Comportamento térmico de edificações : influência do contato com o solo no desempenho térmico de edificações nos diferentes climas do Estado do Paraná

Abstract

Resumo: A crescente preocupação com os impactos ambientais e a sustentabilidade na construção civil, um dos principais setores responsáveis pelas emissões globais de CO2 e pelo consumo de recursos naturais, tem impulsionado a busca por soluções mais eficientes e sustentáveis. A arquitetura adaptada ao clima surge como uma abordagem promissora para melhorar a eficiência térmica e energética das edificações. No entanto, muitos projetos ainda falham em considerar adequadamente as condições locais, resultando em construções ineficientes. Pesquisadores têm desenvolvido ferramentas de apoio ao projeto, que fornecem diretrizes gerais para arquitetos e engenheiros. No entanto, um aspecto frequentemente negligenciado nessas diretrizes é a relação entre a edificação e o solo, apesar de sua influência significativa no desempenho térmico. O contato com o solo pode desempenhar um papel essencial na regulação térmica passiva das edificações, uma vez que a troca de calor entre a edificação e o solo pode representar uma parcela significativa da carga térmica total para aquecimento ou resfriamento. Neste contexto, esta pesquisa avaliou o impacto do contato com o solo como estratégia de condicionamento passivo em edificações residenciais térreas, considerando diferentes climas do estado do Paraná. A análise foi conduzida por meio de simulações computacionais no software EnergyPlus, variando as condições de contato com o solo e a composição da envoltória das edificações. Os resultados indicam que a estratégia mais eficiente varia conforme o clima local. Em cidades de clima quente e úmido, como Paranaguá, o contato direto com o solo sem isolamento térmico mostrou-se a solução mais eficaz, proporcionando maior estabilidade térmica e reduzindo a ocorrência de temperaturas extremas. Já em cidades de clima mais frio, como Curitiba e Ivaí, o contato direto com o solo sem isolamento resultou em desconforto térmico por frio, sendo mais vantajoso adotar isolamento térmico na envoltória para reduzir perdas de calor. Em Campo Mourão, cidade de clima intermediário, o contato com o solo sem isolamento também apresentou bom desempenho, mas a escolha ideal depende da prioridade entre estabilidade térmica e redução de temperaturas extremas. Além disso, a elevação da edificação sobre pilotis resultou em maior amplitude térmica, sendo menos indicada para climas com grande variação sazonal. Já a elevação com câmara de ar não ventilada (porão fechado) apresentou um efeito intermediário, reduzindo a perda de calor para o solo no inverno, mas podendo acumular calor excessivo no verão. Como limitação da pesquisa, destaca-se a complexidade da seleção e manipulação das variáveis relevantes ao estudo, o que resultou em um número restrito de cenários avaliados. No entanto, os achados reforçam a importância do contato com o solo como estratégia bioclimática, demonstrando que sua aplicação deve ser cuidadosamente adaptada às condições climáticas locais para otimizar o conforto térmico e reduzir a demanda energética das edificações

Abstract: The growing concern about environmental impacts and sustainability in the construction industry—one of the main sectors responsible for global CO2 emissions and the consumption of natural resources—has driven the search for more efficient and sustainable solutions. Climate-adaptive architecture emerges as a promising approach to improving the thermal and energy efficiency of buildings. However, many projects still fail to adequately consider local conditions, resulting in inefficient constructions. Researchers have developed design support tools that provide general guidelines for architects and engineers. However, one often overlooked aspect of these guidelines is the relationship between the building and the ground, despite its significant influence on thermal performance. The contact with the ground can play a crucial role in the passive thermal regulation of buildings, as heat exchange between the building and the ground can represent a substantial portion of the total thermal load for heating or cooling. In this context, this research evaluated the impact of ground contact as a passive conditioning strategy in single-story residential buildings, considering different climates in the state of Paraná, Brazil. The analysis was conducted through computer simulations using the EnergyPlus software, varying ground contact conditions and the composition of the building envelope. The results indicate that the most efficient strategy varies according to the local climate. In cities with a hot and humid climate, such as Paranaguá, direct contact with the ground without thermal insulation proved to be the most effective solution, providing greater thermal stability and reducing the occurrence of extreme temperatures. In colder cities, such as Curitiba and Ivaí, direct ground contact without insulation resulted in thermal discomfort due to cold, making thermal insulation in the building envelope a more advantageous option to reduce heat loss. In Campo Mourão, a city with an intermediate climate, ground contact without insulation also performed well, but the ideal choice depends on the priority between thermal stability and the reduction of extreme temperatures. Additionally, elevating the building on stilts resulted in greater thermal amplitude, making it less suitable for climates with significant seasonal variation. Meanwhile, elevation with an unventilated air chamber (sealed basement) had an intermediate effect, reducing heat loss to the ground in winter but potentially accumulating excessive heat in summer. A limitation of the research is the complexity of selecting and manipulating relevant variables for the study, which led to a restricted number of evaluated scenarios. However, the findings reinforce the importance of ground contact as a bioclimatic strategy, demonstrating that its application should be carefully adapted to local climatic conditions to optimize thermal comfort and reduce buildings' energy demand