RESSALVA Atendendo solicitação do autor, o texto completo desta d i s s e r t a ç ã o será disponibilizado somente a parti de 22/03/2025. UNIVERSIDADE ESTADUAL PAULISTA “JÚLIO DE MESQUITA FILHO” FACULDADE DE ARQUITETURA ARTES COMUNICAÇÃO E DESIGN (FAAC) PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ARQUITETURA E URBANISMO (PPGARQ) ANTÔNIO CARLOS PEREIRA JUNIOR ATENUAÇÃO DA RADIAÇÃO SOLAR POR FACHADAS VERDES INDIRETAS COM DIFERENTES CAMADAS: ESTUDO COM A ESPÉCIE Distimake dissectus (Jacq.) A.R. Simões & Staples BAURU/SP 2024 ANTÔNIO CARLOS PEREIRA JUNIOR ATENUAÇÃO DA RADIAÇÃO SOLAR POR FACHADAS VERDES INDIRETAS COM DIFERENTES CAMADAS: ESTUDO COM A ESPÉCIE Distimake dissectus (Jacq.) A.R. Simões & Staples Dissertação de mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Arquitetura e Urbanismo (PPGARQ) da Faculdade de Arquitetura Artes Comunicação e Design da Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” campus de Bauru, como requisito parcial para obtenção do título de Mestre em Arquitetura e Urbanismo. Orientador: Profa. Dra. Maria Solange Gurgel de Castro Fontes. BAURU/SP 2024 Junior, Antônio Carlos Pereira. Atenuação da Radiação Solar por Fachadas Verdes Indiretas Com Diferentes Camadas: Estudo com a espécie Distimake Dissectus (Jacq.) A.R. Simões & Staples / Antônio Carlos Pereira Junior. – Bauru, 2024 104 f.: il. Dissertação (Mestrado)–Universidade Estadual Paulista (Unesp), Faculdade de Arquitetura, Artes, Comunicação e Design, Bauru. Orientadora: Maria Solange Gurgel de Castro. 1. Jardim Vertical. 2. Sistema de Paredes Vivas. 3. Influência Térmica. 4. Temperatura Superficial. I. Universidade Estadual Paulista. Faculdade de Arquitetura, Artes, Comunicação e Design. II. Título. DEDICATÓRIA Dedico este trabalho ao meu pai, Antonio Carlos Pereira, que sempre se empenhou incansavelmente para me proporcionar acesso à educação. Para mim, ele sempre será sinônimo de força, dedicação e inteligência. Mesmo não estando mais entre nós, seu espírito permanece vivo em meu coração. Portanto, dedico este trabalho a ele. AGRADECIMENTOS Agradeço em primeiro lugar a Deus, fonte de toda sabedoria e força, por me guiar ao longo desta jornada acadêmica e por me conceder a determinação para enfrentar os desafios. À minha querida família, expresso minha profunda gratidão pelo apoio inabalável, compreensão e amor incondicional durante todo o processo. Vocês foram minha rocha e minha fonte de inspiração, e não teria alcançado este marco sem o seu constante encorajamento e ajuda. À minha orientadora, Maria Solange, agradeço por sua orientação, dedicação, paciência e incentivo ao longo deste percurso. Seu conhecimento, expertise e apoio foram fundamentais para o desenvolvimento desta dissertação, e sou imensamente grato por sua orientação. À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), expresso meu sincero agradecimento pelo financiamento concedido, que viabilizou a realização desta pesquisa. Sua contribuição foi crucial para o sucesso deste trabalho. Também gostaria de estender meus agradecimentos a duas amigas especiais que o mestrado me presenteou, Isadora e Stella. Sua amizade, apoio mútuo e incentivo foram essenciais para enfrentar os desafios deste percurso acadêmico. A todos os que contribuíram de alguma forma para a realização desta dissertação, meu mais profundo reconhecimento e gratidão. RESUMO As fachadas verdes constituem uma das tipologias dos jardins verticais que podem ser utilizadas como estratégias bioclimáticas para atenuação da radiação solar. A implementação dessas estratégias, além de adicionar valor estético aos ambientes urbanos, têm impactos diretos na eficiência térmica e energética das edificações, gerando benefícios econômicos e ambientais. Com o objetivo de identificar a influência de diferentes camadas de fachadas verdes indiretas na atenuação da radiação solar foi desenvolvido um estudo experimental com fachadas verdes de de camada simples eutra dupla, com cavidade de 30 cm entre elas, utilizando a espécie de planta trepadeira Distimake dissectus (Jacq.) A.R. Simões & Staples, que ocorre em diversos biomas do Brasil, inclusive o Cerrado . O experimento foi realizado na cidade de Promissão-SP, e a metodologia contemplou o monitoramento do crescimento mensal da espécie para a determinação do Percentual de Cobertura Verde (PCV) e da radiação solar incidente e protegida, no período de 4 dias. Durante esse período, foram medidas a espessura da folhagem de cada fachada e coletadas 102 folhas para a determinação da área foliar, além da Densidade Área Foliar (DAF) e o Índice de Área Foliar (IAF). Os resultados mostraram um rápido desenvolvimento da planta trepadeira analisada, que atingiu uma cobertura de 99%, em ambas fachadas em apenas 5 meses; as espessuras da folhagem na camada simples variaram de 60 cm e 90 cm, e na camada dupla de 90 cm e 120 cm nos pontos inferiores e superiores, respectivamente. Os resultados evidenciaram um excelente desempenho da Distimake dissectus na atenuação da radiação solar na camada simples (94,86%), e pouca diferença em relação à camada dupla (95,08%) e Índice de Área Foliar (IAF) de 3,46 na camada simples e 4,00 na camada dupla, resultados que evidenciam ótimo potencial da espécie para uso em fachada verde. Palavras-chave: Jardins verticais; potencial de sombreamento; atenuação solar; estratégia bioclimática. ABSTRACT Green facades constitute one of the typologies of vertical gardens that can be used as bioclimatic strategies to mitigate solar radiation. The implementation of these strategies, besides adding aesthetic value to urban environments, has direct impacts on the thermal and energy efficiency of buildings, generating economic and environmental benefits. In order to identify the influence of different layers of indirect green facades on the attenuation of solar radiation, an experimental study was developed with single and double-layer green facades, with a 30 cm cavity between them, using the climbing plant species Distimake dissectus (Jacq.) A.R. Simões & Staples, which occurs in various biomes of Brazil, including the Cerrado. The experiment was conducted in the city of Promissão-SP, and the methodology included monitoring the monthly growth of the species to determine the Percentage of Green Coverage (PGC) and the incident and protected solar radiation over a 4-day period. During this period, the foliage thickness of each facade was measured, and 102 leaves were collected for the determination of leaf area, as well as Leaf Area Density (LAD) and Leaf Area Index (LAI). The results showed a rapid development of the climbing plant analyzed, which reached a coverage of 99% on both facades in just 5 months; the foliage thickness in the single layer varied from 60 cm to 90 cm, and in the double layer from 90 cm to 120 cm at the lower and upper points, respectively. The results evidenced an excellent performance of Distimake dissectus in attenuating solar radiation in the single layer (94.86%), with little difference compared to the double layer (95.08%) and a Leaf Area Index (LAI) of 3.46 in the single layer and 4.00 in the double layer, results that highlight the great potential of the species for use in green facades. Keywords : Vertical gardens; shading potential; solar attenuation; bioclimatic strategy. LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1: Classificação de jardins ver�cais mostrando os sistemas extensivos (fachada verde) e intensivo (parede viva) e as suas subdivisões. 16 Figura 2: Tipos de estruturas relacionadas à fachada verde indireta, como a estrutura de treliça modular (à esquerda), com sistemas de cabos (centro) e com estrutura de tela (à direita). 20 Figura 3 : Caracterís�ca da implantação da fachada verde de dupla camada após input da orientação da fachada. 22 Figura 4 : Geometria do modelo de validação ob�da pelo so�ware ENVI-met. (A-B) Globo u�lizado para a mensuração experimental e seu posicionamento, (C) pontos de medidas do local, (D) Geometria do modelo de validação. 23 Figura 5: Si mulação da temperatura da super�cie da parede em situações sem (A) e com (B) a fachada verde. (C) e gráfico representando a temperatura de super�cie em horários pré-estabelecidos sem a fachada verde (linha em preto) e com a presença da fachada (verde). 24 Figura 6: Plantas u�lizadas no trabalho de Muñoz (2019). Da esquerda para a direita, temos: Passiflora edulis, Ipomoea horsfalliae, Thunbergia grandiflora. Dentre estas, a Ipomoea horsfalliae foi a planta que obteve maior Potencial de Sombreamento tanto em condições de tempos quentes e frios. 28 Figura 7: Protó�po lateral da fachada verde indireta construída no experimento de Sousa (2021), indicando todas a medidas rela�vas de base. 29 Figura 8: Imagens fotográficas da fachada verde com a planta Wisteria floribunda para análise do índice de sombreamento. 30 Figura 9: Registro de fotografia térmica infravermelha da fachada verde com a planta Wisteria floribunda para análise da amplitude de temperatura. 31 Figura 10: Desenho experimental considerando as salas do experimento e as orientações dos blocos 33 Figura 11: Fachada do parque baseada em uma estrutura de aço inoxidável para dar suporte às plantas 34 Figura 12: Detalhes da Dis�make dissectus : a) folhas; b) sementes; c) flores e botão 42 Figura 13: Local de implantação da fachada verde indireta 42 Figura 14: Desenho esquemá�co da estrutura de camada simples 43 Figura 15: Desenho esquemá�co da estrutura de dupla camada 44 Figura 16: Imagem das fachadas da estrutura das fachadas verdes 44 Figura 17: Vetorização da área de análise e criação da máscara sobre a área da folhagem 45 Figura 18- Pontos de medição para monitoramento da Figura 19- Aparelho medidor de radiação solar 46 Figura 20: Horários sem influência de sombra externa às fachadas verdes 47 Figura 21: Área foliar pelo So�ware ImageJ. 48 Figura 22: Fachada verde: a) Trepadeira Dis�make dissectus inteira; b) Dis�make dissectus sem as folhas verdes; c) Trepadeira sem as folhas verdes e botões; d) Ramos da trepadeira. 50 Figura 23: Partes da trepadeira: a) Folhas; b) botões; c) sementes; d) ramos. 51 Figura 24: Imagens com a espessura da fachada verde de camada dupla (a) e das medições da espessura máxima da camada dupla (b) e da camada simples. 53 Figura 25: Atra�vidade de insetos e pássaros nas fachadas verdes:: Presença de borboletas na flor da Dis�make dissectus (a); Presença de Beija flor na Dis�make dissectus (b) e Ninho na parte superior da trepadeira (c). 54 Figura 26: Crescimento da trepadeira ao longo dos meses: a) camada simples; b) camada dupla 55 Figura 27: Imagens computadorizadas da evolução do crescimento da Dis�make dissectus indireta na camada simples. 56 Figura 28: Imagens computadorizadas da Evolução do crescimento da Dis�make dissectus indireta na camada dupla. 56 Figura 29: Histograma de distribuição do conjunto de dados separado por Local. 60 Figura 30: Histograma de área das folhas da Dis�make dissectus 64 LISTA DE TABELAS Tabela 1 : Programas u�lizados para simular jardins ver�cais 26 Tabela 2: Resumo das falhas nas plantas u�lizadas no estudo real da “Council House 2”, indicando a espécie e respec�va quan�dade de morte de planta (Plant death), pouca cobertura vegetal (Poor cover) e falha total da planta (Plant failure). 36 Tabela 3: Espécies de planta trepadeiras u�lizadas no Brasil para uso em fachadas verdes 38 Tabela 4 - Espessura da folhagem nas fachadas verdes (m) 45 Tabela 5: Atenuação de radiação solar para as fachadas simples e dupla nos diferentes pontos de medição 59 Tabela 6: Porcentagem de atenuação solar em espécies de trepadeira 59 Tabela 7: Esta�s�cas gerais das medidas de Radiação nos quatro dias, nos cinco pontos de mensuração, separados por local. 60 Tabela 8: Esta�s�cas gerais das medidas de Radiação entre fachada dupla e simples. 62 Tabela 9: Amostras de Área Foliar. 63 Tabela 10: Quan�dade e peso da fachada verde. 66 LISTA DE GRÁFICOS Gráficos 1: Valores de PCV e o crescimento ao longo dos meses. 58 Gráficos 2: Diferença da radiação solar nos pontos com e sem influência da trepadeira 59 LISTA DE ABREVIATURAS DAF IAF Densidade de Área Foliar Índice de Área Foliar PCV Percentual de Cobertura Verde SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO 15 1.1 OBJETIVOS 17 1.1.1 Geral 17 1.1.2 Específicos 17 2. JARDINS VERTICAIS DE TIPOLOGIA FACHADAS VERDES 18 2.1. CONCEITO, TIPOLOGIA E MODELOS DE JARDINS VERTICAIS 18 2.2. FACHADAS VERDES 21 2.2.1 Fachada verde direta 22 2.2.2. Fachada verde indireta 23 2.3 ESTUDOS DE CASO SOBRE AS FACHADAS VERDES 24 2.3.1 Estudos de caso por simulação 24 2.3.2 Estudos de casos experimentais e reais 31 2.4. CARACTERÍSTICAS E ESPÉCIES UTILIZADAS NAS FACHADAS VERDES 38 2.5 ATENUAÇÃO DA RADIAÇÃO SOLAR 41 3 METODOLOGIA 43 3.1 ESPÉCIE DE TREPADEIRA SELECIONADA. 43 3.2 LOCAL DE IMPLANTAÇÃO, ESTRUTURA E MANUTENÇÃO DA FACHADA VERDE 44 3.3 CÁLCULO DO PERCENTUAL DE COBERTURA VERDE (PCV) 46 3.4 ESPESSURA DA FACHADA VERDE 47 3.5 MONITORAMENTO DA RADIAÇÃO SOLAR PARA DETERMINAÇÃO DA ATENUAÇÃO DA RADIAÇÃO SOLAR DA FACHADA VERDE INDIRETA 48 3.5 CÁLCULO DA ÁREA FOLIAR (AF), DENSIDADE (DAF) E DO ÍNDICE DE ÁREA FOLIAR (IAF) 49 3.6 CARGAS ESTRUTURAIS 51 4. RESULTADOS 54 4.1 CRESCIMENTO E MONITORAMENTO DA Distimake dissectus 54 4.2. CÁLCULO DO PERCENTUAL DE COBERTURA VERDE (PCV) 55 4.3 MONITORAMENTO DA RADIAÇÃO SOLAR 58 4.3.1 Análise estatística 61 4.4 ÁREA FOLIAR, DENSIDADE FOLIAR E ÍNDICE DE ÁREA FOLIAR 63 4.4.1. Área foliar 63 4.4.2 Densidade de Área Foliar 65 4.4.3 Índice de Área Foliar (IAF) 65 4.5 CARGAS ESTRUTURAIS 66 5. CONSIDERAÇÕES FINAIS 67 6. REFERÊNCIAS 69 APÊNDICE A - TABELAS DE VALORES DE RADIAÇÃO SOLAR INCIDENTE E PROTEGIDA 76 APÊNDICE B - FOLHAS ESCANEADAS 78 15 1. INTRODUÇÃO As fachadas verdes são tipologias de jardins verticais cujas plantas do tipo trepadeiras ou pendentes podem crescer e se desenvolver diretamente nas edificações ou em uma estrutura próxima. A implementação desses jardins junto às fachadas das edificações de diferentes portes pode contribuir positivamente para o desempenho térmico, através da atuação de quatro mecanismos: sombreamento, isolamento térmico, barreira ao vento e resfriamento evaporativo (Muñoz et al ., 2019; Perez et al. , 2011). O uso das fachadas verdes constitui uma estratégia bastante eficiente para amenizar o déficit de áreas verdes dentro dos grandes centros urbanos, que é consequência do aumento de construções e impermeabilização do solo (Jaafar et al ., 2013; Kontoleon; Eumorfopoulou, 2010; Pérez et al ., 2011; Perini et al ., 2011; Perini et al ., 2013; Safikhani et al ., 2014). Assim, sua utilização com outras estratégias da infraestrutura verde urbana pode contribuir para a redução do aquecimento urbano, que geram as ilhas de calor, melhoria da qualidade do ar (Perini et al ., 2013; Muñoz et al., 2019; Sheweka; Mohamed, 2012), reduzir o consumo energético e desempenho térmico dos mais diversos tipos de edificação (Pérez et al ., 2014). Apesar do seu impacto extremamente positivo na amenização microclimática de ambientes internos e externos imediatos, as pesquisas sobre o desempenho de fachadas verdes ainda são pouco exploradas. No âmbito internacional destacam-se os trabalhos desenvolvidos por Kontoleon e Eumorfopoulou (2010), Wong et al. (2010), Pérez et al (2011), Perini et al. (2011); Safikhani et al. (2014). Kontoleon e Eumorfopoulou (2010) pesquisou como a orientação e a porcentagem de cobertura de seções de paredes cobertas por plantas influenciam o comportamento térmico de edifícios; Wong et al. (2010) estudou o impacto térmico de oito sistemas de vegetação vertical, destacando os sistemas mais eficientes na redução da temperatura de superfície das fachadas de edifícios em climas tropicais, potencialmente diminuindo os custos de energia; Pérez et al (2011) investigou o comportamento de fachadas verdes em edifícios como um sistema passivo para economia de energia em climas mediterrâneos continentais secos, demonstrando a capacidade das fachadas verdes em proporcionar sombra, reduzindo o calor nas paredes dos edifícios e criando um microclima favorável; Perini et al. (2011) analisaram o impacto da vegetação vertical nas temperaturas e no fluxo de ar em edifícios, 16 destacando seu potencial de resfriamento e isolamento térmico, especialmente em climas quentes e frios, e Safikhani et al. (2014) investiga o desempenho térmico de sistemas de vegetação vertical em climas quentes e úmidos, utilizando procedimentos experimentais para medir temperatura e umidade internas, bem como a temperatura no espaço entre os sistemas de vegetação vertical e as superfícies das paredes. No Brasil, destacam-se as pesquisas de Morelli (2009), Scherer (2014), Cruciol-Barbosa e Fontes (2016), Muñoz (2019), Muñoz et al . (2019). Morelli (2009) estudou o impacto da vegetação como estratégia bioclimática nas edificações, destacando sua capacidade de minimizar o ganho de calor e melhorar o conforto térmico; Scherer (2014) desenvolveu pesquisa sobre a aplicabilidade das cortinas verdes como elemento de controle solar na arquitetura, e ressaltou sua capacidade de proporcionar sombra dinâmica em resposta às variações climáticas. Um estudo teórico foi seguido por experimentos práticos para avaliar a eficácia de quatro espécies trepadeiras, e simulações computacionais mostraram economia de energia em edificações com cortinas verdes, indicando seu potencial em promover eficiência energética e sustentabilidade na arquitetura brasileira; Cruciol-Barbosa e Fontes (2016) fazem uma descrição e sistematização das tecnologias mais usuais para os sistemas de jardins verticais, além de discutir seus benefícios na escala da edificação; Munõz realizou pesquisa com três fachadas verdes indiretas, para identificar a atenuação solar e amenização térmica em espaço de transição; Muñoz et al . apresentaram uma revisão bibliográfica (2008-2018) sobre o desempenho de fachadas verdes e suas principais características, a partir de trabalhos experimentais e de estudos de caso. Todos os trabalhos referenciados explicitam a importância e eficiência da aplicação das fachadas verdes, uma vez que sua implementação demonstra múltiplos benefícios, com impactos social, econômico, ambiental e também visual. No entanto, é importante salientar a necessidade de mais pesquisas acerca da temática, principalmente em relação a espécie de trepadeira, seu desenvolvimento, manutenção, e a influência de diferentes camadas na atenuação da radiação solar. Nesse contexto, esta pesquisa teve como objetivo identificar a influência de diferentes camadas de fachadas verdes indiretas na atenuação da radiação solar, através de um estudo experimental constituído por fachadas verde de camadas simples e dupla pela espécie de planta trepadeira Distimake dissectus . 67 5. CONSIDERAÇÕES FINAIS A partir dos dados obtidos com o estudo experimental com fachadas verdes indiretas, com camadas simples e dupla, constituídas pela trepadeira Distimake dissectus , foi possível identificar seu grande potencial de sombreamento e de atenuação solar. Além disso, o seu rápido desenvolvimento, facilidade de manutenção e beleza de sua floração, conferem a essa trepadeira pouco conhecida, uma notável qualidade paisagística. Quanto ao seu desenvolvimento, os dados do Percentual de Cobertura Verde (PCV) apresentaram valores superiores a 98% a partir do quinto mês, ou seja, um excelente recobrimento da estrutura de suporte e, consequente, capacidade de sombreamento. Esse potencial de sombreamento contribuiu para uma atenuação da radiação solar de 94,9% na camada simples e 95,1 % na camada dupla. Essa excelente atenuação da radiação solar também está relacionada ao parâmetro de Índice de Área Foliar, que atingiu de 3,5 na camada simples e 4,0 na camada dupla. Em relação à análise estatística dos dados, foi comprovado a eficiência das fachadas verdes quanto a atenuação solar, assim como a existência de diferenças significativas entre ambas. Apesar dessas diferenças, da fachada verde de camada simples em relação a de dupla camada, para a espécie analisada recomenda-se o uso da fachada simples, pois sozinha já consegue uma excelente atenuação solar e, portanto, considerada uma ótima estratégia passiva para mitigar a incidência de radiação solar nas superfícies de edificações ou mesmo em espaços de transição (varandas, corredores, entre outros). Outra importante conclusão da pesquisa se refere ao peso da trepadeira, que é crucial para dimensionar as cargas na estrutura da fachada verde e, consequentemente, contribuir para sua estabilidade. Assim, para uma fachada de camada simples com a espécie analisada, o peso seco é de 4,6 kg/m². No entanto, com a interferência da água da chuva ou mesmo da irrigação sobre a folhagem, esse peso tende a aumentar de no mínimo 0,30 kg para cada m2 de fachada verde. Além de resultados numéricos gerados pelo estudo experimental, outra grande contribuição da pesquisa está relacionada ao detalhamento das metodologias utilizadas para a determinação da Área Foliar (AF), Densidade Área Foliar (DAF), Índice de Área Foliar (IAF), com base em diferentes autores. Esses parâmetros são essenciais aos 68 estudos de desempenho térmico de fachadas verdes através da abordagem computacional, uma vez que constituem dados de entrada para programas de simulação. Para próximos estudos experimentais, recomenda-se seguir os mesmos procedimentos metodológicos para testar outras espécies. Para o caso da DAF e IAF, sugere-se ainda, determiná-los nas porções inferiores, médias e superiores da fachada verde, assim como monitorar de forma independente a atenuação solar nessas partes, uma vez que o crescimento da planta trepadeira não é homogêneo na estrutura de suporte. 69 6. REFERÊNCIAS ALBERNARD, Renata Serafin de et al. Análise da influência do uso de cortina verde no comportamento térmico em habitação de interesse social em Santa Maria, RS. 2021. ALLAN, S.; KIM, H. A study of workflow for simulations of vertical greenery systems. Architecture Research , v. 6, p. 142-153, 2016. ALSAAD, Hayder et al. The potential of facade greening in mitigating the effects of heatwaves in Central European cities. Building and Environment , v. 216, p. 109021, 2022. ASSIMAKOPOULOS, Margarita-Niki et al. Green wall design approach towards energy performance and indoor comfort improvement: A case study in Athens. Sustainability , v. 12, n. 9, p. 3772, 2020. 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