Resfriamento passivo
# Resfriamento passivo

Resfriamento passivo ou arrefecimento passivo refere-se às tecnologias usadas em construções objetivando a redução da temperatura sem o uso de fontes de energia extrínsecas à própria construção e suas redondezas, ou seja, sem consumo de energia elétrica ou combustíveis. A ideia é constituir um microclima na construção utilizando-se apenas de fontes de energia e forças naturalmente disponíveis, por exemplo, os ventos, a propriedade do ar quente de subir (o calor do sol usado, p. ex. na chaminé solar), a propriedade da água de resfriar o ar quando evapora (resfriamento evaporativo), etc. Com este objetivo, as propriedades dos materiais são intensamente utilizadas (reflexão, absorção e emissão da energia irradiante do sol, armazenamento maior ou menor do calor…) e também a posição e formato da habitação com relação aos ventos e ao sol, a disposição de janelas, telhados e portas, lagos e vegetação na construção e no entorno.

## O corpo humano na construção

Entender a forma como o corpo humano perde calor é de fundamental importância quando se busca maximizar o conforto térmico numa construção.

### A evaporação do suor

A transpiração do suor é o principal mecanismo de perda de calor do corpo humano, sendo este o mecanismo primordial de regulação da temperatura do corpo quando a temperatura ambiente está maior do que a da pele (acima de 33 °C).
Quanto mais a temperatura ambiente se aproxima de 32-33 °C, maior o desconforto térmico. Se a temperatura ambiente supera 32-33º e a evaporação do suor for dificultada, não apenas o desconforto térmico se torna cada vez mais extremo como também pode levar à morte por hipertermia.
A evaporação do suor permite o resfriamento evaporativo do corpo, possibilitando que a superfície do corpo (e daí a temperatura interna) possa alcançar temperaturas menores do que a ambiente, dissipando o calor gerado pelo próprio metabolismo corporal e a garantindo manutenção da temperatura corporal interna em torno de 36 °C.
Veremos adiante os principais fatores que promovem ou dificultam a evaporação do suor, isto é, uma maior ou menor sensação de calor.

### Papel primordial da ventilação e da umidade relativa do ar na taxa de evaporação do suor

Quanto maior a taxa de evaporação do suor, mais o corpo é resfriado. Dois fatores determinam a taxa de evaporação do suor: a umidade relativa do ar e a ventilação:
a) Umidade relativa do ar: Quanto menor a umidade relativa do ar, maior a taxa evaporativa do suor. Se a umidade relativa se aproximar de 100%, isto significa que a capacidade do ar de conter mais vapor do que já contém tende a ser nula, reduzindo ao mínimo a taxa de evaporação do suor e levando ao máximo o desconforto término no caso de a temperatura ambiente se aproximar ou superar a do corpo humano. Felizmente, na maioria dos climas da terra, a umidade relativa se aproxima de 100% apenas durante precipitações (chuva), fenômeno atmosférico que, por si mesmo, reduz significativamente a temperatura ambiente. Em geral, quanto maior a temperatura ambiente, menor é a umidade relativa do ar (inclusive em climas tropicais úmidos), visto que, quanto maior a temperatura, mais o ar se expande, aumentando sua capacidade de conter vapor (inversamente, quanto menor a temperatura, mais o ar se contrai, reduzindo sua capacidade de conter vapor).
b) ventilação: quanto maior a velocidade do ar que passa sobre a superfície do corpo humano, maior a taxa de evaporação do suor. Deve-se observar que a ventilação por si mesma não reduz a temperatura ambiente, ela apenas aumenta a taxa de evaporação do suor, isto é, promovendo o resfriamento evaporativo do corpo humano. Ademais, a ventilação dissipa a umidade que se acumularia no interior da construção, melhorando o conforto térmico.
Pode-se verificar em nosso corpo a enorme eficácia do resfriamento evaporativo quando, num dia quente, permanecendo molhado após um banho, secamos nosso corpo em frente a um ventilador. Por exemplo, no dia 4 de fevereiro de 2010, no Rio de Janeiro, a temperatura do ar alcançou 40 °C, a máxima do ano, por volta de 4 horas da tarde (http://www.wunderground.com/history/airport/SBAF/2010/2/4/DailyHistory.html), mas a umidade relativa do ar estava em 27%, e a pressão atmosférica estava em 1009 hPa; consequentemente, a temperatura de bulbo úmido era de apenas 24,2 °C, sendo esta a temperatura alcançada por uma superfície molhada exposta ao ar, como por exemplo, a pele molhada, naquele dia mais quente do ano. Para calcular a temperatura de bulbo úmido (wet bulb temperature) a partir da temperatura do ar e da humidade relativa, há na internet calculadoras, como esta: .
Em suma, é de absoluta importância a ventilação e do controle da umidade (por exemplo, a desativação dos sistemas evaporativos passivos quando umidade estiver alta) para o conforto térmico na construção.

## Clima quente e úmido, clima quente e árido e clima temperado

Diferentes estratégias de construção devem ser utilizadas conforme o clima. Os climas quentes e áridos se caracterizam por terem um grande diferença de temperatura entre o dia e a noite (em geral, os dias são extremamente quente e as noites, extremamente frias). Nessas condições, é fundamental que a construção tenha uma grande massa térmica, com muros grossos, com grande resistência a troca de calor e simultaneamente com grande capacidade de armazená-lo, de modo que demore o máximo de tempo para que o calor do dia penetre na habitação e para que o calor armazenado na construção durante o dia mantenha uma temperatura confortável em seu interior durante a noite. Com isso, o interior da construção tende a manter sempre uma temperatura próxima à média entre a máxima do dia e a mínima da noite, ou seja, durante o dia, menor que ao ar livre e, durante a noite, maior que ao ar livre. Devido à baixa umidade relativa do ar, os climas áridos também podem se beneficiar ao máximo do resfriamento evaporativo proporcionado pela água.
Em climas quentes e úmidos, as construções não dispõem dessa grande variação de temperatura ambiente entre o dia e a noite e, consequentemente, sua massa térmica deve ser a menor possível, pois é preciso evitar ao máximo que o calor se acumule na construção, o que faria com que a temperatura em seu interior tenda sempre (de dia e de noite) a ser maior do que a temperatura ao ar livre (durante o dia, o sol aquece o telhado a temperaturas que podem chegar a 70º e, se a massa térmica é muito grande, esse calor tem dificuldade para ser dissipado, fazendo o interior ter sempre uma temperatura superior à do ar livre). Para isso os muros devem ser construídos de materiais leves e finos. Formas de sombreamento (árvores, toldos…) das paredes expostas ao sol devem ser providenciadas. Além disso, neste clima, devido à alta umidade, o resfriamento evaporativo tem menos efeito, mas também é útil, porque os dias mais quentes sem chuvas sempre tendem a ter uma umidade relativa do ar suficientemente reduzida para que o resfriamento evaporativo tenha um efeito significativo.
O clima temperado exige uma construção que seja um meio termo entre as duas estratégias anteriores.

## O Telhado

Cerca de 80% do calor que adentra uma construção é proveniente diretamente da energia irradiante do sol. O telhado absorve diretamente essa radiação eletromagnética do sol no amplo espectro que vai do ultravioleta ao infravermelho, passando pelo espectro visível, e daí, essa energia absorvida pelo telhado é emitida para o interior da construção, por condução e por irradiação no espectro infravermelho (radiação de corpo negro), invisível à olho nu. No entanto, a absorção de energia solar pelo telhado pode ser reduzida. Telhados que refletem a luz solar (quanto mais branca a cor do telhado, maior a reflexão, por exemplo, telhados pintados de cores claras, ou os de alumínio polido podem refletir até 90% da energia do sol) e possuam pouca absorção e emissividade de energia eletromagnética são, portanto, desejáveis.
O isolamento térmico entre o telhado e a construção, como o uso de forros ventilados e subcoberturas reflexivas da radiação infravermelha são bastante efetivos na redução do calor proveniente do sol.
A aspersão de água no telhado também é um método efetivo, devido ao fenômeno do resfriamento evaporativo.
Telhados vivos (isto é, recobertos com vegetação) podem ser capazes de reduzir a temperatura no interior da habitação inclusive a ponto de ser menor do que temperatura ao ar livre graças ao resfriamento evaporativo causado pela evapotranspiração. O mesmo efeito pode ser possível com a construção de um lago raso no telhado.
Construções debaixo da terra ou no interior de pedras aproveitam-se do benefício de que, ali, a temperatura durante todo o ano tende a manter-se próxima à média anual da região.

## Posição e formato da construção em relação ao sol

Uma construção estreita e alongada no sentido leste-oeste atenua o aquecimento provocado pela energia irradiante do sol,porque tem uma superfície menor exposta ao sol durante seu trajeto no céu.
    Conceitos abaixo, válidos para o hemisfério Sul.
Um fator muito importante que deve-se levar em consideração ao construir ou comprar um imóvel, é a questão da orientação solar, ou seja, o posicionamento da edificação em relação ao sol. O desejo comum da maioria da população é que, para viver de forma confortável, a habitação ofereça calor nas estações mais frias e maior refrescância nas estações mais quentes. Para atender a essa demanda de forma satisfatória, aconselha-se projetar as principais aberturas da moradia no sentido Norte. Este fato é explicado pela variação angular que ocorre entre o Sol e a superfície da Terra no decorrer do ano. Nas estações mais frias, o Sol forma um ângulo pequeno em relação à Terra, portanto, fachadas voltadas para o Norte recebem insolação durante elevado percentual do dia. Já nas estações mais quentes, observa-se um ângulo bem maior, desta forma a incidência solar ultrapassa as coberturas das casas na maior parte do dia, assim um pequeno beirado nas coberturas sobre as fachadas voltadas para o Norte, já proporcionaria sombra para as mesmas. Edificações com fachadas com orientação Sul são ótimas em situações em que a luz solar é totalmente INDESEJADA, como por exemplo em estúdios fotográficos. No inverno, o lado Sul não recebe Sol em momento algum e no verão apenas nas primeiras horas do dia. Os lados Leste e Oeste possuem características similares tratando-se de incidência solar, porém em momentos diferentes do dia. Fachadas à Leste recebem sol na parte da manhã até o meio-dia e à Oeste, na parte da tarde até o ocaso. "Em geral, ambientes voltados para o Oeste tendem a ser mais quentes do que os voltados para o Leste, apesar de receberem o mesmo número de horas de Sol, porque recebem Sol no período do dia em que a inércia térmica proveniente da noite anterior (frescor noturno) já foi vencida."

## Proteção contra a Insolação

Pode-se afirmar que a principal causa do desconforto térmico no Verão é a insolação.
* Paredes
Nas paredes os efeitos da insolação não é tão significativo como em coberturas, para sua proteção pode-se optar por:
    - tintas claras
    - sombreamento por meio de para-sóis ou vegetação
    - aplicação de materiais isolantes no lato de fora (para não prejudicar a inércia térmica da habitação)
    - paredes com grande capacidade calorífica
* Coberturas
A proteção contra a insolação em coberturas pode ser feita com o uso de:
    - forro
    - telhas de coloração claras
    - isolantes térmicos
    - materiais com grande Inércia Térmica
Entre as opções apresentadas, a mais econômica e permanente (considerando níveis de eficiência elevados),é a aplicação da técnica de usar uma camada de ar móvel junto à cobertura, a qual é possível com um forro adequadamente projetado.
* Utilização inteligente da Vegetação
    - Sombreamento natural
    Quando uma proteção solar não é suficiente para sombrear uma abertura na forma desejada, sugere-se o plantio de árvores com folhas caducas (Plantas que perdem suas folhas numa certa estação do ano) em local estratégico.
    Exemplo: No Verão, na fachada oeste, mesmo com a aplicação de um brise (Quebra - Sol), em alguns casos o sol incide perpendicularmente na fachada em determinado período do dia, praticamente anulando a função do brise. Neste caso, a utilização de árvores caducas seria uma solução. Plantada em frente à abertura (janela), ela sombreará sem bloquear a luz natural e permitirá a entrada da luz solar no inverno, estação em que perderia suas folhas.

## Mecanismos de Ventilação

"Dá-se o nome de ventilação ao processo de renovar o ar de um recinto" (A.B.N.T)
   * VENTILAÇÃO NATURAL (ou espontânea): é provocada pela diferença de pressão causada pelos ventos ou por diferenças de temperaturas.
    Dois aspectos fundamentais estão envolvidos na utilização da Ventilação Natural: a distribuição do ar entre os ambientes a serem ventilados e a intensidade do fluxo de ar.
   * VENTILAÇÃO ARTIFICIAL (ou mecânica): proporcionada por diferenças de pressão criadas mecanicamente. Geralmente é adotada quando não é possível renovar o ar por meios naturais.
    A ventilação artificial, além de não depender das condições atmosféricas, é capaz de tratar o ar filtrando, umidificando ou secando, conforme a necessidade.
   * FINALIDADES DA VENTILAÇÃO
    Qualidade do ar nos ambientes internos
    Resfriamento da edificação
    Sensação de frescor aos usuários do ambiente

## Ventilação cruzada

Ventilação cruzada é quando as janelas e as portas de um determinado ambiente são colocadas em extremos opostos ou adjacentes, permitindo assim, o trânsito dos ventos dentro do ambiente. Esta técnica diminui a temperatura interna do ambiente e higieniza o ar para maior conforto de seus habitantes. O projeto da construção, principalmente em climas quentes e úmidos, deve garantir que a ventilação natural passe por toda a habitação, utilizando-se de janelas nos extremos da habitação. As janelas devem ser posicionadas em relação aos pontos cardeais conforme o ventos predominante numa dada região.

## Ventilação induzida pelo calor

O ar quente tem a propriedade de subir quando há diferenças de temperatura (convecção). Essa propriedade é aproveitada na chamada chaminé solar, que consiste numa torre pintada de negro que aquece o ar em seu interior pelo calor do sol, fazendo-o subir e sair pela chaminé, provocando assim uma sucção do ar mais frio abaixo da torre, ventilando a construção com a entrada de ar pelas janelas.
A cultura persa (Irão, Iraque, Afeganistão) utiliza essa estratégia há milênios. Eles aprimoraram a chaminé solar com sistemas de passagens de ar por poços e canalizações abaixo da terra pelo qual o ar sugado pela chaminé é umidecido e resfriado antes de entrar na habitação. Esta ventilação geotérmica passiva é também chamada "poço canadiano" ou poço Provençal".
Essa mesma tendência do ar quente para subir faz com que, num quarto, o ar quente se acumule próximo ao teto. É importante então que haja aberturas de ventilação nas paredes próximas ao teto ou no próprio teto para que o ar quente saia e o ar frio vindo de baixo (das janelas e portas) preencha seu lugar.

## Resfriamento evaporativo

A água, para mudar do estado líquido para o gasoso, consome uma considerável quantidade de calor do ambiente e da própria água. Quanto maior a superfície de água exposta ao vento, maior a taxa de evaporação e, assim, maior é o resfriamento. A água aspergida alia a máxima superfície exposta ao vento com o mínimo de espaço. Tradicionalmente (Oriente médio, norte da África) também são usados tecidos umidecidos e jarros de barro gotejantes em janelas, além de lagos no entorno que permitem que o vento se resfrie ali antes de entrar na habitação. Telhados verdes e aspersão do telhado também promovem o resfriamento evporativo.
O limite de resfriamento proporcionado pela evaporação da água é a temperatura de bulbo úmido. Na região, quanto maior a diferença entre a temperatura de bulbo úmido e a temperatura de bulbo seco, maior é a efetividade desta técnica, ou seja, quanto menor a umidade relativa do ar, melhor. Alta umidade dificulta a evaporação porque a capacidade do ar de conter água já está ocupada (100% ocupada no caso de um ambiente com umidade relativa do ar de 100%) e, consequentemente não há espaço para a evaporação acontecer.
Além disso, o resfriamento evaporativo natural é o responsável por regular a temperatura do corpo humano através da transpiração do suor quando a temperatura ambiente está maior do que a do corpo. Porém, quanto maior a umidade relativa do ar, mais a capacidade evaporativa do suor é reduzida, provocando um grande desconforto térmico. A falta de ventilação intensifica esse desconforto. Daí a grande importância da ventilação e do controle da umidade (por exemplo, a desativação dos sistemas evaporativos passivos quando umidade estiver alta) para o conforto térmico na construção.