzidos por esta forma de cálculo são mais exatos do que os produzidos pela forma de cálculo do componente HB Cumulative Radiation . Além disso, como os valores horários de radiação são exatos, esta solução pode ser utilizada para avaliar a radiação de pico e determinar as cargas solares mais desfavoráveis em dias de céu limpo que representam geralmente dias com necessidades de arrefecimento. Apesar de ser um componente Ladybug, foi aceite e processado pelo HoneyBee (componente Sensor Grid) , que nos permite evoluir na definição para conseguirmos as medições considerando as características das superfícies dos volumes e geometria. A criação dum objeto pelo Sensor Grid pode ser usada numa rotina baseada em grelhas. Neste caso, simula o sensor analógico a partir dos pontos definidos na componente anterior. É usada uma malha opcional ( mesh ) que se alinha com os sensores. Isto é útil para gerar visualizações da grelha de sensores para além das posições dos sensores ( base_geo ). Na composição da simulação é criada uma estrutura ( Brep) opcional para a geometria utilizada para criar a grelha. Não há restrições sobre como este (brep) se relaciona com os sensores e é fornecido apenas para ajudar na visualização da grelha quando o número de sensores ou a malha é demasiado grande para ser visualizada de forma prática. Esta utilização destes componentes (como o SensorGrid) foi uma adaptação, uma vez que geralmente este sistema é para medição interior e corresponde a, por exemplo, pavimento de um compartimento. Neste caso foi utilizado para simular o sensor de medição exterior. Antes de passar ao componente que relaciona a grelha e a geometria exterior, recorreu-se a um componente (HB Model), que pode ser utilizado para a simulação como uma lista de espaços "honeybee" a adicionar ao modelo que simulará a radiação anual. Note-se que é necessário pelo menos uma divisão para criar um
110 modelo energético simulável. Nesta entrada, reuniram-se todas as geometrias de terreno e edifícios envolventes ao sensor. De salientar que para cada ponto de medição foi criada uma envolvente, uma vez que o tempo de cálculo estava a ser excessivo (aproximadamente 02h00 por cada medição). O modelo anteriormente descrito e mencionado produz a partir dos componentes Wea ou um ficheiro .wea ou .epw, utilizado o componente HB Wea from Epw , permite a entrada dos dados climáticos. A radiação acumulada em kWh/m² durante o período de tempo de Wea. Este foi o output utilizado para recolher os dados. Para as definições de radiação no período equivalente ao das medições in situ , a metodologia foi a seguinte: Criar um objeto Wea a partir de um ficheiro EPW (neste caso, de Viana do Castelo), onde são introduzidos os seguintes dados: • Localização completa de um ficheiro meteorológico .epw.( epw_file [Obrigatório]) ▪ Localização completa de um ficheiro meteorológico .epw. O ficheiro utilizado foi PRT_NO_Viana.do.Castelo-Chafe.085510_TMYx.2007-2021.epw que contém os dados climáticos do período compreendido entre 2007 e 2021 obtido a partir do portal https://climate.onebuilding.org/WMO_Region_6_Europe/PRT_Portugal/index.ht ml na data de 05 de março de 2022. • Uma lista opcional de horas do ano (números de 0 a 8759) para as quais o Wea vai ser especificado ( Hoys). Por defeito, o Wea é gerado para o ano inteiro. • Um número inteiro que representa o intervalo de tempo utilizado para criar o objeto WEA. A predefinição é 1 para 1 passo por hora do ano (timestep). As ferramentas Ladybug tools utilizam o EnergyPlus (EnergyPlus (Big Ladder Software), 2024) como motor de simulação para a modelação energética. Uma vez que são sempre baseadas nas normas ASHRAE, a fórmula utilizada é adotada a partir de uma revisão introduzida pela ASHRAE 2009 HOF no modelo de céu limpo baseado nas profundidades óticas específicas de cada local para radiação direta e difusa, nomeadamente, o modelo ASHRAE Revised Clear Sky Model (“Tau Model”). O modelo requer massa de ar, m, calculada pela seguinte equação: m= 1 [sinβ+0.50572⋅(6.07995+β)−1.6364] (14)
111 Em que: β= altitude solar, graus. As irradiâncias direta e difusa são determinadas com as seguintes relações: Eb=Eo⋅exp [−τb⋅m.ab] (15) Ed=Eo⋅exp [−τd⋅m.ad] (16) Onde: Eb= irradiância normal do feixe, W/m² Ed= irradiância horizontal difusa, Eo= irradiância normal extraterrestre, m= massa de ar τb e τd = profundidades óticas difusa e de feixe (a partir de dados de conceção climática ASHRAE) ab e ad= expoentes de massa de ar difuso e de feixe (ou de irradiação direta normal) Valores de τb e τd são específicos de cada local e variam ao longo do ano. Incorporam a dependência da radiação solar do céu limpo das condições locais, como a altitude, o teor de água de precipitação e os aerossóis. Os expoentes da massa de ar ab e ad foram correlacionados com τb e τd através das seguintes relações empíricas: ab=1.219−0.043⋅τb−0.151⋅τd−0.204⋅τb⋅τd ad=0.202+0.852⋅τb−0.007⋅τd−0.357⋅τb⋅τd De acordo com estudos realizados no âmbito de projetos de investigação da ASHRAE, o modelo Tau revisto (Equação (14)) produz valores de irradiância fisicamente mais plausíveis do que o modelo tradicional de céu limpo. O modelo tau é o descrito e utilizado por este componente (EnergyPlus (Big Ladder Software), 2024). Em particular, os valores de irradiância difusa são mais realistas.Consequentemente, os valores médios de radiação e radiação acumulada produzidos por esta forma de cálculo são mais exatos do que os produzidos pela forma de cálculo do componente "HB Cumulative Radiation". Além disso, como os valores horários de
112 radiação são exatos, esta solução pode ser utilizada para avaliar a radiação de pico e determinar as cargas solares mais desfavoráveis em dias de céu limpo que representam geralmente dias com necessidades de arrefecimento.Com esta definição chegaram-se aos valores apresentados nas tabelas seguintes e para o processo de validação, foram garantidas as mesmas condições meteorológicas, a mesma base geográfica e os mesmos pontos de medição (coordenadas x, y, z).
113 5.3 Validação dos modelos A caracterização do ruído ambiente da cidade de Viana do Castelo foi baseada em métodos previsionais e complementada com medições acústicas para calibração do modelo. A previsão dos níveis sonoros teve em conta a contribuição do tráfego rodoviário, a topografia da zona em estudo e os fenómenos físicos mais relevantes na radiação e propagação das ondas sonoras. Tendo a densidade da grelha de cálculo implicação direta com a resolução espacial do mapa de ruído e com o tempo de cálculo associado, é necessário estabelecer um compromisso equilibrado entre estes dois aspetos. Assim foram definidos pontos recetores, com uma cota de 1.5 metros acima do terreno, e localizados ao longo do estudo de caso e de forma abranger análises diferentes na relação fonte de ruído (vias de tráfego automóvel) e recetor de ruído (fachadas do caso de estudo). As amostras dos pontos de medição in situ vão corresponder aos pontos recetores no modelo simulado. As coordenadas e as condições de medição foram reproduzidas no modelo de simulação. Neste contexto, a caracterização do ruído ambiente na cidade de Viana do Castelo desenvolveu-se através da seguinte sequência de tarefas: • Levantamento das fontes de ruído ambiental do estudo de caso incluiu contagem de veículos automóveis por tipo de veículo (de acordo com Cnossos); • Modelação do ruído através do modelo de previsão de ruído ambiente Cnossos e cálculo do nível sonoro contínuo equivalente (Leq(A)) para o período diurno, a partir do tráfego rodoviário existente; • Determinação do ruído no recetor (pontos de validação). A caracterização do estudo de caso em termos solares, na cidade de Viana do Castelo foi também baseada em métodos de simulação e auxiliada por medições de radiação solar para calibração do modelo. • Para a previsão do estudo de radiação solar teve-se em conta a contribuição da topografia, da envolvência edificada e orientação solar; • Determinação da radiação no recetor (pontos de validação);
114 5.3.1 Ruído (Validação) 5.3.1.1 Seleção de Pontos de Medição “in situ” (pontos de validação) Para a obtenção dos níveis de ruído nas fachadas, em termos de indicadores de ruído, neste caso o Leq(A) foi selecionados pontos de medição/validação a partir do estudo de caso na cidade de Viana do Castelo. Os pontos de medição foram escolhidos segundo um critério de abrangência e diversificação em relação às fontes de ruído (vias de tráfego automóvel circundantes), tendo por base a escolha de zonas com e sem obstrução ou obstáculos à propagação do ruído e assim proporcionar uma amostra de zonas propícias ao sombreamento acústico e outras de exposição direta ao ruído. Nas medições efetuadas para além dos parâmetros e critérios anteriormente referenciados, todas as vias estão niveladas em relação à superfície natural do terreno. As vias que servem as três áreas selecionadas para validação possuem as seguintes características: • vias simples de sentido único • vias de acesso local • pavimento • velocidade de circulação 5.3.1.2 Contagem de Tráfego As fontes de ruído são caracterizadas pela sua posição no sistema de coordenadas, dimensão, potência sonora e tipo de fonte, sendo tais aspetos determinados a partir de um conjunto de parâmetros segundo o tipo de fonte. Para as fontes rodoviárias, os parâmetros que caracterizam estas fontes são: volume de tráfego, velocidade de circulação e percentagem de veículos pesados. De forma a avaliar o nível de ruído produzido procedeu-se a uma contagem de tráfego automóvel em simultâneo com a medição de ruído com o sonómetro nos pontos de validação. A contagem de tráfego foi feita de forma manual e com registo de início e fim de contagem (modelo de ficha técnica de medição consta no Anexo I).
115 Os veículos contados foram agrupados nas categorias estabelecidas pela emissão sonora de veículos rodoviários, segundo a Diretiva 2007/46/CE do Parlamento Europeu e do Conselho de 5 de setembro de 2007 (APA, 2023; Kephalopoulos, Paviotti and Anfosso-Lédée, 2012). Para determinar o volume de tráfego contou-se o número de veículos que passam numa determinada secção da via na unidade de tempo (00.15 h cada PC). Neste caso, o volume de fluxo foi para um período de uma hora. A composição do tráfego teve em linha de conta a percentagem dos diferentes tipos de veículos que compõem a corrente de tráfego, no que diz respeito ao fluxo de veículos ligeiros e pesados. 5.3.1.3 Ruído medido nos pontos de validação O ruído ambiente proveniente do meio urbano, qualquer que seja o local, não é estacionário, apresenta variações no tempo que se revelam no sinal produzido através de quebras e picos. Quando se pretende, como é o estudo de caso caracterizar o ruído produzido pelo tráfego rodoviário, dado o seu ruído ser flutuante, uma simples medição pontual do seu valor não é suficiente. Será necessário recorrer ao cálculo duma média, obtida após um tempo de medição representativo, bem como a indicadores que possam revelar os picos máximos e mínimos ocorridos durante o período de tempo de medição. Na avaliação do ruído ambiente são em geral utilizados determinados indicadores de ruído que caracterizam o ambiente acústico exterior. São eles os indicadores médios, através do nível sonoro contínuo equivalente (Leq), que se define como o nível de pressão sonora constante, no qual a quantidade de energia acústica emitida durante um determinado período de tempo é a mesma do que o ruído flutuante efetivo emitido (L. Silva, 2009). O Leq é o indicador internacionalmente adotado por ser o mais representativo do ruído observado num determinado local e durante um certo intervalo de tempo e é expresso em dB(A). As Tabelas 22, 23 e 24 apresentam as medições efetuadas nos Pontos de Validação.
116 Tabela 22: Medição do Ruído nos Pontos de Validação Ponto de Controle (PC) Local de Medição LeqA [dB(A)] PC1 54,2 PC2 55,6 PC3 59,4 PC4 58,0 5m 7m 2m 5m 7m 2m Foto do PC3 com as respetivas distâncias de referência Imagem da localização de todos os PC e vias 4m 7m 2m Foto do PC1 com as respetivas distâncias de referência Imagem da localização de todos os PC e vias 5m 7m 1m
117 Tabela 23: Medição do Ruído nos Pontos de Validação (continuação) Ponto de Controle (PC) Local de Medição LeqA [dB(A)] PC5 49,2 PC6 52,1 PC7 50,0 PC8 50,4 Foto do PC5 com as respetivas distâncias de referência Imagem da localização de todos os PC e vias 8m 8m 0.5m Foto do PC6 com as respetivas distâncias de referência Imagem da localização 3.30m 8m 3.5m Foto do PC7 com as respetivas distâncias de referência Imagem da localização de todos os PC e vias 15m 8.5m 1.5m Foto do PC8 com as respetivas distâncias de referência Imagem da localização de todos os PC e vias 21m 7m
124 Tabela 30: Pontos de Medição da Radiação solar in situ Fotografia panorâmica da envolvente do ponto de medição PC3 Piranómetro de silício (W/m²) Piranómetro de termopilha (W/m²) Medidor Solar (W/m²) Horas de medição (Informação recolhida pontual) 10h20 77,8 71,9 86,7 12h20 679,5 541,7 575,8 14h20 653,6 517,2 920,8 16h20 34,3 31,7 39 18h20 0,66 0 0,6 Horas de medição (Informação recolhida _média aritmética) 10h10-10h20 76,3 70,1 - 12h10-12h20 660,9 627,5 - 14h10-14h20 675,2 533,6 - 16h10-16h20 36,4 33,5 - 18h10-18h20 1,35 0 - Modelo de Ficha técnica de medição no Anexo II
125 Tabela 31: Pontos de Medição da Radiação solar in situ Fotografia panorâmica da envolvente do ponto de medição PC4 Piranómetro de silício (W/m²) Piranómetro de termopilha (W/m²) Medidor Solar (W/m²) Horas de medição (Informação recolhida pontual) 10h40 652,1 595,9 1118 12h40 679,5 713,3 1108 14h40 500,4 517,2 1033 16h40 31,0 27,1 40 18h40 0 0 0 Horas de medição (Informação recolhida _média aritmética) 10h30-10h40 626,0 586,1 - 12h30-12h40 767,2 717,1 - 14h30-14h40 523,2 454,7 - 16h30-16h40 32,7 29,3 - 18h30-18h40 0 0 - Modelo de Ficha técnica de medição no Anexo II
126 Da análise das Tabelas 28, 29, 30 e 31 pode concluir-se que, à medida que as medições se aproximam da hora de almoço (12:00-14:00), onde há uma maior amplitude térmica, a medição da radiação é também maior e a suscetibilidade do equipamento à variação térmica também oscila, dependendo do tipo de sensor. O piranómetro de silício é mais sensível à temperatura e à luz, uma vez que é um sensor calibrado em condições de céu aberto, em comparação com os piranómetros de referência, ou seja, de acordo com a Referência Radiométrica Mundial. Devido às diferentes respostas espectrais da fotocélula de silício e das termopilhas, para obter leituras precisas, o SP1110 deve ser utilizado em condições de iluminação natural e em diferentes condições de sol, nuvens, etc., que afetam a calibração. No entanto, a calibração de referência do piranómetro de silício em relação à energia solar (banda de onda de 300nm a 3000nm) é a banda de aceitação dos piranómetros de termopilha. Neste sentido, com exceção da hora solar (PC2), o comportamento do piranómetro de silício é semelhante ao do piranómetro de termopilha, como se pode observar nos pontos de recolha de dados PC1, PC3 e PC4 na Figura 49. 0 10 20 30 40 50 60 9h40 11h40 13h40 15h40 17h40 Solar radiation [W/m2] Hour (GMT+00) A - PC1 0 100 200 300 400 500 600 700 10h00 12h00 14h00 16h00 18h00 Solar radiation [W/m2] Hour (GMT+00) B - PC2 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 10h20 12h20 14h20 16h20 18h20 Solar radiation [W/m2] Hour (GMT+00) C - PC3 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 10h40 12h40 14h40 16h40 18h40 Solar radiation [W/m2] Hour (GMT+00) D - PC4 Skye sensor PYRA sensor SM206-Solar sensor Figura 49: Medições da radiação solar em quatro pontos de recolha de dados (A - PC1; B - PC2; C - PC3; D - PC4)
127 Por outro lado, o solar metro, também devido à sua configuração e sensibilidade à temperatura de funcionamento (-10°C a 60°C), tende a dar valores mais elevados do que o instrumento de termopilha, que é o dispositivo de medição de referência neste estudo de caso. Os piranómetros apresentam valores mais próximos uns dos outros em comparação com o medidor solar, como é possível verificar nas várias medições efetuadas em diferentes momentos do dia nos quatro pontos de medição. Os três equipamentos de medição utilizados no estudo de caso, sob as mesmas condições e com precisão e alcance aparentemente semelhantes, visíveis na Tabela 21, captam e medem valores diferentes, como foi possível verificar anteriormente (Figura 7A-D). O piranómetro de termopilha foi escolhido como sensor de referência por ser o equipamento que cumpre as normas ISO e por ser o que fornece os valores mais fiáveis para as diferentes amplitudes térmicas que ocorrem ao longo do dia nas diferentes medições e horas solares, como se pode ver na Figura 49. A Figura 50 mostra a comparação entre os três dispositivos de medição, mas usando o piranómetro de termopilha como referência. Como se pode verificar, o piranómetro de silício tem um comportamento mais assertivo e uma linha de tendência ligeiramente superior (R2= 0,911) à do medidor solar (R2= 0,900). Figura 50: Comparação entre o piranómetro de termopilha e os outros dois sensores (piranómetro de silício (laranja) e medidor de radiação solar (azul)) y = 0,5585x + 33,744 R² = 0,8999 y = 0,8176x + 9,2778 R² = 0,9112 0 200 400 600 800 1000 1200 0 200 400 600 800 1000 1200 Thermopile pyranometer (W/m2) Silicon pyranometer and Solar radiation meter (W/m2)
128 Uma análise comparativa da figura anterior mostra que à medida que a irradiância solar aumenta, a dispersão dos valores também aumenta. Como já foi referido, uma das explicações para este fenómeno é a sensibilidade do equipamento ao aumento da temperatura (ambiente). A metodologia proposta aborda as incertezas ou imprecisões dos equipamentos e/ou medições in situ, que estabelece corretamente o que cada equipamento mede e em que situações são considerados aceitáveis, quer por normas, quer em resposta a pedidos. A exatidão e precisão de todo o processo é muito complexa, na medida em que se pretende analisar quais os componentes que provocam maior erro de precisão. Como se pode verificar pela observação das medições e das características dos equipamentos utilizados, em termos simplistas, a linha de tendência das medições ao longo do dia e nos 4 pontos de medição são semelhantes. Mas se olharmos para os valores obtidos em cada hora de medição e em cada ponto de medição, verificamos que em termos nominais existem flutuações de valores, sobretudo quando comparamos os valores do solarímetro com os dos piranómetros. E se considerarmos a comparação entre o piranómetro de silício e o piranómetro de termopilha, também podemos ver a diferença nominal. Os erros do equipamento são inerentes ao tipo de piranómetro utilizado e à calibração aplicada, e incluem o erro zenital (erro de cosseno), o erro azimutal, a estabilidade, a não linearidade, a dependência da temperatura e a resposta espetral. Os registos de maior qualidade são obtidos com piranómetros de termopilha, que se baseiam no efeito termoelétrico. No caso das termopilhas, como já foi referido, a norma ISO 9060/1990 (ISO, 1990; Niewienda & Heidt+, 1996) e a Organização Meteorológica Mundial (OMM) (WMO (World Meteorological Organisation), 2008) estabeleceram três níveis de qualidade: Padrão Secundário ou Alta Qualidade; Primeira Classe ou Média Qualidade; e Segunda Classe ou Baixa Qualidade.
129 As principais diferenças estão relacionadas com o tempo de resposta, a resolução, a estabilidade, a linearidade e a seletividade espetral (Paulescu et al. , 2013). O estudo de caso mostrou que os instrumentos utilizados para medir o mesmo parâmetro, independentemente de cumprirem ou não normas e padrões com diferentes níveis de qualidade de equipamento, não são suficientes para fornecer dados precisos sobre a radiação solar que atinge uma superfície de diferentes formas (direta, difusa ou refletida), principalmente devido às limitações de cada instrumento. No entanto, os valores apresentados do estudo são válidos por cumprirem os procedimentos de medição estabelecidos nas normas ISO e OMM. 5.3.2.2 Resultados Comparativos de radiação solar (Pontos Medidos vs Pontos Modelados) O estudo proposto seguiu os seguintes procedimentos: recolha dos níveis de radiação solar global medidos em pontos de controlo (PC), modelação do estudo de caso com incorporação destes pontos, simulação do estudo de caso para os referidos pontos e validação dos Pontos Simulados através da comparação dos valores obtidos na modelação com os valores das medições. Nas Tabelas 32 e 33, são ilustrados os níveis de radiação solar das medições "in situ" e a radiação solar obtidos na simulação, que permitirá a primeira validação e comparação do estudo solar.
130 Tabela 32: Diferencial dos Pontos Simulados e dos Pontos Medidos (PC1) e (PC2) Ponto de controlo (medição e simulação) PC1 Horas de medição (média aritmética) Pontos Medidos com Piranómetro de silício (W/m²) Pontos Medidos Piranómetro termopilhas (W/m²) Pontos Simulados (W/m²) Diferencial Piranómetro de silício (W/m²) Diferencial Piranómetro termopilhas (W/m²) 9h309h40 30,5 27,0 28,1 -2,4 1,1 11h30-11h40 36,8 39,2 38,8 2,0 -0,4 13h30-13h40 32,0 24,2 26,3 -5,7 2,1 15h30-15h40 38,0 36,0 38,7 0,7 2,7 17h30-17h40 14,8 10,9 10,1 -4,7 -0,8 Ponto de controlo (medição e simulação) PC2 Horas de medição (média aritmética) Pontos Medidos com Piranómetro de silício (W/m²) Pontos Medidos Piranómetro termopilhas (W/m²) Pontos Simulados (W/m²) Diferencial Piranómetro de silício (W/m²) Diferencial Piranómetro termopilhas (W/m²) 9h50-10h00 61,9 62,3 66,4 4,5 4,1 11h50-12h00 383,3 445,9 466,9 83,7 21,1 13h50-14h00 140,2 165,7 324,9 184,7 159,2 15h50-16h00 56,5 46,4 76,97 20,5 30,6 17h50-18h00 5,7 0,23 7,11 1,4 6,9
131 Tabela 33: Diferencial dos Pontos Simulados e dos Pontos Medidos (PC3) e (PC4) Ponto de controlo (medição e simulação) PC3 Horas de medição (média aritmética) Pontos Medidos com Piranómetro de silício (W/m²) Pontos Medidos Piranómetro termopilhas (W/m²) Pontos Simulados (W/m²) Diferencial Piranómetro de silício (W/m²) Diferencial Piranómetro termopilhas (W/m²) 10h10-10h20 76,3 70,1 67 -9,3 -3,1 12h10-12h20 660,9 627,5 448,05 -212,9 -179,5 14h10-14h20 675,2 533,6 561,91 -113,3 28,3 16h10-16h20 36,4 33,5 35,02 -1,4 1,5 18h10-18h20 1,35 0,0 1,52 0,2 1,5 Ponto de controlo (medição e simulação) PC4 Horas de medição (média aritmética) Pontos Medidos com Piranómetro de silício (W/m²) Pontos Medidos Piranómetro termopilhas (W/m²) Pontos Simulados (W/m²) Diferencial Piranómetro de silício (W/m²) Diferencial Piranómetro termopilhas (W/m²) 10h30-10h40 626,0 586,1 550,0 -76,0 -36,1 12h30-12h40 767,2 717,1 741,2 -26,0 24,1 14h30-14h40 523,2 454,7 528,1 4,9 73,4 16h30-16h40 32,7 29,3 40,68 8,0 11,4 18h30-18h40 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0
132 As validações empíricas comparam normalmente os resultados da simulação com as medições de radiação solar a partir de equipamentos que por si só já têm condicionantes, uma margem de erro, de incerteza e precisão, que influenciam os resultados da medição como foi possível averiguar no estudo comparativo dos 3 equipamentos de medição de radiação. Conceptualmente, estas validações aproximam-se do objetivo geral de validação, mas, em alguns casos, apresentam limitações na precisão das medições e na definição geral das condições de fronteira da simulação. Existem vários modelos de cálculo de erros padrão o modelo MAE (Mean Absolute Error) ou o RMSE (RootMeanSquared Error) são duas medidas de erro absoluto utilizadas numa grande variedade de disciplinas (como nas ciências atmosféricas e geociências). Estas medidas são principalmente utilizadas na adaptação de modelos (seleção ótima dos parâmetros de um determinado modelo), na validação de modelos, na seleção de modelos, na comparação de modelos (entre vários modelos concorrentes) e na avaliação de previsões (Al-Ghezi et al. , 2022; Hodson, 2022; McKenna et al. , 2015). Para a validação deste estudo utilizou-se a fórmula seguinte que foi adotada dos modelos MAE e RMSE ao calcular o erro percentual médio entre valores simulados (Sim_i) e os medidos (Meas_i), normalizado pela diferença entre o valor máximo e mínimo medido. 𝑀é𝑑𝑖𝑎 𝑑𝑜 𝐸𝑟𝑟𝑜 𝑝𝑒𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑢𝑎𝑙 (%)=100% 𝑛×∑|𝑆𝑖𝑚𝑖−𝑀𝑒𝑎𝑠𝑖 𝑀𝑒𝑎𝑠𝑚𝑎𝑥−𝑀𝑒𝑎𝑠𝑚𝑖𝑛| 𝑛 𝑖=1 (15) Em que: 𝑆𝑖𝑚𝑖 – são os valores simulados 𝑀𝑒𝑎𝑠𝑖 – são os Valores medidos né o numero de medições realizadas As Tabelas 34, 35, 36 e 37 apresentam os valores simulados e medidos com os 2 equipamentos de medição usados no estudo de caso o piranómetro de termopilha (Pyra) e do silício (Sky). O diferencial da média do erro percentual foi calculado para os dois equipamentos.
133 Tabela 34: O diferencial da média do erro percentual foi calculado para os dois equipamentos de medição (piranómetros)(PC1) PC1 Hora Simulado Medido Sky Medido Pyra Diferencial Sky (%) Diferencial Pyra(%) 9h30-9h40 28,1 30,50 27 13,36 5,02 11h30-11h40 38,8 36,80 39,2 13h30-13h40 26,3 32,00 24,2 15h30-15h40 38,7 38,00 36 17h30-17h40 10,1 14,80 10,9 Tabela 35: O diferencial da média do erro percentual foi calculado para os dois equipamentos de medição (piranómetros)(PC2) PC2 Hora Simulado Medido Sky Medido Pyra Diferencial Sky (%) Diferencial Pyra(%) 9h50-10h00 66,4 61,9 62,3 15,61 9,96 11h50-12h00 466,99 383,3 445,9 13h50-14h00 324,9 140,2 165,7 15h50-16h00 76,97 56,5 46,4 17h50-18h00 7,11 5,7 0,23 Tabela 36: O diferencial da média do erro percentual foi calculado para os dois equipamentos de medição (piranómetros)(PC3) PC3 Hora Simulado Medido Sky Medido Pyra Diferencial Sky (%) Diferencial Pyra(%) 10h10-10h20 67 76,3 70,1 10,00 6,82 12h10-12h20 448,05 660,9 627,5 14h10-14h20 561,91 675,2 533,6 16h10-16h20 35,02 36,4 33,5 18h10-18h20 1,52 1,35 0 Tabela 37: O diferencial da média do erro percentual foi calculado para os dois equipamentos de medição (piranómetros)(PC4) PC4 Hora Simulado Medido Sky Medido Pyra Diferencial Sky (%) Diferencial Pyra(%) 10h30-10h40 550,01 626 586,1 2,99 4,04 12h30-12h40 741,18 767,2 717,1 14h30-14h40 528,08 523,2 454,7 16h30-16h40 40,68 32,7 29,3 18h30-18h40 0 0 0
236 Tabela 100: Variação D (análise por fachada e por piso) (fachada Erua) Tabela 101: Variação D (análise por fachada e por piso) (fachada Srua) Variação D (análise por fachada e por piso) Fachada Piso Méd. Energética (dB(A)) Mín. (dB(A)) Máx. (dB(A)) Méd, Aritmética (kWh/m²) Mín. (kWh/m²) Máx. (kWh/m²) ERua R/Chão 53,1 49,6 55,7 1,06 1,04 1,08 ERua 1ºAndar 53,37 50,7 55,5 1,13 1,08 1,23 ERua 2ºAndar 52,64 50,6 54,4 1,43 1,31 1,49 ERua 3ºAndar 51,85 50,1 53,4 1,45 1,37 1,49 0 1 2 3 4 30 35 40 45 50 55 60 65 R/Chão 1ºAndar 2ºAndar 3ºAndar Radiação (kWh/m²) Ruído (dB(A)) Variação D (análise por fachada e por piso) Fachada Piso Méd. Energética (dB(A)) Mín. (dB(A)) Máx. (dB(A)) Méd, Aritmética (kWh/m²) Mín. (kWh/m²) Máx. (kWh/m²) Srua R/Chão 60,32 60,2 60,8 2,86 0,62 3,67 Srua 1ºAndar 59,37 59,1 60 3,26 1,07 4,04 Srua 2ºAndar 58,09 57,8 58,8 3,83 2,9 4,23 Srua 3ºAndar 56,98 56,6 57,6 4,29 4,21 4,35 0 1 2 3 4 30 35 40 45 50 55 60 65 R/Chão 1ºAndar 2ºAndar 3ºAndar Radiação (dB(A)) Ruído (dB(A))
237 Tabela 102: Variação D (análise por fachada e por piso) (fachada Npátio) Tabela 103: Variação D (análise por fachada e por piso) (fachada Orua) Variação D (análise por fachada e por piso) Fachada Piso Méd. Energética (dB(A)) Mín. (dB(A)) Máx. (dB(A)) Méd, Aritmética (kWh/m²) Mín. (kWh/m²) Máx. (kWh/m²) Npátio R/Chão 35,58 33,1 40,2 0,24 0,19 0,24 Npátio 1ºAndar 37,19 32,9 42,3 0,16 0,14 0,17 Npátio 2ºAndar 37,44 32,7 42,9 0,11 0,07 0,12 Npátio 3ºAndar 37,33 32,5 42,8 0,07 0,04 0,08 0 1 2 3 4 30 35 40 45 50 55 60 65 R/Chão 1ºAndar 2ºAndar 3ºAndar Radiação (kWh/m²) Ruído (dB(A)) Variação D (análise por fachada e por piso) Fachada Piso Méd. Energética (dB(A)) Mín. (dB(A)) Máx. (dB(A)) Méd, Aritmética (kWh/m²) Mín. (kWh/m²) Máx. (kWh/m²) Orua R/Chão 53,61 49,9 56,4 0,67 0,61 0,77 Orua 1ºAndar 53,71 50,8 56 0,87 0,84 0,9 Orua 2ºAndar 52,95 50,7 54,8 0,9 0,86 0,93 Orua 3ºAndar 52,01 50,2 53,6 1,13 1,1 1,17 0 1 2 3 4 30 35 40 45 50 55 60 65 R/Chão 1ºAndar 2ºAndar 3ºAndar Radiação (kWh/m²) Ruído (dB(A)) Título do Eixo
238 Tabela 104: Variação D (análise por fachada e por piso) (fachada Nrua) Tabela 105: Variação D (análise por fachada e por piso) (fachada Spátio) Variação D (análise por fachada e por piso) Fachada Piso Méd. Energética (dB(A)) Mín. (dB(A)) Máx. (dB(A)) Méd, Aritmética (kWh/m²) Mín. (kWh/m²) Máx. (kWh/m²) Nrua R/Chão 61,32 60,3 62,7 0,23 0,18 0,26 Nrua 1ºAndar 59,73 59,2 60,7 0,16 0,1 0,19 Nrua 2ºAndar 58,29 58 58,9 0,11 0,06 0,14 Nrua 3ºAndar 57,05 56,9 57,5 0,08 0,04 0,11 0 1 2 3 4 30 35 40 45 50 55 60 65 R/Chão 1ºAndar 2ºAndar 3ºAndar Radiação (kWh/m²) Ruído (dB(A)) Variação D (análise por fachada e por piso) Fachada Piso Méd. Energética (dB(A)) Mín. (dB(A)) Máx. (dB(A)) Méd, Aritmética (kWh/m²) Mín. (kWh/m²) Máx. (kWh/m²) Spátio R/Chão 36,29 33,7 38,8 0,74 0,37 1,33 Spátio 1ºAndar 39,23 33,7 42,5 1,53 0,89 2,07 Spátio 2ºAndar 39,54 33,4 42,9 3,05 1,77 3,49 Spátio 3ºAndar 39,48 33,1 42,8 3,89 2,67 4,25 0 1 2 3 4 30 35 40 45 50 55 60 65 R/Chão 1ºAndar 2ºAndar 3ºAndar Radiação (kWh/m²) Ruído (dB(A))
239 Tabela 106: Variação D (análise por fachada e por piso) (fachada Erua) Tabela 107: Variação D (análise por fachada e por piso) (fachada Opátio) Variação D (análise por fachada e por piso) Fachada Piso Méd. Energética (dB(A)) Mín. (dB(A)) Máx. (dB(A)) Méd, Aritmética (kWh/m²) Mín. (kWh/m²) Máx. (kWh/m²) ERua R/Chão 59,27 58,4 61,4 0,82 0,58 1,22 ERua 1ºAndar 58,82 58,1 60,3 1,18 0,75 1,76 ERua 2ºAndar 57,67 56,8 58,9 1,43 1,13 1,76 ERua 3ºAndar 56,54 55,5 57,5 1,52 1,26 1,8 0 1 2 3 4 30 35 40 45 50 55 60 65 R/Chão 1ºAndar 2ºAndar 3ºAndar Radiação (kWh/m²) Ruído (dB(A)) Variação D (análise por fachada e por piso) Fachada Piso Méd. Energética (dB(A)) Mín. (dB(A)) Máx. (dB(A)) Méd, Aritmética (kWh/m²) Mín. (kWh/m²) Máx. (kWh/m²) Opátio R/Chão 33,57 33,4 33,8 0,35 0,29 0,39 Opátio 1ºAndar 33,45 33,3 33,7 0,33 0,26 0,37 Opátio 2ºAndar 33,22 33,1 33,4 0,45 0,26 0,65 Opátio 3ºAndar 32,93 32,8 33,1 0,75 0,31 0,95 0 1 2 3 4 30 35 40 45 50 55 60 65 R/Chão 1ºAndar 2ºAndar 3ºAndar Radiação (kWh/m²) Ruído (dB(A))
240 Tabela 108: Variação D (análise por fachada e por piso) (fachada Srua) Tabela 109: Variação D (análise por fachada e por piso) (fachada Npátio) Variação D (análise por fachada e por piso) Fachada Piso Méd. Energética (dB(A)) Mín. (dB(A)) Máx. (dB(A)) Méd, Aritmética (kWh/m²) Mín. (kWh/m²) Máx. (kWh/m²) Srua R/Chão 60,02 59,9 60,1 2,94 2,42 3,54 Srua 1ºAndar 59,09 58,8 59,3 3,68 3,23 3,8 Srua 2ºAndar 57,62 57,1 57,9 4,05 3,74 4,2 Srua 3ºAndar 56,33 55,7 56,7 4,27 3,96 4,33 0 1 2 3 4 30 35 40 45 50 55 60 65 R/Chão 1ºAndar 2ºAndar 3ºAndar Radiação (kWh/m²) Ruído (dB(A)) Título do Eixo Variação D (análise por fachada e por piso) Fachada Piso Méd. Energética (dB(A)) Mín. (dB(A)) Máx. (dB(A)) Méd, Aritmética (kWh/m²) Mín. (kWh/m²) Máx. (kWh/m²) Npátio R/Chão 36,6 33,7 39,2 0,22 0,17 0,24 Npátio 1ºAndar 39,23 33,5 42,3 0,14 0,1 0,17 Npátio 2ºAndar 39,42 33,3 42,5 0,09 0,07 0,11 Npátio 3ºAndar 39,33 33 42,4 0,06 0,04 0,07 0 1 2 3 4 30 35 40 45 50 55 60 65 R/Chão 1ºAndar 2ºAndar 3ºAndar Radiação (kWh/m²) … Ruído (dB(A))
241 Tabela 110: Variação D (análise por fachada e por piso) (fachada Orua) Variação E Figura 82: Ilustração da variação E Variação D (análise por fachada e por piso) Fachada Piso Méd. Energética (dB(A)) Mín. (dB(A)) Máx. (dB(A)) Méd, Aritmética (kWh/m²) Mín. (kWh/m²) Máx. (kWh/m²) Orua R/Chão 53,62 50,1 56,4 0,69 0,67 0,71 Orua 1ºAndar 53,78 51,2 56 0,84 0,82 0,87 Orua 2ºAndar 53,01 50,9 54,9 0,85 0,82 0,89 Orua 3ºAndar 52,14 50,4 53,8 1,11 1,07 1,14 0 1 2 3 4 30 35 40 45 50 55 60 65 R/Chão 1ºAndar 2ºAndar 3ºAndar Radiação (kWh/m²) Ruído (dB(A))
242 Tabela 111: Variação E (análise por fachada e por piso) (fachada Orua) Tabela 112: Variação D (análise por fachada e por piso) (fachada Nrua) Variação E (análise por fachada e por piso) Fachada Piso Méd. Energética (dB(A)) Mín. (dB(A)) Máx. (dB(A)) Méd, Aritmética (kWh/m²) Mín. (kWh/m²) Máx. (kWh/m²) Orua R/Chão 57,72 56,7 59 0,55 0,52 0,63 Orua 1ºAndar 58,03 57,4 58,8 0,64 0,59 0,69 Orua 2ºAndar 57,41 57 57,9 0,78 0,78 0,78 Orua 3ºAndar 56,58 56,3 56,8 0,9 0,89 0,91 0 1 2 3 4 30 35 40 45 50 55 60 65 R/Chão 1ºAndar 2ºAndar 3ºAndar Radiação (kWh/m²) Ruído (dB(A)) Variação E (análise por fachada e por piso) Fachada Piso Méd. Energética (dB(A)) Mín. (dB(A)) Máx. (dB(A)) Méd, Aritmética (kWh/m²) Mín. (kWh/m²) Máx. (kWh/m²) Nrua R/Chão 62,03 61,8 62,3 0,23 0,19 0,25 Nrua 1ºAndar 60,08 59,9 60,4 0,16 0,11 0,18 Nrua 2ºAndar 58,43 58,3 58,8 0,11 0,06 0,14 Nrua 3ºAndar 57,09 56,9 57,5 0,08 0,05 0,11 0 1 2 3 4 30 35 40 45 50 55 60 65 R/Chão 1ºAndar 2ºAndar 3ºAndar Radiação (kWh/m²) Ruído (dB(A))
243 Tabela 113: Variação D (análise por fachada e por piso) (fachada Spátio) Tabela 114: Variação D (análise por fachada e por piso) (fachada Erua) Variação E (análise por fachada e por piso) Fachada Piso Méd. Energética (dB(A)) Mín. (dB(A)) Máx. (dB(A)) Méd, Aritmética (kWh/m²) Mín. (kWh/m²) Máx. (kWh/m²) Spátio R/Chão 45,8 36,5 52,2 1,45 0,91 1,94 Spátio 1ºAndar 47,94 40,7 53,4 1,85 0,9 2,51 Spátio 2ºAndar 48,04 41,3 53,2 3,23 1,78 3,5 Spátio 3ºAndar 47,84 41,6 52,6 4,09 2,8 4,27 0 1 2 3 4 30 35 40 45 50 55 60 65 R/Chão 1ºAndar 2ºAndar 3ºAndar Radiação (kWh/m²) Ruído (dB(A)) Variação E (análise por fachada e por piso) Fachada Piso Méd. Energética (dB(A)) Mín. (dB(A)) Máx. (dB(A)) Méd, Aritmética (kWh/m²) Mín. (kWh/m²) Máx. (kWh/m²) ERua R/Chão 52,1 47,4 57,3 0,75 0,47 1,07 ERua 1ºAndar 52,2 48,5 56,5 0,79 0,58 1,1 ERua 2ºAndar 51,51 48,6 55 1,08 0,91 1,48 ERua 3ºAndar 50,73 48,4 53,6 1,34 1,31 1,48 0 1 2 3 4 30 35 40 45 50 55 60 65 R/Chão 1ºAndar 2ºAndar 3ºAndar Radiação (kWh/m²) Ruído (dB(A))
244 Tabela 115: Variação D (análise por fachada e por piso) (fachada Opátio) Tabela 116: Variação D (análise por fachada e por piso) (fachada Srua) Variação E (análise por fachada e por piso) Fachada Piso Méd. Energética (dB(A)) Mín. (dB(A)) Máx. (dB(A)) Méd, Aritmética (kWh/m²) Mín. (kWh/m²) Máx. (kWh/m²) Opátio R/Chão 35,04 34,9 35,3 0,36 0,28 0,39 Opátio 1ºAndar 40,04 39,9 40,1 0,37 0,22 0,48 Opátio 2ºAndar 40,97 40,9 41 0,55 0,22 0,87 Opátio 3ºAndar 41,19 41,1 41,3 0,9 0,3 1,14 0 1 2 3 4 30 35 40 45 50 55 60 65 R/Chão 1ºAndar 2ºAndar 3ºAndar Radiação (kWh/m²) Ruído (dB(A)) Variação E (análise por fachada e por piso) Fachada Piso Méd. Energética (dB(A)) Mín. (dB(A)) Máx. (dB(A)) Méd, Aritmética (kWh/m²) Mín. (kWh/m²) Máx. (kWh/m²) Srua R/Chão 60,31 60,2 60,7 2,86 0,62 3,67 Srua 1ºAndar 59,39 59,1 60,1 3,26 1,07 4,04 Srua 2ºAndar 58,09 57,8 58,8 3,83 2,9 4,23 Srua 3ºAndar 56,99 56,6 57,6 4,29 4,21 4,35 0 1 2 3 4 30 35 40 45 50 55 60 65 R/Chão 1ºAndar 2ºAndar 3ºAndar Radiação (kWh/m²) Ruído (dB(A))
245 Tabela 117: Variação D (análise por fachada e por piso) (fachada Npátio) Tabela 118: Variação D (análise por fachada e por piso) (fachada Orua) Variação E (análise por fachada e por piso) Fachada Piso Méd. Energética (dB(A)) Mín. (dB(A)) Máx. (dB(A)) Méd, Aritmética (kWh/m²) Mín. (kWh/m²) Máx. (kWh/m²) Npátio R/Chão 45,13 36 51,5 0,24 0,19 0,24 Npátio 1ºAndar 47,75 40,4 53,4 0,16 0,11 0,17 Npátio 2ºAndar 47,92 41,1 53,2 0,11 0,07 0,12 Npátio 3ºAndar 47,76 41,4 52,7 0,07 0,04 0,08 0 1 2 3 4 30 35 40 45 50 55 60 65 R/Chão 1ºAndar 2ºAndar 3ºAndar Radiação (kWh/m²) Ruído (dB(A)) Variação E (análise por fachada e por piso) Fachada Piso Méd. Energética (dB(A)) Mín. (dB(A)) Máx. (dB(A)) Méd, Aritmética (kWh/m²) Mín. (kWh/m²) Máx. (kWh/m²) Orua R/Chão 57,95 56,9 59,1 0,52 0,52 0,53 Orua 1ºAndar 58,3 57,7 59 0,59 0,58 0,61 Orua 2ºAndar 57,54 57,1 58 0,73 0,72 0,75 Orua 3ºAndar 56,65 56,4 56,9 0,91 0,84 0,99 0 1 2 3 4 30 35 40 45 50 55 60 65 R/Chão 1ºAndar 2ºAndar 3ºAndar Radiação (kWh/m²) Ruído (dB(A))