Desempenho Térmico de edificações

Transcrição

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

2 estrutura intro isolantes cálculos exemplos e testes 2

3 introdução Transferência de calor + equilibrio térmico T1 T2 3

4 Formas de transmissão de calor.... Condução Convecção Radiação Condensação introdução isolantes cálculos exemplos e testes 4

5 Propriedades térmicas dos materiais Absortividade 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) introdução isolantes cálculos exemplos e testes 5

6 Propriedades térmicas dos materiais Emissividade Absortividade Tipo de superfície ε Tipo de superfície α introdução isolantes cálculos exemplos e testes Fonte: Projeto de Norma da ABNT 02: (1998) 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.ºC) Calor específico c: quantidade de calor necessária para elevar em 1 grau a temperatura de um componente, por unidade de massa (kj/kg.k) introdução isolantes cálculos exemplos e testes 7

8 Termografía - Foto externa Fachada Sul Fachada Leste Fachada Sul Fachada Leste introdução isolantes cálculos exemplos e testes 8

9 Foto externa Branco por fora Verde escuro por fora Branco por fora Verde escuro por fora introdução isolantes cálculos exemplos e testes 9

10 Foto interna Verde escuro por fora Branco por fora Verde escuro por fora Branco por fora introdução isolantes cálculos exemplos e testes 10

11 Foto externa Telhado branco Telhado fibrocimento Telhado branco Telhado fibrocimento introdução isolantes cálculos exemplos e testes 11

12 Temperatura x acabamento superficial da telha introdução isolantes cálculos exemplos e testes 12

13 Temperatura x acabamento superficial da telha introdução isolantes cálculos exemplos e testes 13

14 introdução isolantes cálculos exemplos e testes 14

15 isolantes Isolantes térmicos convencionais + Isolantes fibrosos (λ = W/mºC) Lã de rocha ou lã mineral Lã de vidro Concreto celular com 400 kg/m³ (λ = 0.17 W/mºC) Poliestireno (λ = a W/mºC) 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/mºC) (λ = 0.20 W/mºC) Cinza sinterizada Escória sinterizada - concreto com 1000 kg/m³ (λ = 0.35 W/mºC) 15

16 Isolantes fibrosos (λ = W/mºC) 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 introdução isolantes cálculos exemplos e testes 16

17 Isolantes fibrosos (λ = W/mºC) 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. introdução isolantes cálculos exemplos e testes Isolamento para sistemas de distribuição de ar Revest. Dutos metálicos 17

18 Isolantes fibrosos (λ = W/mºC) Lã de vidro Painéis rígidos e semi-rígidos de lã de vidro introdução isolantes cálculos exemplos e testes Isolamento termo-acústico entre pavimentos Isolamento termo-acústico Em laje de cobertura Aplicações em paredes 18

19 Isolantes fibrosos (λ = W/mºC) Lã de vidro Aplicações em coberturas introdução isolantes cálculos exemplos e testes 19

20 Isolantes fibrosos (λ = W/mºC) 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 introdução isolantes cálculos exemplos e testes 20

21 Isolantes fibrosos (λ = W/mºC) Lã de vidro Paredes DryWall introdução isolantes cálculos exemplos e testes 21 21

22 Isolantes fibrosos (λ = W/mºC) 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 introdução isolantes cálculos exemplos e testes 22

23 Isolantes fibrosos (λ = W/mºC) 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 introdução isolantes cálculos exemplos e testes 23

24 Poliestireno (λ = a W/mºC) Expandido (granulado aglutinado por fusão) Extrudado (células fechadas) introdução isolantes cálculos exemplos e testes 24

25 Espuma de poliuretano (λ = W/mºC) Telhas e painéis isotérmicos compostos por chapas metálicas com núcleo em espuma de poliuretano expandido Aplicações: coberturas, paredes internas e externas, divisórias, forros introdução isolantes cálculos exemplos e testes 25

26 Espuma de poliuretano (λ = W/mºC) introdução isolantes cálculos exemplos e testes 26

27 Concreto celular com 400 kg/m³ (λ = W/mºC) Menor peso Não-inflamável Isolante térmico Isolante acústico introdução isolantes cálculos exemplos e testes 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 introdução isolantes cálculos exemplos e testes 28

29 Agregado leve: argila expandida leveza resistência inércia química estabilidade dimensional resistência ao fogo isolante térmico isolante acústico introdução isolantes cálculos exemplos e testes 29

30 cálculos Fórmulas básicas + Resistência térmica : R = e / λ (W/m².ºC) Transmitância térmica: Fluxo de calor transmitido por unidade de área e por unidade de diferença de temperatura U = 1/ R (W/m².ºC) λ e Capacidade térmica: CT = λi. Ri. Ci. ρi = ei. Ci. ρi 30

31 Fórmulas básicas Resistência térmica superfície a superfície RT = R t 1 + R t R t n + R ar1 + R ar2 + R arn Resistência térmica ambiente a ambiente RT = R se + R t + R si Resistência térmica camadas não homogêneas RT = A a + A b + + A n A a + A b + + A n R a + R b + + R n Rse + Ra +Rb + Rc + R si introdução isolantes cálculos exemplos e testes 31

32 Fórmulas básicas Capacidade térmica camadas não homogêneas CT = A a + A b + + A n A a + A b + + A n C a + C b + + C n Atraso térmico Elemento homogêneo φ = 1,382. e. ρ. c 3,6. λ a + b + c ou φ = 0,7284. RT. CT introdução isolantes cálculos exemplos e testes 32

33 Fórmulas básicas Atraso térmico - Elemento heterogêneo φ = 1,382. RT. B1 = 0,226. Bo R t B1 + B2 B2 = 0,205. (λ. ρ. C) ext. R ext - R t - R ext R t 10 B2 = 0 se B2 =0 < 0 (negativo) B0 = Ct - C text Fator de Calor Solar: FS = 100. U. α. R se introdução isolantes cálculos exemplos e testes 33

34 Tabelas Condições de ventilação para câmaras de ar: Resistência térmica superficial interna e externa: introdução isolantes cálculos exemplos e testes 34

35 Resistência térmica de câmaras de ar não ventiladas, com largura maior que a espessura: introdução isolantes cálculos exemplos e testes 35

36 Transferência de calor I introdução isolantes cálculos exemplos e testes reflexão absorção 36

37 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 37

38 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) 38

39 Comportamento diante da radiação solar Temperatura Sol - ar: Tsol -ar = Text + α. RS. R e - ε. ΔRL. R se RS: Radiação total incidente na superfície R se: 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: ΔRL = 0, perdas compensadas pela radiação de onda longa recebida do solo e das superfícies do meio Tsol -ar = Text + α. RS. R se Fluxo de calor em planos verticais: Φ = U. A. (Text + α. RS. R se Tint) introdução isolantes cálculos exemplos e testes 39

40 Comportamento diante da radiação solar Planos horizontais: ε. ΔRL. R se = 4ºC (Dados Experimentais) Tsol -ar = Text + α. RS. R se - 4 Fluxo de calor em planos horizontais (coberturas): Φ = U. A. (Text + α. RS. R se 4 - Tint) introdução isolantes cálculos exemplos e testes 40

41 exemplos e testes Exemplo numérico tijolo maciço cor branca + Dados: U = 2 W/m².K Text = 30ºC Tint = 25ºC Orientação = oeste (latitude 30º sul) A = 5 m x 3 m Pior situação de verão: 22/12, 16h RS = 715 W/m² (TABELA) Rse = 0,04 W/m².K (TABELA) rebôco INT EXT 41

42 Exemplo numérico Φ = U. A. (Text + α. RS. R se Tint) α = 0,3 (parede branca) Φ = 2,00. 5,00. 3,00. (30 + 0, ,04 25) Φ = 407,4 W fluxo de calor que penetra no ambiente por m² de fechamento introdução isolantes cálculos exemplos e testes 42

43 Programa Transmitância 1) Elemento / componente Exemplo: Parede de tijolos macicos rebocados nas 2 faces introdução isolantes cálculos exemplos e testes 43

44 Programa Transmitância 2) Composição/Seções introdução isolantes cálculos exemplos e testes 44

45 Programa Transmitância 3) Resultados -capacidade térmica (Ct) - trânsmitancia térmica (U) - resistência térmica (R) - fator solar (FS) - atraso térmico (φ) introdução isolantes cálculos exemplos e testes 45

46 IRC - Ottawa introdução isolantes cálculos exemplos e testes 46

47 IRC - Ottawa introdução isolantes cálculos exemplos e testes 47

48 IRC - Ottawa introdução isolantes cálculos exemp s e testes introdução isolantes cálculos exemplos e testes 48

49 IRC - Ottawa introdução isolantes cálculos exemplos e testes 49

50 Isolamento janelas introdução isolantes cálculos exemplos e testes 50