Desempenho Térmico de edificações PROFESSOR Roberto Lamberts ALEJANDRO NARANJO Unidade deportiva Atanasio Girardot - Medellín ECV 5161 UFSC FLORIANÓPOLIS
estrutura introdução isolantes cálculos exemplos e testes 2
introdução Transferência de calor + Transmissão de Calor: ocorre quando dois corpos apresentam temperaturas diferentes equilíbrio térmico T1 T2 3
Formas de transmissão de calor.... Condução Convecção Radiação Condensação 4
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
Propriedades térmicas dos materiais Emissividade (ondas longas) Absortância (ondas curtas) Tipo de superfície ε Tipo de superfície α Fonte: NBR 15220 (2003) 6
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
Termografía - Foto externa Fachada Sul Fachada Leste Fachada Sul Fachada Leste 8
Foto externa Branco por fora Verde escuro por fora Branco por fora Verde escuro por fora 9
Foto interna Verde escuro por fora Branco por fora Verde escuro por fora Branco por fora 10
Foto externa Telhado branco Telhado fibrocimento Telhado branco Telhado fibrocimento 11
Temperatura x acabamento superficial da telha 12
Temperatura x acabamento superficial da telha 13
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isolantes Isolantes térmicos convencionais + Isolantes fibrosos (λ = 0.045 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 = 0.035 a 0.040 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 = 0.030 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
Isolantes fibrosos (λ = 0.045 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
Isolantes fibrosos (λ = 0.045 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
Isolantes fibrosos (λ = 0.045 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
Isolantes fibrosos (λ = 0.045 W/m.K) Lã de vidro Aplicações em coberturas 19
Isolantes fibrosos (λ = 0.045 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
Isolantes fibrosos (λ = 0.045 W/m.K) Lã de vidro Paredes DryWall 21 21
Isolantes fibrosos (λ = 0.045 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
Isolantes fibrosos (λ = 0.045 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
Poliestireno (λ = 0.035 a 0.040 W/m.K) Expandido (granulado aglutinado por fusão) Extrudado (células fechadas) 24
Espuma de poliuretano (λ = 0.030 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
Espuma de poliuretano (λ = 0.030 W/m.K) 26
Concreto celular com 400 kg/m³ (λ = 0.045 W/m.K) Menor peso Não-inflamável Isolante térmico Isolante acústico 27
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
Agregado leve: argila expandida leveza resistência inércia química estabilidade dimensional resistência ao fogo isolante térmico isolante acústico 29
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
cálculos + Resistência Térmica superficial interna e externa: 31
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
cálculos Resistência térmica de câmaras de ar não ventiladas com largura muito maior que a espessura + 33
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
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
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
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
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
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
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
Exemplo numérico Φ = U. A. (Text + α. RS. Rse Tint) α = 0,2 (parede branca) Φ = 2,00. 5,00. 3,00. (30 + 0,2. 715. 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
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
IRC - Ottawa Placa Quente Protegida: Método de medição da condutividade e resistência térmica de materiais Parte 4 da NBR 15220 (2003) introdução isolantes cálculos exemplos e testes 43
IRC Ottawa introdução isolantes cálculos exemp s e testes introdução isolantes cálculos exemplos e testes 44
IRC Ottawa Casas de testes introdução isolantes cálculos exemplos e testes 45
Isolamento janelas introdução isolantes cálculos exemp s e tests introdução isolantes cálculos exemplos e testes 46