Ganhos e perdas de calor pela envoltória Profa. Dra. Denise Helena Silva Duarte Prof. Dr. Leonardo Marques Monteiro
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
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
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
Trocas de calor através de componente opaco
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 )
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).
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.
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)
Trocas de calor através de componente translúcido
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 )
Fator solar de vidros Fator Solar (Str) de vidros Fonte: Catálogos de vidros produzidos no Brasil.
Componentes translúcidos com proteção solar
Fator solar de envidraçados com proteção Fator Solar (Str) das proteções das vidraças (para vidros simples com Str = 0,85) Fonte: Croiset (1972).
Revisão e Resumo
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
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
Anexos
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)
Resistência térmica de espaço de ar confinado (FROTA e SCHIFFER, 2012)
Características térmicas dos materiais (FROTA e SCHIFFER, 2012)
Exercícios: ganhos e perdas de calor pela envoltória Profa. Dra. Denise Helena Silva Duarte Prof. Dr. Leonardo Marques Monteiro
1. Calcular o ganho de calor solar (Ig = 1000 W/m2), por m2, transmitido por: 1.1 - 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. 3,76. 1000 q op = 169,2 W/m 2 1.2 - Mesma laje, com telha de fibro-cimento (e=10 mm), 1.600 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. 0,88. 1000 q op = 13,2 W/m 2 -> ganhos de calor solar por m 2 quase 13 vezes menor do que o anterior
2. Calcular o ganho de calor solar (Ig = 500 W/m 2 ), por m2, transmitido por: 2.1 - 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. 2,23. 500 q op = 33,45 W/m 2 2.2 - Através de um vidro vertical espessura 4 mm, incolor, Str = 0,86. q tr = A. Str. Ig q tr = 1. 0,86. 500 q tr = 430 W/m 2 -> ganho de calor solar por m 2 quase 13 vezes maior do que o do anterior
3. Calcular a perda de calor, por m 2 de superfície, para ti = 30 C e te = 25 C: 3.1 - 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 3.2 - 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 3.3 - 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