Ganhos e perdas de calor pela envoltória

Transcrição

1 Ganhos e perdas de calor pela envoltória Profa. Dra. Denise Helena Silva Duarte Prof. Dr. Leonardo Marques Monteiro

2 Modelo de cálculo de desempenho térmico da edificação 1 caracterizar ambiente Renovação: N (adotar) Uso: Ocup/ lum/ Eq Orientação: N, NE, E... Materiais: A (m 2 ) Coeficiente: K 2 calcular balanço térmico 2.1 ganhos [W (Ig)] 2.2 perdas [W t] t (var.1) 3 calcular fator de inércia t (var.1) m (var.2) Tme (var.3) E (var.4) 4 avaliar conforto OT CONFORTO NÃO Ef. Chaminé: A e/s, H, t, m Ef. Ventos: A e/s, v, c e/s Conjugado 5 verificar ventilação N >N <N m (var.2) fazer alterações fazer alterações N, Or, A, k A e/s, H

3 1 caracterizar ambiente Renovação: N (adotar) Uso: Ocup/ lum/ Eq Orientação: N, NE, E... Materiais: A (m 2 ) Coeficiente: K 2 calcular balanço térmico 2.1 ganhos [W (Ig)] 2.2 perdas [W t] t (var.1) 3 calcular fator de inércia t (var.1) m (var.2) Tme (var.3) E (var.4) 4 avaliar conforto OT CONFORTO NÃO Ef. Chaminé: A e/s, H, t, m Ef. Ventos: A e/s, v, c e/s Conjugado 5 verificar ventilação N >N <N m (var.2) fazer alterações fazer alterações N, Or, A, k A e/s, H

4 Trocas de calor pela envoltória - radiação solar global (I G ) ganho de calor - diferença de temperatura (Δt) ganho ou perda de calor Consideração dos componentes diante do Ig: - opacos - transparentes/translúcidos Estrutura da aula: 1) Trocas de calor através de componentes opacos 2) Trocas de calor através de componentes transparentes/translúcidos 3) Revisão e Resumo

5 Trocas de calor através de componente opaco

6 Trocas de calor através de componente opaco q = (1/h e ).α.k.ig + K.Δt (W/m 2 ) Ig ganho Δt ganho ou perda q: intensidade do fluxo térmico (W/m 2 ); h e: coeficiente de condutância térmica superficial externa (W/m 2 C); α: coeficiente de absorção da radiação solar; K: coeficiente global de transmissão térmica (W/m2 C); Ig: intensidade de radiação solar incidente global (W/m2); Δt: diferença de temperatura ( C) Ganho Q op = A op. (1/h e ). α. K. Ig (W) Perda Q op = A op. K. Δt (W) A op = Área de componente opaco (m 2 )

7 Coeficiente de absorção solar Valores de Coeficientes de Absorção (α) Fonte: Koenigsberger et alii (1977). Valores de Coeficientes de Absorção (α), específicos de pintura. Fonte: Croiset (1972).

8 Componente opaco com proteção solar α*: fator fictício de absorção da radiação solar de um componente opaco protegido por quebra-sol função das características da proteção solar e varia com - orientação da parede - latitude e - época do ano.

9 Componente opaco com proteção solar Solução de proteção solar α* quebra-sol contínuo, vertical, diante de parede vertical, a 30 cm, sem características especiais do material e acabamentos quebra-sol contínuo, vertical, diante de parede vertical, a 30 cm, com R 0,6 m 2 C/W, face externa branca e face interna pouco emissiva quebra-sol de lâminas verticais colocado diante de parede vertical beirais e quebra-sol de lâminas horizontais 0,20-0,25 0,15-0,10 variável variável cobertura com sombreamento de um quebra-sol contínuo, a 30 cm 0,15-0,20 cobertura com sombreamento de quebra-sol contínuo, a 30 cm, face externa clara, face interna pouco emissiva, material isolante 0,05 Fator fictício de absorção da radiação solar de uma parede opaca protegida por quebra-sol Fonte: Croiset (1972)

10 Trocas de calor através de componente translúcido

11 Trocas de calor através de translúcidos q = Str.Ig + K.Δt (W/m 2 ) sol ganho Δt ganho ou perda q: intensidade do fluxo térmico (W/m 2 ); Str: fator solar K: coeficiente global de transmissão térmica (W/m2 C); Ig: intensidade de radiação solar incidente global (W/m2); Δt: diferença de temperatura ( C) Ganho Q tr = A tr. Str. Ig (W) Perda Q tr = A tr. K. Δt (W) A tr = Área de parede opaca (m 2 )

12 Fator solar de vidros Fator Solar (Str) de vidros Fonte: Catálogos de vidros produzidos no Brasil.

13 Componentes translúcidos com proteção solar

14 Fator solar de envidraçados com proteção Fator Solar (Str) das proteções das vidraças (para vidros simples com Str = 0,85) Fonte: Croiset (1972).

15 Revisão e Resumo

16 Revisão: cálculo de K Coeficiente global de transmissão térmica (W/m 2 C) 1/K = (1/he + 1/hi) + e 1 /λ 1 + e 2 /λ 2 + e n /λ n + R ar K

17 Resumo Ganho Opaco Q op = A. (0,05.α.K). Ig (W) Ganho Translúcido Q tr = A. S tr. Ig (W) Perda Q = A. K. Δt (W) Q: ganho ou perda de calor (W); A: área do componente (m 2 ); h e: coeficiente de condutância térmica superficial externa (W/m 2 C) para paredes exteriores, com v=2m/s, adota-se 1/h e =0,05; α: coeficiente de absorção da radiação solar; K: coeficiente global de transmissão térmica (W/m2 C); Str: fator solar; Ig: intensidade de radiação solar incidente global (W/m2); Δt: diferença de temperatura ( C) Para projeto: Ganhos: A, Ig - opacos: α, K - translúcidos: Str Perdas: A, K - ventilação: A e/s, H, m

18 Anexos

19 Valores de condutâncias (he, hi) e resistências térmicas superficiais (1/he, 1/hi), com v=2,0m/s para paredes exteriores (FROTA e SCHIFFER, 2012)

20 Resistência térmica de espaço de ar confinado (FROTA e SCHIFFER, 2012)

21

22

23 Características térmicas dos materiais (FROTA e SCHIFFER, 2012)

24 Exercícios: ganhos e perdas de calor pela envoltória Profa. Dra. Denise Helena Silva Duarte Prof. Dr. Leonardo Marques Monteiro

25 1. Calcular o ganho de calor solar (Ig = 1000 W/m2), por m2, transmitido por: Uma laje de concreto armado (e=8 cm) e coeficiente de absorção da radiação solar α = 0,9. 1/K = (1/he + 1/hi) + e/λ 1/K = 0,22 + 0,08/1,75 1/K = 0,2657 K = 3,76 W/m 2 C q op = A. (1/he). α. K. Ig q op = 1. 0,05. 0,9. 3, q op = 169,2 W/m Mesma laje, com telha de fibro-cimento (e=10 mm), kg/m3, pintura externa branca (α = 0,3), com lâmina de ar confinado (e =10cm) com acabamento brilho metálico ε = 0,20 nas duas faces. 1/K = (1/he + 1/hi) + e 1 /λ 1 + e 2 /λ 2 + Rar 1/K = 0,22 + 0,08/1,75 + 0,01/0,65 + 0,86 1/K = 1,1411 K = 0,88 W/m 2 C q op = A. (1/he). α. K. Ig q op = 1. 0,05. 0,3. 0, q op = 13,2 W/m 2 -> ganhos de calor solar por m 2 quase 13 vezes menor do que o anterior

26 2. Calcular o ganho de calor solar (Ig = 500 W/m 2 ), por m2, transmitido por: Uma parede vertical composta por tijolo maciço prensado (e =20 cm, α=0,6) 1/K = (1/he + 1/hi) + e/λ 1/K = 0,17 + 0,20/0,72 1/K = 0,4478 K = 2,23 W/m 2 C q op = A. (1/he). α. K. Ig q op = 1. 0,05. 0,6. 2, q op = 33,45 W/m Através de um vidro vertical espessura 4 mm, incolor, Str = 0,86. q tr = A. Str. Ig q tr = 1. 0, q tr = 430 W/m 2 -> ganho de calor solar por m 2 quase 13 vezes maior do que o do anterior

27 3. Calcular a perda de calor, por m 2 de superfície, para ti = 30 C e te = 25 C: Através da laje concreto do item 1.1. (e = 0,08m; λ= 1,75 W/m o C) 1/K = (1/he + 1/hi) + e/λ 1/K = 0,14 + 0,08/1,75 1/K = 0,1857 K = 5,38 W/m 2 C -> para ganhos K = 3,76 W/m 2 C q = A. K. Δt q = 1. 5,38. 5 q = 26,9 W/m 2 -> para ganhos q = 169,2 W/m 2 => ganha 6 vezes mais que perde Através da parede do item 2.1. (K = 2,23 W/m 2 C) q = A. K. Δt q = 1. 2,23. 5 q = 11,15 W/m 2 -> para ganhos q = 33,45 W/m 2 => ganha 3 vezes mais que perde Através do vidro do item 2.2. (e=0,004m; λ= 0,8 W/m o C) 1/K = (1/he + 1/hi) + e/λ 1/K = 0,17 + 0,004/0,8 1/K = 0,175 K = 5,71 W/m 2 C q = A. K. Δt q = 1. 5,71. 5 q = 28,55 W/m 2 -> para ganhos q = 430 W/m 2 => ganha 15 vezes mais que perde