Desempenho Térmico de edificações

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1 Desempenho Térmico de edificações PROFESSOR Roberto Lamberts ALEJANDRO NARANJO Unidade deportiva Atanasio Girardot - Medellín ECV 5161 UFSC FLORIANÓPOLIS

2 estrutura introdução isolantes cálculos exemplos e testes 2

3 introdução Transferência de calor + Transmissão de Calor: ocorre quando dois corpos apresentam temperaturas diferentes equilíbrio térmico T1 T2 3

4 Formas de transmissão de calor.... Condução Convecção Radiação Condensação 4

5 Propriedades térmicas dos materiais Absortância em ondas curtas α : função da cor RS absorvida/ RS incidente Refletividade em ondas curtas ρ: RS refletida/ RS incidente Transmissividade em ondas curtas τ: RS atravessa a superfície/ RS incidente Emissividade ε: R emitida/ R emitida pelo corpo negro (mesma temperatura) 5

6 Propriedades térmicas dos materiais Emissividade (ondas longas) Absortância (ondas curtas) Tipo de superfície ε Tipo de superfície α Fonte: NBR (2003) 6

7 Propriedades térmicas dos materiais Condutividade térmica λ: fluxo de calor transferido por unidade de espessura e por unidade de gradiente de temperatura (W/m.K) Calor específico c: quantidade de calor necessária para elevar em 1 grau a temperatura de um componente, por unidade de massa (kj/kg.k) 7

8 Termografía - Foto externa Fachada Sul Fachada Leste Fachada Sul Fachada Leste 8

9 Foto externa Branco por fora Verde escuro por fora Branco por fora Verde escuro por fora 9

10 Foto interna Verde escuro por fora Branco por fora Verde escuro por fora Branco por fora 10

11 Foto externa Telhado branco Telhado fibrocimento Telhado branco Telhado fibrocimento 11

12 Temperatura x acabamento superficial da telha 12

13 Temperatura x acabamento superficial da telha 13

14 14

15 isolantes Isolantes térmicos convencionais + Isolantes fibrosos (λ = W/m.K) Lã de rocha ou lã mineral Lã de vidro Concreto celular com 400 kg/m³ (λ = 0.17 W/m.K) Poliestireno (λ = a W/m.K) Expandido (granulado aglutinado por fusão) Extrudado (células fechadas) Espuma de poliuretano Agregados leves Expandido (granulado ou aglutinado por fusão) Vermiculita Argila expandida concreto com 500 kg/m³ (λ = W/m.K) (λ = 0.20 W/m.K) Cinza sinterizada Escória sinterizada - concreto com 1000 kg/m³ (λ = 0.35 W/m.K) 15

16 Isolantes fibrosos (λ = W/mK) Lã de vidro Placa de forro revestida na face aparente Aplicações: -Isolação térmica de forros e coberturas -Fabricação de telhas duplas isolantes -Isolamento de ruídos de impacto em pisos -Isolação acústica de equipamentos Feltros flexíveis 16

17 Isolantes fibrosos (λ = W/mK) Lã de vidro Painéis termo-acústicos Feltros flexíveis ensacados Aplicações: -Na construção civil: Paredes duplas, coberturas, pisos flutuantes, miolos de divisórias e isolação térmica em geral. -Na Indústria: Isolação térmica de caldeiras, fornos, estufas, tanques de armazenagem. Isolamento para sistemas de distribuição de ar Revest. Dutos metálicos 17

18 Isolantes fibrosos (λ = W/m.K) Lã de vidro Painéis rígidos e semi-rígidos de lã de vidro Isolamento termo-acústico entre pavimentos Isolamento termo-acústico Em laje de cobertura Aplicações em paredes 18

19 Isolantes fibrosos (λ = W/m.K) Lã de vidro Aplicações em coberturas 19

20 Isolantes fibrosos (λ = W/m.K) Lã de vidro Aplicação de lã de vidro em tubulações Isolante térmico cilíndrico, bi-partido de lã de vidro Aplicações: Tubulações que operam em baixas e altas temperaturas 20

21 Isolantes fibrosos (λ = W/m.K) Lã de vidro Paredes DryWall 21 21

22 Isolantes fibrosos (λ = W/m.K) Lã de rocha ou lã mineral Painéis rígidos revestidos com um filme de PVC Tubos de lã de rocha com alta densidade Painéis flexíveis, rígidos e semi-rígidos Mantas flexíveis Principais características: Incombustível Resistência ao fogo Segurança Absorção Acústica Propriedades: Boa resiliência Resistência a vibrações Não-higroscópico Imputrescível Quimicamente neutro 22

23 Isolantes fibrosos (λ = W/m.K) Lã de rocha ou lã mineral Flocos amorfos: Aplicação em sistemas ou equipamentos com difícil acesso Feltros leves e flexíveis: Indicado para isolamentos termo-acústicos em superfícies irregulares, planas ou cilíndricas. Segmentos rígidos em lã de rocha, suportados por um laminado de papel kraft. Utilizado para isolamento de superfícies cilíndricas 23

24 Poliestireno (λ = a W/m.K) Expandido (granulado aglutinado por fusão) Extrudado (células fechadas) 24

25 Espuma de poliuretano (λ = W/m.K) Telhas e painéis isotérmicos compostos por chapas metálicas com núcleo em espuma de poliuretano expandido Aplicações: coberturas, paredes internas e externas, divisórias, forros 25

26 Espuma de poliuretano (λ = W/m.K) 26

27 Concreto celular com 400 kg/m³ (λ = W/m.K) Menor peso Não-inflamável Isolante térmico Isolante acústico 27

28 Agregado leve: vermiculita Vermiculita em grãos Utilizada na isolação térmica e acústica de equipamentos industriais, como componente de argamassas e de concretos leves para a construção. Argamassa plástica com baixa viscosidade para assentamento de tijolos e placas termo isolantes, constituida de vermiculita expandida, argila refratária e aglomerados minerais Placas isolantes extremamente leves, prensadas, quimicamente ligadas, à base de vermiculita expandida. Utilizada para miolos de portas, divisórias, revestimento de estufas, caldeiras, fornos, etc 28

29 Agregado leve: argila expandida leveza resistência inércia química estabilidade dimensional resistência ao fogo isolante térmico isolante acústico 29

30 cálculos Fórmulas básicas + Resistência térmica: Camadas homogêneas: R = e / λ (W/m².K) De superfície a superficie (Rt) Rt = Aa + Ab + + An Aa + Ab + + An Ra + Rb + + Rn λ e Rse + Ra +Rb + Rc + Rsi Onde: e: espessura da camada λ: condutividade térmica do material da camada De ambiente a ambiente (RT) RT = Rse + Rt + Rsi Aa, Ab.. An: Área de cada seção Ra, Rb.. Rn: Resistência térmica de superfície a superfície para cada seção Rse: Resistência superficial externa Rsi: Resistência superficial interna 30

31 cálculos + Resistência Térmica superficial interna e externa: 31

32 cálculos Condições de ventilação para as câmaras de ar: + São considerados dois tipos de ventilação para as câmaras de ar: Pouco ou Muito Ventiladas, 32

33 cálculos Resistência térmica de câmaras de ar não ventiladas com largura muito maior que a espessura + 33

34 cálculos + Fórmulas básicas Transmitância térmica: Fluxo de calor transmitido por unidade de área e por unidade de diferença de temperatura U = 1/ RT (W/m².K) Capacidade térmica: CT = (λi. Ri). Ci. ρi = (ei). Ci. ρi Onde: e: espessura da camada c: calor específico do material da camada ρ: densidade de massa aparente do material da camada Aa, Ab.. An: Área de cada seção CTa, CTb.. CTn: Capacidade térmica do compontente para cada seção Capacidade térmica de um componente: CT = Aa + Ab + + An Aa + Ab + + An CTa + CTb + + CTn 34

35 Fórmulas básicas Atraso térmico elemento homogêneo φ = 1,382. e. ou φ = 0,7284. ρ. c 3,6. λ Rt. CT Atraso térmico elemento heterogêneo φ = 1,382. Rt. B1 = 0,226. B0 Rt B1 + B2 B0 = CT - CText B2 = 0,205. (λ. ρ. C) ext. Rext - Rt - Rext Rt 10 Se B2 = 0 < 0 (negativo) B2 = 0 introdução isolantes cálculos exemplos e testes Fator de Calor Solar: FS = 100. U. α. Rse 35

36 Transferência de calor Fluxo de calor que atravessa a parede: q = U. (Text Tint) = U. ΔT U = Transmitância térmica (W/m².K) ΔT = Text - Tint (K) q = densidade do fluxo de calor (W/m²) Fluxo de calor que incide no ambiente: Φ = q.a = U. ΔT. A A = área da superfície (W/m²) T. Ext > T. Int introdução isolantes cálculos exemplos e testes 36

37 Comportamento diante da radiação solar Fluxo de calor é função de: ΔT = Text Tint Radiação Solar (RS) Balanço térmico: α + ρ = 1 α. RS + ρ. RS = RS RS ε introdução isolantes cálculos exemplos e testes Temperatura Sol - ar: Efeito combinado radiação solar incidente + intercâmbios de energia (radiação e convecção) 37

38 Comportamento diante da radiação solar Radiação solar será inclusa no cálculo do fluxo de calor através de um valor de temperatura equivalente, Temperatura Sol - ar: Tsol - ar = Text + α. RS. Rse - ε. ΔRL. Rse RS: Radiação total incidente na superfície Rse: Resistência superficial externa = trocas de calor por convecção e radiação entre a superfície e o meio ΔRL: Diferença entre a radiação de onda longa emitida e recebida pela superfície Superfícies verticais (paredes): ΔRL = 0, perdas compensadas pela radiação de onda longa recebida do solo e das superfícies do meio Tsol -ar = Text + α. RS. Rse Fluxo de calor em planos verticais: Φ = U. A. (Text + α. RS. Rse Tint) introdução isolantes cálculos exemplos e testes 38

39 Comportamento diante da radiação solar Planos horizontais (coberturas): ε. ΔRL. R se = 4 C (Dados Experimentais) Tsol -ar = Text + α. RS. R se - 4 Fluxo de calor em planos horizontais: Φ = U. A. (Text + α. RS. R se 4 - Tint) introdução isolantes cálculos exemplos e testes 39

40 exemplos e testes Exemplo numérico tijolo maciço cor branca + Dados: U = 2 W/m².K Text = 30 C Tint = 25 C Orientação = oeste (latitude 30 sul) A = 5 m x 3 m Pior situação de verão: RS? Rse = 0,04 W/m².K (TABELA) rebôco INT EXT 40

41 Exemplo numérico Φ = U. A. (Text + α. RS. Rse Tint) α = 0,2 (parede branca) Φ = 2,00. 5,00. 3,00. (30 + 0, ,04 25) Φ = 321,6 W fluxo de calor que penetra no ambiente por m² de fechamento introdução isolantes cálculos exemplos e testes 41

42 IRC Ottawa introdução isolantes cálculos exemplos e testes Caixa Quente Protegida: Execução de ensaios para medir a transmitância térmica de elementos construtivos Em escala real. 42

43 IRC - Ottawa Placa Quente Protegida: Método de medição da condutividade e resistência térmica de materiais Parte 4 da NBR (2003) introdução isolantes cálculos exemplos e testes 43

44 IRC Ottawa introdução isolantes cálculos exemp s e testes introdução isolantes cálculos exemplos e testes 44

45 IRC Ottawa Casas de testes introdução isolantes cálculos exemplos e testes 45

46 Isolamento janelas introdução isolantes cálculos exemp s e tests introdução isolantes cálculos exemplos e testes 46