Câmara Bioclimática de Baixo Custo

O estudo se concentra no desenvolvimento e avaliação de uma Câmara Bioclimática de Baixo Custo (CBBC), uma estrutura inovadora para pesquisas comparativas de conforto ambiental, arquitetura bioclimática e desempenho de edificações no Brasil. A motivação principal é a escassez de laboratórios similares no país, buscando fomentar estudos com o auxílio de câmaras climáticas. O projeto parte de uma simplificação conceitual de câmaras existentes, adaptando um container de 40’ para criar dois módulos idênticos de 5,39m² cada, seguindo as diretrizes construtivas para a Zona Bioclimática 1. Um módulo servirá como controle, mantendo a estrutura original, enquanto o outro será usado para pesquisas experimentais comparativas. A base rotativa permite a manipulação independente da orientação solar dos módulos, crucial para estudos de insolação e ventilação natural. A instalação ocorreu em fevereiro de 2018 na UTFPR, Curitiba/PR. A pesquisa avaliará o desempenho térmico, lumínico e acústico da CBBC, além da satisfação dos ocupantes por meio de uma Avaliação Pós-Ocupação (APO) com 136 estudantes, analisando o conforto térmico, lumínico, acústico, ergonômico e ambiental, e o desempenho dos equipamentos de climatização e iluminação. O projeto visa contribuir significativamente para a área de conforto ambiental e desempenho de edificações no Brasil e internacionalmente.

A CBBC foi construída utilizando um container marítimo de 40 pés, adaptado para criar dois módulos idênticos com área interna de 5,39 m², seguindo as diretrizes construtivas para a Zona Bioclimática 1 da NBR 15220 (ABNT, 2005). A escolha pela construção industrializada, especificamente a construção a seco em container, priorizou a reprodutibilidade e a manutenção de um padrão construtivo, fundamental para a comparação de ensaios em diferentes zonas bioclimáticas. A utilização de tecnologias comprovadamente eficazes e projetos racionalizados visou construir de forma rápida e eficiente, também destacando o caráter sustentável da nova destinação do container e a viabilidade de replicação internacional do projeto. A estrutura foi projetada para ser rotacionável, permitindo a manipulação independente da orientação solar de cada módulo. Isso maximiza as possibilidades de estudo, permitindo análises de insolação e ventilação natural. O módulo de controle manterá sua estrutura original, enquanto o módulo experimental poderá ser modificado para pesquisas comparativas. O projeto teve que superar desafios como o desenvolvimento de um sistema de rotação manual que suporte o peso superior a quatro toneladas de cada módulo, mantendo baixo custo.

A avaliação do desempenho da CBBC envolveu o monitoramento contínuo de variáveis ambientais, incluindo temperatura, umidade, iluminação e ruído, para analisar o desempenho térmico, lumínico e acústico. A norma ISO 7730/2005 serviu como base para a avaliação da sensação térmica, utilizando índices como Predicted Mean Vote (PMV) e Predicted Percentage of Dissatisfied (PPD). A escala de sensação térmica da ANSI/ASHRAE Standard 55/2017, que varia de -3 (muito frio) a +3 (muito quente), também foi adotada. Para avaliar a satisfação dos ocupantes, 136 estudantes da UTFPR Ecoville participaram de uma Avaliação Pós-Ocupação (APO), respondendo questionários sobre conforto térmico, lumínico, acústico, ergonômico e ambiental. O questionário foi adaptado a partir de questionários pré-existentes, levando em consideração as características específicas da CBBC. A interação entre conforto térmico, lumínico e acústico foi abordada pela NBR 15575/2013, servindo como guia para a análise integrada desses três quesitos. Normas como a NBR 16401/2008 e a ANSI/ASRAE Standard 55/2017 foram utilizadas como referenciais para garantir aclimatação adequada dos participantes antes da aplicação dos questionários.

A avaliação do conforto térmico na CBBC utilizou como referência a norma ANSI/ASHRAE Standard 55/2017, que define uma escala de sensação térmica variando de -3 (muito frio) a +3 (muito quente), com 0 representando a sensação neutra. A pesquisa levou em consideração a influência de fatores como temperatura, ventilação e umidade, reconhecendo que condições ambientais extremas podem causar desconforto, exsudação, sonolência e alterações cardíacas (Kowaltowski; Labaki; Pina, 2001). Além dos fatores ambientais, o estudo considerou variáveis pessoais como aspectos culturais e comportamentais, idade, gênero e a possibilidade de controle individual sobre o ambiente (Rupp; Vásquez; Lamberts, 2015). Para prever a sensação térmica, foram utilizados índices como o Predicted Mean Vote (PMV) e o Predicted Percentage of Dissatisfied (PPD), baseados na norma ISO 7730/2005. A Avaliação Pós-Ocupação (APO) com 136 estudantes forneceu dados sobre a percepção subjetiva do conforto térmico, revelando que, apesar da percepção predominante de conforto, uma parcela significativa de participantes no Módulo de Controle (MC) sentiu calor, possivelmente devido à orientação da janela para o Norte, enquanto o Módulo Experimental (ME), com janela voltada para o Sul, apresentou menos queixas de desconforto térmico. Normas como a NR 17 (Ergonomia) e a NR 15 (Atividades e Operações Insalubres) foram consideradas para contextualizar os limites de temperatura aceitáveis em ambientes internos.

A avaliação do conforto lumínico considerou a satisfação com o ambiente luminoso, incluindo a combinação de iluminação natural e artificial. A pesquisa reconhece que a baixa incidência de luz natural pode levar a problemas psicológicos e fisiológicos, desde alterações de humor e sono (Dumont; Beaulieu, 2007) até obesidade e síndrome metabólica (Gómez-Abellán et al., 2012). A avaliação do conforto lumínico deveria levar em conta a percepção visual, o ritmo circadiano e o senso de proteção e privacidade (Tamura, 2017a). A metodologia empregou medições de iluminância utilizando luxímetros, seguindo o protocolo de medição indicado na NBR ISO/CIE 8995/2013. A análise levou em conta o número limitado de equipamentos disponíveis. A pesquisa menciona a necessidade de analisar o Índice de Reprodução de Cor (IRC) do sistema de iluminação, porém, a impossibilidade de utilizar todos os dados registrados pelos instrumentos de medição impossibilitou uma análise completa nesse quesito. Sugestões para futuros estudos incluem uma análise mais profunda dos dados registrados pelo actímetro e novos ensaios para confirmar se o IRC atinge o valor mínimo recomendado pela NBR ISO/CIE 8995/2013 e NHO 11/2018 para escritórios (IRC ≥ 80).

A avaliação do conforto acústico na CBBC utilizou um mapa de ruído ambiental prévio da UTFPR Sede Ecoville (Amarilla et al., 2018), que foi atualizado com os dados do entorno da CBBC (Ribeiro; Amarilla, 2018). As medições de nível de pressão sonora foram realizadas em abril e novamente durante a APO, em diferentes horários e orientações dos módulos. Os resultados mostraram que os níveis de ruído ultrapassaram o limite de 55 dB(A) recomendado para áreas mistas predominantemente residenciais no período diurno (ABNT, 2000), sendo que o Módulo de Controle (MC), mais próximo da via de tráfego, apresentou níveis de ruído mais altos (67 dB(A)) do que o Módulo Experimental (ME) (65 dB(A)). A localização da UTFPR Sede Ecoville no Setor Especial – Nova Curitiba (SE-NC), com limite máximo de 65 dB(A) (Curitiba, 2000), coloca o ME dentro da conformidade, enquanto o MC está marginalmente fora dos limites aceitáveis. A diferença na orientação das janelas entre as medições de abril e a APO, inviabilizou a comparação direta dos dados do ME, dificultando a análise completa da percepção acústica dos participantes nesse módulo.

A seção contextualiza a CBBC, apresentando exemplos de câmaras climáticas internacionais. Menciona-se a primeira câmara dedicada a experimentos com humanos, construída na Technical University of Denmark na década de 1960 (Langkilde, 2010), com 16m² e sistemas independentes de controle de temperatura, umidade e velocidade do ar. Os resultados obtidos nessa câmara pioneira influenciaram os fundamentos do conforto térmico (Fanger, 1970). O Projeto PASSYS, financiado pela Comissão Europeia entre 1986 e 1989 (Cordis, 2018), é destacado, com suas células-teste outdoor PASLINK, classificadas como câmaras climáticas com alto isolamento térmico. A célula PASLINK, com face removível para testes de componentes, é exemplificada por um experimento do Belgian Building Research Institute em Limelette, Bélgica (Strachan; Vandaele, 2008). Outras referências incluem a University of Texas in Austin, com câmaras climáticas dedicadas a estudos de qualidade do ar (Sarwar et al., 2003) e controle de fluxo de ar, temperatura e umidade (UTA, 2018). O Aachen Comfort Cube na Alemanha (Möhlenkamp et al., 2016), uma câmara modular de 4m² com controle individual de temperatura das superfícies, também é mencionado, assim como o uso de fornos Pasteur como câmaras climáticas de bancada e a importância da calibração de instrumentos para minimizar incertezas de medição (Brionizio; Mainier, 2006; Dicla, 2016; INMETRO, 2018). Diversos estudos internacionais são referenciados, sobre temas como adaptação termofisiológica, aclimatação passiva ao calor e balanço de energia interna do corpo (Lichtenbelt, 2012; Pallubinsky et al., 2017; Kingma et al., 2017).

Em contraste com a variedade de câmaras climáticas internacionais, a seção ressalta a escassez desses equipamentos no contexto nacional. A pesquisa identifica equipamentos similares no Brasil, utilizados em estudos de conforto ambiental e desempenho térmico de sistemas construtivos. Um exemplo é o calorímetro desenvolvido na Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC) (Marinoski, 2010), um trailer de 5,6m² equipado para determinar o fator solar de vidros e janelas. A pesquisa também menciona o uso de câmaras climáticas em outros setores, como na análise de produtos farmacêuticos, regulamentada pela ANVISA (Resolução RE nº 1, 2005) (Nunes et al., 2007), e em estudos de impacto das mudanças climáticas em agricultura e pecuária (Embrapa, 2007; Eustáquio Filho et al., 2011; Starling et al., 2005; Souto; Milagres; Silva, 1975). A falta de normas específicas para construção de câmaras climáticas no Brasil é contrastada com a norma ISO 14644 (ISO, 2015) nos Estados Unidos, que define parâmetros construtivos para ambientes controlados, adotada pelo American National Standards (ANS) e Institute of Environmental Sciences and Technology (IEST). A escassez de câmaras climáticas no Brasil evidencia a necessidade de mais investimento e desenvolvimento nessa área de pesquisa, principalmente para estudos relacionados ao conforto ambiental e desempenho térmico de sistemas construtivos.

A metodologia empregada para avaliar o desempenho da CBBC envolveu múltiplas etapas. Inicialmente, foram realizadas medições contínuas de variáveis ambientais, incluindo temperatura, umidade relativa, iluminância e níveis de ruído em ambos os módulos (Módulo de Controle - MC e Módulo Experimental - ME). Para avaliar a percepção do conforto pelos ocupantes, foi realizada uma Avaliação Pós-Ocupação (APO) com 136 estudantes dos cursos de Arquitetura e Urbanismo e Engenharia Civil da UTFPR Ecoville. A escolha desse público visou garantir uma maior familiaridade com os conceitos de conforto ambiental e desempenho construtivo. Os participantes realizaram um teste psicológico (Teste G-38) e responderam a um questionário APO, o qual foi adaptado do questionário BOSSA, considerando a diferença entre a configuração da CBBC (um escritório individual fechado) e os escritórios panorâmicos para os quais o BOSSA foi originalmente projetado. O questionário foi aplicado em três rodadas em salas de aula da UTFPR, com o ar condicionado desligado e janelas fechadas, simulando as condições da CBBC. Os dados de temperatura e umidade foram coletados com sensores, sendo que o sistema de proteção dos sensores foi melhorado entre a fase de análise térmica (abril) e a fase da APO (agosto), devido à insuficiência da proteção original contra insolação. A plataforma utilizada para a aplicação do teste e questionário foi desenvolvida com tecnologias web (CSS, HTML e Javascript), permitindo o controle e registro das respostas e tempo de execução do teste.

A análise dos dados de desempenho térmico da CBBC utilizou termografia para identificar pontos críticos de ganho e perda de calor. Foram analisadas as temperaturas de superfície (T S ) em diferentes pontos da CBBC, revelando que valores elevados foram registrados nas fachadas cegas orientadas a Oeste, principalmente devido à insolação direta, situação prevista pela simulação de insolação no solstício de inverno. A orientação da janela (MC voltado para Norte e ME para Sul) também gerou diferenças significativas na temperatura. Observou-se também sobreaquecimento na região da logo da CBBC. A análise termográfica da cobertura apontou diferenças entre os módulos, com o MC recebendo sombra das árvores vizinhas e o ME apresentando acúmulo de partículas em regiões abauladas do container. No ensaio de manutenção de temperatura mínima (16°C), o sistema de climatização levou cerca de duas horas para homogeneizar a temperatura de superfície no MC. A comparação das temperaturas internas e externas ressaltou a influência da orientação geográfica das aberturas e a necessidade de ponderar a insolação em períodos frios e a proteção solar em períodos quentes em projetos de edificações reais. A transmitância térmica (U) da CBBC se mostrou dentro dos valores máximos esperados, porém a capacidade térmica (CT) das paredes e o atraso térmico (φ) da janela não atenderam aos parâmetros mínimos recomendados, principalmente em relação às paredes leves e ao vidro temperado (6mm), indicando pontos de melhoria no isolamento térmico.

Os resultados da Avaliação Pós-Ocupação (APO) indicaram alta percepção de conforto térmico, lumínico e acústico na CBBC, embora a percepção de desconforto térmico tenha sido duas vezes maior no MC do que no ME. Essa diferença é atribuída à orientação das janelas, com o MC voltado para o Norte recebendo maior insolação. A análise da percepção acústica utilizou dados de um mapa de ruído ambiental, revelando que os níveis de ruído em ambos os módulos superaram o limite recomendado para áreas mistas predominantemente residenciais no período diurno (55 dB(A)), principalmente no MC, devido à sua proximidade com a via de tráfego. A orientação das janelas durante a APO (MC para Norte e ME para Sul) dificultou a comparação dos resultados de percepção acústica entre os módulos. A análise considerou as normas NR 17 (Ergonomia) e NR 15 (Atividades e Operações Insalubres) para estabelecer referenciais de temperatura e tempo de exposição ao calor em atividades leves. O estudo concluiu que a CBBC atendeu aos limites toleráveis da NR 15, mas não à recomendação da NR 17, destacando a importância de acionar o sistema de climatização para experimentos com duração superior a 30 minutos. A pesquisa ressalta a importância de estudos futuros para aprofundar a análise dos dados e confirmar os resultados.

A pesquisa demonstrou a viabilidade da construção e utilização da Câmara Bioclimática de Baixo Custo (CBBC) para estudos de conforto ambiental e desempenho de edificações. Os resultados da Avaliação Pós-Ocupação (APO) indicaram alta satisfação dos usuários em relação ao conforto térmico, lumínico e acústico, embora tenham sido identificadas algumas áreas para melhoria. A orientação geográfica das aberturas mostrou-se um fator crucial na percepção do conforto térmico, com o módulo voltado para o norte apresentando maior incidência de reclamações de calor. A análise termográfica revelou pontos de fragilidade no isolamento térmico, particularmente na janela, e a necessidade de otimizar o desempenho dos sistemas de climatização e iluminação. A pesquisa reforça a importância de integrar os aspectos de desempenho térmico, lumínico e acústico, seguindo diretrizes normativas como a NBR 15575/2013. Os níveis de ruído, embora acima dos limites ideais para áreas residenciais, se mostraram condizentes com a localização da CBBC na UTFPR Ecoville, Curitiba/PR, dentro dos limites do zoneamento urbano. A metodologia empregada demonstrou-se eficaz para coleta e análise de dados, porém, a utilização de questionários adaptados e a limitação de equipamentos disponíveis sugerem a necessidade de refinamentos em trabalhos futuros.

Com base nos resultados obtidos, a pesquisa recomenda aprofundar a análise dos dados registrados pelo actímetro, especialmente o método de conversão dos valores de irradiância em temperatura de corpo. Novos ensaios também são recomendados para confirmar o Índice de Reprodução de Cor (IRC) do sistema de iluminação, visando atingir o valor mínimo de 80, recomendado pelas normas NBR ISO/CIE 8995/2013 e NHO 11/2018 para ambientes de escritório. A melhoria do isolamento termoacústico, principalmente da janela, é apontada como fundamental. A pesquisa sugere a instalação de uma segunda janela sobreposta à existente, já implementada no Módulo Experimental e prevista para o Módulo de Controle, como uma solução de baixo custo. A análise detalhada desta intervenção será objeto de pesquisa posterior. Além disso, estudos adicionais são necessários para otimizar o desempenho do sistema de climatização, considerando que, em experimentos com duração superior a 30 minutos, a CBBC, em sua configuração atual, não atende plenamente à recomendação da NR 17 (Ergonomia) em relação à temperatura ambiente. A replicabilidade do modelo CBBC em outras zonas bioclimáticas e em diferentes contextos de uso deve ser explorada como um foco importante de pesquisas futuras, buscando o desenvolvimento de soluções de construção sustentável adaptáveis e replicáveis.