EFICIÊNCIA ENERGÉTICA
Avaliação da Temperatura Superficial dos Materiais de Superfície Urbana PROFª DRª CLÁUDIA COTRIM PEZZUTO Prof. Dra. da Faculdade de Engenharia Civil – CEATEC – Pontifícia Universidade Católica de Campinas, Brasil claudiapezzuto@puc-campinas.edu.br
Grupo de Pesquisa: Eficiência Energética Sub-Área CNPq: Engenharias, Engenharia Civil; Materiais componentes de Construção Linha de Pesquisa: Planejamento Urbano e Gestão de Sistemas de Infraestrutura Urbana Grande Área do Conhecimento: Engenharias Programa Integrado de Iniciação Científica (PIC). Período de Agosto/2016 à Julho/2017, sem renovação .
FINANCIAMENTO PIBIC / CNPq
BIANCA DA CUNHA BANDEIRA RODRIGUES Aluna de Iniciação Científica da Faculdade de Arquitetura e Urbanismo – CEATEC – Pontifícia Universidade Católica de Campinas, Brasil. bibi_bandeira@yahoo.com.br
Sob o olhar do pedestre
Cenรกrio Urbano
Imagem Termogrรกfica
Cenรกrio Urbano
Introdução ▪ Coberturas e Pavimentos correspondem a 25% e 35% das superfícies no meio urbano, respectivamente (SANTAMOURIS, 2014).
A escolha de materiais de elevado albedo na composição de superfícies urbanas é uma das técnicas de projeto mais eficazes para o controle da temperatura na escala do pedestre e para a minimização dos ganhos térmicos na edificação (ERELL, 2013; DORNELLES e RORIZ, 2006). O planejamento das cidades em região tropical, pode acarretar em uma redução de até 1,2°C na temperatura média do microclima da cidade e, consequentemente, gerar uma economia de 5 a 10% dos gastos com climatização artificial para cada edifício inserido neste contexto (WONG et al, 2011).
Objetivo Este estudo realiza uma avaliação comparativa dos valores de refletância e temperatura superficial entre materiais componentes das pavimentações urbanas. ▪ Os valores de refletância pertencem ao banco de dados da orientadora RODRIGUES e PEZZUTO, 2013; RODRIGUES et al, 2015; POLONI e PEZZUTO, 2015
▪ As 20 amostras são observadas frente à exposição à radiação solar direta durante 24 horas, a cada 1 hora, nos dias de equinócio de outono e solstício de inverno. ▪ A temperatura superficial é obtida através da Câmera Espectrotermal FLUKE Ti110 que produz imagens em infravermelho.
Sob o olhar do pedestre
Espaรงos abertos
Sob o olhar do pedestre
Espaรงos abertos
Metodologia da Pesquisa Estudos Preliminares
Resgate do Banco de Dados
Coleta de Dados
Integração dos Resultados
• Estudos bibliográficos
• Notação das Absortâncias e Refletâncias já pesquisadas anteriormente
• Temperatura Superficial
• Interpretação dos dados
• Temperatura e Umidade do Ar
• Análises comparativas
• Velocidade dos ventos
• Conclusão
• Reuniões com a orientadora
• Testes com equipamentos
• Seleção das amostras
Resgate do Banco de Dados: Absortância e Refletância Espectrômetro Portátil ALTA II
RODRIGUES e PEZZUTO, 2013; RODRIGUES et al, 2015; POLONI e PEZZUTO, 2015
Foto
Amostra
Cor/Pigmento
Absortância α (%)
Refletância ρ (%)
1
CCSP
Sem Pigmento
69,30
30,70
2
CCPAz
Azul
72,49
27,51
3
CCPVd
Verde
73,81
26,19
4
CCPAm
Amarelo
75,81
24,19
5
CCPVm
Vermelho
86,34
13,66
6
CCPM
Marrom
90,15
9,85
7
CCPP
Preto
97,36
2,64
Bloco Cimento Cinza
RODRIGUES e PEZZUTO, 2013; RODRIGUES et al, 2015.
Tab
Foto
Amostra
Cor/Pigmento
Absortância α (%)
Refletância ρ (%)
8
CBSP
Sem Pigmento
55,39
44,61
9
CBPAz
Azul
69,38
30,62
10
CBPVd
Verde
73,17
26,83
11
CBPAm
Amarelo
68,96
31,04
12
CBPVm
Vermelho
80,57
19,43
13
CBPM
Marrom
87,61
12,39
14
CBPP
Preto
96,74
3,26
Bloco Cimento Branco
RODRIGUES e PEZZUTO, 2013; RODRIGUES et al, 2015.
Tab
Foto
Amostra
Cor/Pigmento
Absortância α (%)
Refletância ρ (%)
15
PMrC
Pedra Miracema
Cinza
86,84
13,16
16
PMdB
Pedra Madeira
Branco
68,02
31,98
17
PCTAm
Pedra Caco São Tomé
Amarelo
77,62
22,38
18
PPB
Branco
49,78
50,22
19
PPAm
Amarelo
78,52
21,48
20
PPP
Preto
90,55
9,45
Pedra Portuguesa
POLONI e PEZZUTO, 2015.
Tab
Coleta de dados de Temperatura Superficial Câmera Espectrotermal FLUKE Ti110
Realizados nos dias 22 de março e 22 de junho
Amostras em Campo Após o preparo das amostras para a exposição, iniciou-se a coleta de dados de Temperatura Superficial das 0h até as 0h do dia seguinte.
dias 22 de março - EQUINÓCIO DE OUTONO; e 22 de junho - SOLSTÍCIO DE INVERNO
Coleta de dados de Temperatura Superficial por imagem termográfica e interpetação pelo Software SmartView
dias 22 de março - EQUINÓCIO DE OUTONO; e 22 de junho - SOLSTÍCIO DE INVERNO
Coleta de dados de Temperatura Superficial por imagem termográfica e interpetação pelo Software SmartView
dias 22 de março - EQUINÓCIO DE OUTONO; e 22 de junho - SOLSTÍCIO DE INVERNO
Coleta de dados de Temperatura Superficial por imagem termográfica e interpetação pelo Software SmartView
dias 22 de março - EQUINÓCIO DE OUTONO; e 22 de junho - SOLSTÍCIO DE INVERNO
Integração dos Resultados ALTA II: Refletâncias e Absortâncias FLUKE Ti110: Temperatura Superficial TESTO 174H: Temperatura e Umidade do ar CEPAGRI: Temperatura e Umidade relativa diária
Temperatura do ar e Umidade do ar EQUINÓCIO DE OUTONO 22 / março / 2017
SOLSTÍCIO DE INVERNO 22 / junho / 2017
Datalogger TESTO 174H
Previsão do tempo Mínima : 17ºC Máxima: 31ºC
Previsão do tempo Mínima : 12ºC Máxima: 26ºC
CEPAGRI Estação Meteorológica UNICAMP
Equinócio de Outono Blocos de Cimento Cinza
Variação térmica diária, considerando temperatura superficial média
Amostra
foto
α (%)
1
CCSP
69,30
2
CCPAz
72,49
3
CCPVd
73,81
4
CCPAm
75,81
5
CCPVm
86,34
6
CCPM
90,15
7
CCPP
97,36
8
CBSP
55,39
9
CBPAz
69,38
10
CBPVd
73,17
11
CBPAm
68,96
12
CBPVm
80,57
13
CBPM
87,61
14
CBPP
96,74
15
PMrC
86,84
16
PMdB
68,02
17
PCTAm
77,62
18
PPB
49,78
19
PPAm
78,52
20
PPP
90,55
Equinócio de Outono Blocos de Cimento Branco
Variação térmica diária, considerando temperatura superficial média
Amostra
foto
α (%)
1
CCSP
69,30
2
CCPAz
72,49
3
CCPVd
73,81
4
CCPAm
75,81
5
CCPVm
86,34
6
CCPM
90,15
7
CCPP
97,36
8
CBSP
55,39
9
CBPAz
69,38
10
CBPVd
73,17
11
CBPAm
68,96
12
CBPVm
80,57
13
CBPM
87,61
14
CBPP
96,74
15
PMrC
86,84
16
PMdB
68,02
17
PCTAm
77,62
18
PPB
49,78
19
PPAm
78,52
20
PPP
90,55
Equinócio de Outono Pedras de Piso
Variação térmica diária, considerando temperatura superficial média
Amostra
foto
α (%)
1
CCSP
69,30
2
CCPAz
72,49
3
CCPVd
73,81
4
CCPAm
75,81
5
CCPVm
86,34
6
CCPM
90,15
7
CCPP
97,36
8
CBSP
55,39
9
CBPAz
69,38
10
CBPVd
73,17
11
CBPAm
68,96
12
CBPVm
80,57
13
CBPM
87,61
14
CBPP
96,74
15
PMrC
86,84
16
PMdB
68,02
17
PCTAm
77,62
18
PPB
49,78
19
PPAm
78,52
20
PPP
90,55
Solstício de Inverno Blocos de Cimento Cinza
Variação térmica diária, considerando temperatura superficial média
Amostra
foto
α (%)
1
CCSP
69,30
2
CCPAz
72,49
3
CCPVd
73,81
4
CCPAm
75,81
5
CCPVm
86,34
6
CCPM
90,15
7
CCPP
97,36
8
CBSP
55,39
9
CBPAz
69,38
10
CBPVd
73,17
11
CBPAm
68,96
12
CBPVm
80,57
13
CBPM
87,61
14
CBPP
96,74
15
PMrC
86,84
16
PMdB
68,02
17
PCTAm
77,62
18
PPB
49,78
19
PPAm
78,52
20
PPP
90,55
Solstício de Inverno Blocos de Cimento Branco
Variação térmica diária, considerando temperatura superficial média
Amostra
foto
α (%)
1
CCSP
69,30
2
CCPAz
72,49
3
CCPVd
73,81
4
CCPAm
75,81
5
CCPVm
86,34
6
CCPM
90,15
7
CCPP
97,36
8
CBSP
55,39
9
CBPAz
69,38
10
CBPVd
73,17
11
CBPAm
68,96
12
CBPVm
80,57
13
CBPM
87,61
14
CBPP
96,74
15
PMrC
86,84
16
PMdB
68,02
17
PCTAm
77,62
18
PPB
49,78
19
PPAm
78,52
20
PPP
90,55
Solstício de Inverno Pedras de Piso
Variação térmica diária, considerando temperatura superficial média
Amostra
foto
α (%)
1
CCSP
69,30
2
CCPAz
72,49
3
CCPVd
73,81
4
CCPAm
75,81
5
CCPVm
86,34
6
CCPM
90,15
7
CCPP
97,36
8
CBSP
55,39
9
CBPAz
69,38
10
CBPVd
73,17
11
CBPAm
68,96
12
CBPVm
80,57
13
CBPM
87,61
14
CBPP
96,74
15
PMrC
86,84
16
PMdB
68,02
17
PCTAm
77,62
18
PPB
49,78
19
PPAm
78,52
20
PPP
90,55
* Variação térmica diária, considerando temperatura superficial média
Interpretação dos Dados * 22 de março – Equinócio de outono
22 de junho – Solstício de Inverno
▪Aquecimento: 6 horas após o nascer do sol até estabilizar suas temperaturas, variando média 40ºC
▪Aquecimento: 5 horas após o nascer do sol, até estabilizar suas temperaturas, variando média 27ºC
▪Aquecimento mais rápido: 12,1ºC/h Pedra Miracema Cinza, α: 86,84%; Δ 48,7ºC, 8h – 12h
▪Aquecimento mais rápido: 8,7ºC/h Pedra Miracema Cinza, α: 86,84%; Δ 33,4ºC, 9h – 12h
▪Maiores Temperaturas: 12h 61,9ºC Pedra Miracema Cinza, α: 86,84%; 60,1ºC Bloco de Cimento Cinza Marrom, α: 90,15 % 59,5ºC Bloco de Cimento Cinza Preto, α: 97,36 %
▪Maiores Temperaturas: 14h 46,5ºC Bloco de Cimento Branco Preto, α: 96,74%; 45,0ºC Bloco de Cimento Branco Marrom, α: 96,74% 44,2ºC Bloco de Cimento Cinza Marrom, α: 87,61%
▪Menores Temperaturas: PERÍODO NOTURNO Pedra Portuguesa Branca, α: 49,78%; Bloco de Cimento Branco Sem Pigmento, α: 55,39%
▪Menores Temperaturas: PERÍODO NOTURNO Pedra Caco São Tomé Amarela, α: 77,62% Pedra Portuguesa Branca, α: 49,78%;
Equinócio de Outono
BOXPLOT da Variação térmica diária, considerando temperatura superficial mínima, média e máxima
Amostra
foto
α (%)
1
CCSP
69,30
2
CCPAz
72,49
3
CCPVd
73,81
4
CCPAm
75,81
5
CCPVm
86,34
6
CCPM
90,15
7
CCPP
97,36
8
CBSP
55,39
9
CBPAz
69,38
10
CBPVd
73,17
11
CBPAm
68,96
12
CBPVm
80,57
13
CBPM
87,61
14
CBPP
96,74
15
PMrC
86,84
16
PMdB
68,02
17
PCTAm
77,62
18
PPB
49,78
19
PPAm
78,52
20
PPP
90,55
Equinócio de Outono MAIORES REGISTROS
BOXPLOT da Variação térmica diária, considerando temperatura superficial mínima, média e máxima
Amostra
foto
α (%)
1
CCSP
69,30
2
CCPAz
72,49
3
CCPVd
73,81
4
CCPAm
75,81
5
CCPVm
86,34
6
CCPM
90,15
7
CCPP
97,36
8
CBSP
55,39
9
CBPAz
69,38
10
CBPVd
73,17
11
CBPAm
68,96
12
CBPVm
80,57
13
CBPM
87,61
14
CBPP
96,74
15
PMrC
86,84
16
PMdB
68,02
17
PCTAm
77,62
18
PPB
49,78
19
PPAm
78,52
20
PPP
90,55
Equinócio de Outono MENORES REGISTROS
BOXPLOT da Variação térmica diária, considerando temperatura superficial mínima, média e máxima
Amostra
foto
α (%)
1
CCSP
69,30
2
CCPAz
72,49
3
CCPVd
73,81
4
CCPAm
75,81
5
CCPVm
86,34
6
CCPM
90,15
7
CCPP
97,36
8
CBSP
55,39
9
CBPAz
69,38
10
CBPVd
73,17
11
CBPAm
68,96
12
CBPVm
80,57
13
CBPM
87,61
14
CBPP
96,74
15
PMrC
86,84
16
PMdB
68,02
17
PCTAm
77,62
18
PPB
49,78
19
PPAm
78,52
20
PPP
90,55
Solstício de Inverno
BOXPLOT da Variação térmica diária, considerando temperatura superficial mínima, média e máxima
Amostra
foto
α (%)
1
CCSP
69,30
2
CCPAz
72,49
3
CCPVd
73,81
4
CCPAm
75,81
5
CCPVm
86,34
6
CCPM
90,15
7
CCPP
97,36
8
CBSP
55,39
9
CBPAz
69,38
10
CBPVd
73,17
11
CBPAm
68,96
12
CBPVm
80,57
13
CBPM
87,61
14
CBPP
96,74
15
PMrC
86,84
16
PMdB
68,02
17
PCTAm
77,62
18
PPB
49,78
19
PPAm
78,52
20
PPP
90,55
Solstício de Inverno MAIORES REGISTROS
BOXPLOT da Variação térmica diária, considerando temperatura superficial mínima, média e máxima
Amostra
foto
α (%)
1
CCSP
69,30
2
CCPAz
72,49
3
CCPVd
73,81
4
CCPAm
75,81
5
CCPVm
86,34
6
CCPM
90,15
7
CCPP
97,36
8
CBSP
55,39
9
CBPAz
69,38
10
CBPVd
73,17
11
CBPAm
68,96
12
CBPVm
80,57
13
CBPM
87,61
14
CBPP
96,74
15
PMrC
86,84
16
PMdB
68,02
17
PCTAm
77,62
18
PPB
49,78
19
PPAm
78,52
20
PPP
90,55
Solstício de Inverno MENORES REGISTROS
BOXPLOT da Variação térmica diária, considerando temperatura superficial mínima, média e máxima
Amostra
foto
α (%)
1
CCSP
69,30
2
CCPAz
72,49
3
CCPVd
73,81
4
CCPAm
75,81
5
CCPVm
86,34
6
CCPM
90,15
7
CCPP
97,36
8
CBSP
55,39
9
CBPAz
69,38
10
CBPVd
73,17
11
CBPAm
68,96
12
CBPVm
80,57
13
CBPM
87,61
14
CBPP
96,74
15
PMrC
86,84
16
PMdB
68,02
17
PCTAm
77,62
18
PPB
49,78
19
PPAm
78,52
20
PPP
90,55
Resultados e Conclusões ▪Esperava-se que as amostras de absortâncias mais elevadas representassem os maiores registros de temperatura neste experimento, porém notou-se que características como a rugosidade, porosidade e heterogeneidade, são fatores igualmente relevantes e devem ser considerados para próximas pesquisas. ▪As amostras cujas absortâncias são mais elevadas apresentaram maiores variações térmicas, elevando suas temperaturas de maneira mais acelerada que outras frente à exposição solar. ▪Materiais semelhantes apresentaram temperaturas aproximadas durante o período noturno (antes do nascer do sol e após o pôr do sol), e também apresentaram curvas de temperatura similares durante os períodos de aquecimento e resfriamento, diferenciando apenas em função de suas capacidades de absortânicia.
▪O experimento faz uma comparação dos materiais entre suas temperaturas superficiais ao longo do dia levando em conta principalmente o seu albedo, mas o desempenho térmico dos materiais provém, na verdade, da soma de todas as suas características físicas.
Conclusões ▪A observação dos comportamentos de aquecimento e resfriamento frente à diferentes estações do ano auxilia a compreensão da dinâmica térmica que os materiais de pavimentação exercem sobre as condições de conforto na escala do pedestre. ▪Sendo assim, este estudo pode auxiliar a escolha de materiais adequados para pavimentação urbana, uma vez que mostra que a preferência por materiais de elevada capacidade de refletância é uma das estratégias mais eficazes para a minimização dos ganhos térmicos para com o ambiente.
“
A absortância solar das superfícies opacas não é influenciada unicamente pela cor que apresentam. (…) As diversas características físicas que a superfície apresenta formam um conjunto de fatores que irão influenciar diretamente em sua absortância. DORNELLES, 2008
,,
Agradecimentos ▪ Ao PIBIC/CNPq pelo financiamento desta bolsa de Iniciação Científica ▪ À orientadora profª drª Cláudia Cotrim Pezzuto pela excelente orientação e por todo o apoio durante a pesquisa ▪ Ao Laboratório de Conforto Ambiental por disponibilizar os equipamentos utilizados nessa pesquisa ▪ Ao CAECOMP por disponibilizar do espaço para o repouso durante o período noturno de medições ▪ À aluna Milena Ávila, por ajudar na coleta de dados de temperatura superficial, do Solstício de Inverno
Obrigada
à todos pela presença
Referências Bibliográficas ▪ CENTRO DE PESQUISAS METEOROLÓGICAS E CLIMÁTICAS APLICADAS À AGRICULTURA. Clima de Campinas. Disponível em < http://www.cepagri.unicamp.br/>. Acesso em 21 de março de 2017; 21 de junho de 2017. ▪ DORNELLES, K. A. Absortância Solar de Superfícies Opacas: Métodos de Determinação e Base de Dados Para Tintas Látex Acrílica e PVA. 2008. 152 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil) - Universidade Estadual de Campinas, Campinas. 2008. ▪ DORNELLES, K. A; RORIZ, M. Identificação Da Absortância Solar De Superfícies Opacas Por Meio De Espectrômetro De Baixo Custo, In: ENCONTRO NACIONAL DE TECNOLOGIA NO AMBIENTE CONSTRUÍDO, 11, Florianópolis, 2006. Anais... Florianópolis, ENTAC, 2006. Páginas 314 à 323. ▪ ERELL E; BONEH D; PEARLMUTTER D; BAR-KUTIEL P. Effect of High-albedo Materials on Pedestrian Thermal Sensation in Urban Street Canyons in Hot Climates, In: CONFERENCE, SUSTAINABLE FOR A RENEWABLE FUTURE, 29; 2013. Anais... Munique, PLEA, 2013. ▪POLONI, M. P e PEZZUTO, C. C. Medidas De Refletância de Materiais de Superfície Urbana Utilizando o Espectrômetro Portátil Alta, In: ENCONTRO DE INICIAÇÃO EM DESENVOLVIMENTO TECNOLÓGICO E INOVAÇÃO, 9, 5; 2015. Anais... Campinas, 2015. ▪ RODRIGUES, G. K; PEZZUTO, C. C. Medição da refletância e análise de sua influência nos materiais construtivos da envoltória da edificação. In: ENCONTRO DE INICIAÇÃO EM DESENVOLVIMENTO TECNOLÓGICO E INOVAÇÃO, 7, 3; 2013. Anais... Campinas , 2013. ▪ RODRIGUES, B. C. B; e PEZZUTO, C. C. Avaliação da Temperatura Superficial dos Materiais de Superfície Urbana, In: ENCONTRO DE INICIAÇÃO EM DESENVOLVIMENTO TECNOLÓGICO E INOVAÇÃO, 12, 7; 2015. Anais... Campinas, 2017. ▪ RODRIGUES, G. K; MUNIZ, L. P; PIMENTEL, L. L; PEZZUTO, C. C. Análise da Refletância em Diferentes Tonalidades de Cimento Branco e Cinza, In: ENCONTRO NACIONAL E LATINO-AMERICANO DE CONFORTO NO AMBIENTE CONSTRUÍDO, 13, 9; 2015. Anais... Campinas, 2015.
▪ SANTAMOURIS, M. Cooling the Cities – A Review of Reflective and Green Roof Mitigation Technologies to Fight Heat Island and Improve Comfort in Urban Environments. In: Science Direct. Solar Energy, 103, páginas 682 a 703. Elsiever, Grécia, 2014. ▪ WONG, N. H; JUSUF S. K; SYAFII, N I; CHEN Y; HAJADI, N.; SATHYANARAYANAN H; MANICKAVASAGAM Y. V. Evaluation of the Impact of the Surrounding Urban Morphologu on Building Energy Consumption. In: Science Direct. Solar Energy, 85, páginas 57 a 71. Elsiever, Singapura, 2011. ▪Design apresentação: Fidele Presentation Template. Disponível em <http://www.slidescarnival.com/fidele-free-presentation-template/971>. Acesso em 10 de setembro de 2017.