Como um fenômeno físico conhecido desde a Antiguidade inspirou pesquisas brasileiras sobre climatização passiva
No artigo anterior sobre arquitetura vernacular, vimos que aquele conhecimento, acumulado ao longo de milênios, constitui um verdadeiro laboratório. Muito antes da eletricidade e do ar-condicionado, diferentes civilizações aprenderam a utilizar o Sol, o vento, a massa térmica das edificações e até o frio do céu noturno para prover conforto térmico.
Um dos exemplos mais fascinantes dessa inteligência construtiva encontra-se nas cidades históricas do Irã. Seus badgirs (torres de vento), yakhchals (casas de gelo), ab anbars (cisternas subterrâneas) e pátios internos voltam hoje a orientar arquitetos e engenheiros na busca por edificações de baixo carbono e mais resilientes às ondas de calor causadas pelo aquecimento global.
Inspirados na arquitetura vernacular persa, pesquisadores brasileiros desenvolveram, na década de 1980 — quando a arquitetura sustentável era um campo de pesquisa ainda incipiente —, sistemas de climatização passiva baseados no mesmo princípio físico que permitia fabricar gelo em pleno deserto.
Foi nesse contexto que surgiu, no Laboratório de Energia Solar (LES) da Universidade Federal da Paraíba (UFPB), em João Pessoa, uma linha de pesquisa coordenada pelo professor Rogério Klüppel, cujo objetivo era investigar o resfriamento de ambientes utilizando fenômenos naturais, com consumo mínimo — ou mesmo nulo — de eletricidade.
Na época, dois projetos independentes foram desenvolvidos, ambos explorando o "resfriamento radiativo noturno". À primeira vista, a ideia parece paradoxal. Como uma superfície pode tornar-se mais fria do que o próprio ar que a envolve? A resposta está na chamada "janela atmosférica".
Embora a atmosfera absorva boa parte da radiação infravermelha emitida pela superfície terrestre, existe uma faixa do espectro eletromagnético, entre cerca de 8 e 13 micrômetros de comprimento de onda, na qual o vapor d'água e outros gases absorvem relativamente pouca radiação. Nessa região espectral, uma parcela da energia emitida por um telhado ou por uma lâmina de água pode atravessar a atmosfera e alcançar o espaço.
Em noites de céu limpo, quando há pouca nebulosidade e baixa concentração de vapor d'água, a dissipação de energia por radiação de uma superfície pode superar o calor proveniente da atmosfera. A superfície então resfria-se, atingindo temperaturas inferiores à do ar ambiente. É exatamente esse fenômeno que permitiu aos persas, desde tempos remotos, produzir gelo em tanques rasos de água e armazená-lo nos famosos yakhchals.
Inspirado nesse princípio, um dos projetos — desenvolvido por mim no LES/UFPB — consistia de um protótipo de teto alagado dotado de uma cobertura móvel. Ao anoitecer, a cobertura era removida, expondo a lâmina de água ao céu. Durante toda a noite, a água perdia calor por radiação através da janela atmosférica e, simultaneamente, por evaporação.
Ao nascer do Sol, a cobertura — formada por telhas de alumínio polido, altamente refletoras da radiação solar — voltava a recobrir o reservatório de água. Um espaço entre a cobertura e a superfície líquida permitia a circulação natural do ar, mantendo o processo evaporativo também durante o dia.
Os resultados experimentais mostraram que, em noites de céu limpo e ventos moderados, aproximadamente 40% da energia removida da água devia-se ao resfriamento radiativo, enquanto o restante era decorrente da evaporação e das trocas convectivas.
Graças à elevada capacidade térmica da água, o teto permanecia durante o dia alguns graus abaixo da temperatura do ar ambiente, contribuindo para manter condições de conforto térmico no interior da sala ao longo das vinte e quatro horas.
O segundo projeto realizado no LES/UFPB, desenvolvido por Jorge Marcos de Moraes, explorava uma técnica diferente, mas baseada no mesmo princípio físico. Consistia em um protótipo de telhado composto de telhas metálicas pintadas com uma tinta "seletiva".
A ideia era conferir à superfície duas propriedades normalmente antagônicas: a de refletir a maior parte da radiação solar incidente durante o dia e, ao mesmo tempo, emitir o máximo de radiação infravermelha, especialmente à noite, na faixa do espectro correspondente à janela atmosférica.
Telhas de perfil trapezoidal eram superpostas, formando canais por onde o ar circulava antes de ser insuflado para dentro da sala. Quando a temperatura do ar circulante se tornava excessivamente baixa, um sistema de controle direcionava parte do fluxo para um leito de pedras, que funcionava como um "sumidouro de calor" para ser utilizado durante o período diurno.
Os dois projetos demonstraram que o mesmo princípio físico explorado pela arquitetura vernacular durante milênios continua plenamente válido. A diferença está nos materiais e nas técnicas construtivas disponíveis hoje, que permitem potencializar esse fenômeno por meio de telhas metálicas de alta refletância, revestimentos seletivos de alta emissividade e outros recursos desenvolvidos pela engenharia contemporânea.
Havia, no entanto, uma limitação importante para a obtenção de resultados ainda melhores. João Pessoa possui clima quente e úmido durante praticamente todo o ano. A alta concentração de vapor d'água na atmosfera reduz tanto as perdas de calor por evaporação quanto a eficiência do resfriamento radiativo, uma vez que o vapor absorve parte da radiação infravermelha emitida pelas superfícies.
Por essa razão, essas estratégias de resfriamento tendem a apresentar desempenho ainda melhor em regiões de clima seco, como os desertos que inspiraram a arquitetura persa ou o semiárido brasileiro, onde a atmosfera é mais transparente à radiação infravermelha e a baixa umidade relativa do ar, por sua vez, intensifica a evaporação.
Quarenta anos depois, materiais fotônicos de última geração, revestimentos seletivos e sistemas de resfriamento radiativo passaram a ocupar espaço em laboratórios de pesquisa ao redor do mundo. Em essência, porém, continuam explorando o mesmo princípio físico observado empiricamente pelos antigos construtores persas: utilizar o céu como um eficiente dissipador natural de calor.
Em um momento em que a redução das emissões de carbono se tornou uma questão vital para o planeta, a arquitetura vernacular nos mostra que antigas soluções podem inspirar uma nova geração de edificações, capazes de utilizar recursos oferecidos pela natureza antes de recorrer a tecnologias intensivas em consumo de energia.
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