COMPORTAMENTO TÉRMICO DA CONSTRUÇÃO

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1 COMPORTAMENTO TÉRMICO DA CONSTRUÇÃO Capítulo 2 do livro Manual de Conforto Térmico

2 NESTA AULA: Trocas de calor através de paredes opacas Trocas de calor através de paredes translúcidas Elementos de proteção solar Inércia térmica da construção

3 Comportamento térmico da construção O Sol, importante fonte de calor, incide sobre o edifício representando sempre um certo ganho de calor, que será função da intensidade da radiação incidente e das características térmicas dos paramentos do edifício. Os elementos da edificação, quando expostos aos raios solares, diretos ou difusos, ambos radiação de alta temperatura, podem ser classificados como: a) opacos; b) transparentes ou translúcidos.

4 Trocas de calor através de paredes opacas No caso de uma parede opaca exposta à radiação solar e sujeita a uma determinada diferença de temperatura entre os ambientes que separa, os mecanismos de trocas podem ser esquematizados como na figura 5.

5 Trocas de calor através de paredes opacas A intensidade do fluxo térmico (q) que atravessa essa parede, por efeito da radiação solar incidente e da diferença de temperatura do ar é: onde: K coeficiente global de transmissão térmica (W/m 2 C); te temperatura do ar externo ( C); α coeficiente de absorção da radiação solar; Ig intensidade de radiação solar incidente global (W/m 2 ); he coeficiente de condutância térmica superficial externa (W/m 2 C); ti temperatura do ar interno ( C).

6 Trocas de calor através de paredes opacas A expressão anterior pode ser disposta da seguinte forma: de ganho solar de material opaco, enquanto a parcela K(Δt) corresponde às trocas de calor por diferença de temperatura, podendo representar ganho, quando te > ti, ou perda, quando ti > te. A tabela 1, Anexo 10, apresenta valores de ε (emissividade térmica), para radiação solar, e de α e ε para temperaturas entre 10 e 40 C, para diversos materiais de construção. Para uma mesma gama de comprimento de onda, da radiação incidente e da radiação emitida, α = ε. A tabela 2, Anexo 10, apresenta valores de α, para radiação solar, em função da cor da pintura externa.

7 Trocas de calor através de paredes opacas

8 Trocas de calor através de paredes opacas

9 Exemplo Calcule a intensidade do fluxo térmico (q) que atravessa uma parede pintada de marrom-clara, por efeito da radiação solar incidente. onde: K coeficiente global de transmissão térmica (W/m 2 C) = 2,0 te temperatura do ar externo ( C) = 33 C α coeficiente de absorção da radiação solar = 0,8 Ig intensidade de radiação solar incidente global (W/m 2 ) = 5,0 he coeficiente de condutância térmica superficial externa (W/m 2 C)=20 ti temperatura do ar interno ( C) = 24 C q = 18,4 W/m²

10 Trocas de calor através de paredes transparentes ou translúcidas No caso de uma parede transparente ou translúcida exposta à incidência da radiação solar e sujeita a uma determinada diferença de temperatura entre os ambientes que separa, os mecanismos de troca podem ser esquematizados como na figura 6.

11 Trocas de calor através de paredes transparentes ou translúcidas A intensidade do fluxo térmico (q) que atravessa uma parede transparente ou translúcida, deve incorporar, em comparação com a parede opaca, a parcela que penetra por transparência (τig). Assim sendo, tem-se: O fator solar se refere à radiação solar global. A parcela K(Δt) se refere às trocas de calor por diferença de temperatura e representa ganho quando te > ti e perda quando ti > te. Para o vidro comum: α = 0,07, K = 5,7 (W/m2 C) ρ = 0,08, 1/he = 0,05 (m2/ CW) τ = 0,85, Str = 0,86

12 Exemplo q = S tr. L g + K(ΔT) q = 0,86. 5,0 + 5,7.(33-24) q = 48,4

13 Elementos de proteção solar O controle da insolação através de elementos de proteção solar - quebra-sol ( brise-soleil ) - representa um importante dispositivo para o projeto do ambiente térmico. O quebra-sol pode ser utilizado tanto para a proteção de paredes transparentes ou translúcidas como para o caso de paredes opacas leves.

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17 Proteção solar de paredes opacas A presença de uma placa quebra-sol ( brise-soleil ) diante de uma parede opaca vai ocasionar uma série de mecanismos de trocas, conforme esquematização na figura 7.

18 Proteção solar de paredes opacas O beiral deve ser analisado sob o ponto de vista de sua eficiência geométrica. Fatores como absorção, isolação e emissividade têm menor importância. A continuidade da proteção horizontal impede a ventilação da camada de ar próxima à parede, tornando a proteção menos eficiente. Se os beirais são constituídos por várias lâminas horizontais, a ventilação e o desvio dos raios refletidos proporcionam maior eficiência e o fator α* pode variar entre 0,20 e 0,50, segundo a parede seja clara ou escura e, no caso de construção térrea, o solo seja pouco ou muito refletor. No caso de sombreamento de cobertura, a transmissão térmica se dá à semelhança da proteção de paredes verticais, sendo que a ventilação entre a cobertura e a placa de proteção pode produzir melhores efeitos.

19 Proteção solar de paredes translúcidas A proteção solar de paredes transparentes ou translúcidas pode ser feita através de dispositivos externos e internos, sendo que, em caso de vidro duplo, por exemplo, pode até se localizar entre os dois vidros. Por outro lado, a proteção externa normalmente tende a ser mais eficiente, posto que barra a radiação solar antes de sua penetração por transmissividade através do material. Porém, como a proteção solar é projetada segundo a especificidade de cada edifício, de acordo com sua localização, função e orientação, há casos em que a proteção interna pode ser mais adequada.

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21 Proteção solar de paredes translúcidas A proteção solar de paredes transparentes ou translúcidas, para os dois casos mais correntes, de proteção externa ou interna, pode ser esquematizada segundo as figuras 8 e 9. Observe-se que, no caso da figura 8 quebra-sol externo, a parcela do calor que penetra no ambiente é menor que no caso do quebra-sol interno, já que o vidro, não sendo transparente para radiação de baixa temperatura (onda longa), funciona como barreira efeito estufa resultando, assim, maior radiação no interior do recinto.

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24 Inércia térmica Quando, por exemplo, a temperatura exterior, suposta inicialmente igual à temperatura interior, se eleva, um certo fluxo de calor penetra na parede. Esse fluxo não atravessa a parede imediatamente, antes aquecendo-a internamente. Tal fluxo, se comparado com uma parede fictícia de peso nulo, atravessa a parede com um certo atraso e amortecido, conforme a figura 10. O atraso e o amortecimento, juntos, compõem a inércia térmica, a qual é função da densidade, da condutibilidade e da capacidade calorífica da parede.

25 Inércia térmica Prof. João Paulo

26 Capacidade calorífica da parede A capacidade calorífica da parede é expressa através do fator denominado calor específico, que se mede pela quantidade de calor necessária para fazer elevar de uma unidade de temperatura, a sua unidade de massa (J/kg C). A tabela do Anexo 7 apresenta, entre outros dados, valores de calor específico de diversos materiais de construção.

27 Inércia térmica da construção Para a avaliação da inércia térmica da construção, recorre-se ao conceito de superfície equivalente pesada - que é igual à somatória das áreas das superfícies de cada uma das paredes interiores, inclusive piso e teto, multiplicadas por um coeficiente que será função do peso da parede e da resistência térmica de seus revestimentos - em relação à área do piso do local.

28 Inércia térmica da construção Uma parede apresenta maior ou menor inércia segundo seu peso e sua espessura. Mas os revestimentos desempenham importante papel, pois revestimentos isolantes reduzem as trocas de calor com a parede e reduzem sua inércia. Croiset(15) apresenta um método simplificado para apreciação da inércia de uma parede interior (inclusive piso e teto), que consiste em aplicar um coeficiente igual a 1, 2 3, 1 3 ou 0, segundo o seu peso e a resistência térmica do seu revestimento, conforme a tabela na página seguinte:

29 Inércia térmica da construção

30 Inércia térmica da construção Como uma parede (inclusive piso e teto) divide dois ambientes, considera-se apenas a metade de sua espessura, posto que a outra metade será considerada como do recinto vizinho. A inércia do recinto considerado pode ser então classificada, segundo o valor da relação base superfície equivalente pesada / área do piso do local: Superfície equivalente pesada inferior a 0,5 entre 0,5 e 1,5 Inércia inércia muito fraca inércia fraca superior a 1,5 e sem cumprir a condição definida para inércia forte superior a 1,5 e se a metade das paredes pesar mais de 300 Kg/m2 inércia média inércia forte

31 Inércia térmica da construção A figura 11 apresenta um exemplo de curvas de variação de temperaturas externas e interna de um recinto, sem considerar os ganhos de calor solar, mas apenas as trocas relativas às diferenças de temperatura, que representam ganhos durante as horas em que a temperatura externa é maior que a temperatura interna (te > ti) e perdas de calor, durante as horas em que a temperatura interna é maior que a temperatura externa (ti > te).

32 Inércia térmica da construção

33 Na aula de hoje, vimos que: Resumo As trocas térmicas entre o ambiente e a construção devem ser levadas em conta na hora de projetar, sobretudo na nossa região, em que a radiação solar e a temperatura é alta durante todo o ano. Para não fazer uma construção desconfortável, que vá gerar muito gasto com climatização, é necessário calcular os fluxos de calor e usar os materiais e cores apropriados. O uso de beirais e quebra-sois (Brise-soleil) ajuda muito na diminuição da radiação incidente. Os externos são mais eficazes. Aprendemos que existe uma inércia térmica, ou seja, a construção não se aquece ao mesmo tempo que recebe a radiação, mas existe uma certa defasagem. Por isso que quando colocamos a mão numa parede exposta à radiação no final da tarde ou início da noite e ela está quente. Essa troca térmica influencia na temperatura no interior do recinto.

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