Adequação ao novo RCCTE

COMPORTAMENTO TÉRMICO DE SOLUÇÕES EM MADEIRA. Adequação ao novo RCCTE Encontro Nacional de Engenharia de Madeiras ENEM09 Nuno Simões DEC-FCTUC Colaboração: Joana Prata e Inês Simões

2 MOTIVAÇÃO Análise dos parâmetros de caracterização térmica de soluções (em madeira) que tenham influência no balanço energético da envolvente de edifícios. Metodologia de cálculo definida no RCCTE

3 SUMÁRIO Balanço energético através da envolvente de edifícios na estação de aquecimento Caracterização térmica de soluções construtivas: Coeficiente de transmissão térmica, U Coeficiente de perdas lineares, Inércia Térmica (Massa Térmica) (Atraso térmico)

OBJECTO DE ESTUDO 4 Materiais areia cimento argila madeira alumínio aço pedra vidro pvc Produtos betão tijolo argamassa caixilho bloco isolamento Soluções construtivas Parede Pavimento Cobertura Janela Características térmicas Propriedades físicas Desempenho térmico Comportamento Térmico & Desempenho Energético Arquitectura Clima Localização Processo construtivo

5 BALANÇO ENERGÉTICO ATRAVÉS DA ENVOLVENTE DE EDIFÍCIOS NA ESTAÇÃO DE AQUECIMENTO Metodologia de cálculo do RCCTE N ic N i N vc N v N ac N a N tc N t Perdas de calor: envolvente opaca exterior envolvente interior envidraçados renovação de ar (ventilação) Ganhos internos Ganhos solares através dos envidraçados

6 BALANÇO ENERGÉTICO ATRAVÉS DA ENVOLVENTE DE EDIFÍCIOS NA ESTAÇÃO DE AQUECIMENTO Metodologia de cálculo do RCCTE N ic N i N ic = (Qt + Qv - Qgu) / A p Ganhos úteis de calor Perdas de calor associadas à ventilação Perdas de calor pela envolvente Qt = Qext + Qlna + Qpe+ Qpt

7 BALANÇO ENERGÉTICO ATRAVÉS DA ENVOLVENTE DE EDIFÍCIOS NA ESTAÇÃO DE AQUECIMENTO Metodologia de cálculo do RCCTE Q 0.024 B GD pt j j (kwh) Qext 0.024U AGD (kwh) Qlna 0.024 U AGD (kwh)

8 BALANÇO ENERGÉTICO ATRAVÉS DA ENVOLVENTE DE EDIFÍCIOS NA ESTAÇÃO DE AQUECIMENTO Metodologia de cálculo do RCCTE Qv 0.024 0.34 Rph Ap Pd GD (kwh) Q 0.024 B GD pe j j (kwh)

9 BALANÇO ENERGÉTICO ATRAVÉS DA ENVOLVENTE DE EDIFÍCIOS NA ESTAÇÃO DE AQUECIMENTO Metodologia de cálculo do RCCTE GANHOS BRUTOS Q Q Q Q g i S GANHOS ÚTEIS gu. Q g QS Gsul X j Asnj. M j n Q q. M. A 0.720 i i p Dependente da Inércia Térmica

10 CARACTERIZAÇÃO TÉRMICA DE SOLUÇÕES CONSTRUTIVAS Coeficiente de transmissão térmica, U Coeficiente de perdas lineares, Inércia térmica (Massa Térmica) (Atraso térmico)

11 COEFICIENTE DE TRANSMISSÃO TÉRMICA, U W/(m 2. ºC) Paredes Coberturas e Pavimentos Vãos envidraçados e Pontes térmicas planas

12 COEFICIENTE DE TRANSMISSÃO TÉRMICA, U Metodologias: 1. Método simplificado (EN ISO 6946:2007); 2. Métodos numéricos (Diferenças Finitas, Elementos Finitos; Elementos de fronteira;...); 3. Método de ensaio descrito na EN ISO8990:1996 (Hot-Box); 4. Valores tabelados (por exemplo NP EN 1745:2005 ou ITE50).

13 COEFICIENTE DE TRANSMISSÃO TÉRMICA, U 1 2 3 1. Método simplificado (EN ISO 6946:2007) fa a fb b U 1 R T R T R ' T 2 R '' T D fc fd c d Limite superior da R T total 1 R ' T f R a Ta f R b Tb f R q Tq Limite inferior da R T total R '' T Rsi R1 R2... Rn Rse d1 d2 d3 R si e R se representam as resistências superficiais interior e exterior, respectivamente [m 2.⁰C/W]. 1 R j fa fb... R R aj bj d f R q qj aj RNUNO aj SIMÕES aj

14 COEFICIENTE DE TRANSMISSÃO TÉRMICA, U 1. Método simplificado (EN ISO 6946:2007) R aj d aj aj λ condutibilidade térmica do elemento [W/(m. ⁰C)]

15 COEFICIENTE DE TRANSMISSÃO TÉRMICA, U 1. Método simplificado (EN ISO 6946:2007) EXEMPLO 1 R R R R... R R T si 1 2 n se 0.013 0.1 0.12 0.04 RT 0.13 0.04 0.25 0.13 0.04 0.8 2 R 3.96m.ºC/W T 1 U RT 2 0.25W/(m.ºC) Fonte: http://www.dataholz.com

16 COEFICIENTE DE TRANSMISSÃO TÉRMICA, U fa a 1 2 3 1. Método simplificado (EN ISO 6946:2007) D fc fb b c EXEMPLO 2 1 2 3 a b R T R T R ' T 2 R '' T 3.5 3.31 m 2.ºC/W 2 1 U RT fd d d1 d2 d3 c U 2 0.293W/(m.ºC) Fonte: http://www.egoin.biz

17 COEFICIENTE DE TRANSMISSÃO TÉRMICA, U 2. Métodos numéricos (MDF, MEF; MEF;...) EXEMPLO 2 1 2 2 U 0.295W/(m.ºC)

18 COEFICIENTE DE TRANSMISSÃO TÉRMICA, U 3. Método de ensaio descrito na EN ISO8990:1996 (Hot-Box) Guarded Hot Box Calibrated Hot Box

COEFICIENTE DE TRANSMISSÃO TÉRMICA, U 3. Método de ensaio descrito na EN ISO8990:1996 (Hot-Box) Potência Perdas de calor pelas paredes da caixa Perdas de calor pela moldura Temperaturas na superfície do provete e no ar Фsur Фedge Fluxo de calor Provete

20 COEFICIENTE DE TRANSMISSÃO TÉRMICA, U 3. Método de ensaio descrito na EN ISO8990:1996 (Hot-Box) Legenda: 1 Painel envolvente 2 Painel de calibração ou provete 3 Lado frio 4 Lado quente 5 Localização dos sensores de temperatura do ar 6 Barreiras difusoras (baffles)

COEFICIENTE DE TRANSMISSÃO TÉRMICA, U 3. Método de ensaio descrito na EN ISO8990:1996 (Hot-Box) Hot chamber Specimen Cold chamber

COEFICIENTE DE TRANSMISSÃO TÉRMICA, U 3. Método de ensaio descrito na EN ISO8990:1996 (Hot-Box) Barreira Provete Sensores de medição de temperatura na superfície e no ar Malha de termopares

23 COEFICIENTE DE TRANSMISSÃO TÉRMICA, U 4. Valores tabelados (por exemplo NP EN 1745:2005 ou ITE50) ITE50 Não contempla soluções de parede ou de pavimento em madeira. Tijolo Blocos Pedra Betão

24 COEFICIENTE DE PERDAS LINEARES, W/(m.ºC) Fachada+Pavimento Térreo Fachada+Pavimento sobre Local Não Aquecido Fachada+Pavimento Intermédio Fachada+Caixa de Estore Fachada+Cobertura Fachada+Varanda 2 Paredes Verticais Fachada+Padieira

25 COEFICIENTE DE PERDAS LINEARES, Metodologias: 1. Valores tabelados no RCCTE; 2. Valores tabelados na norma ISO 14683:2007; 3. Método de cálculo normalizado na ISO10211:2007.

26 COEFICIENTE DE PERDAS LINEARES, 1. Valores tabelados no RCCTE EXEMPLO 1-2 Paredes Verticais Em alternativa =0.5 W/(m.ºC)

27 COEFICIENTE DE PERDAS LINEARES, 1. Valores tabelados no RCCTE EXEMPLO 2 - Fachada+Pavimento Intermédio Em alternativa =0.5 W/(m.ºC)

28 COEFICIENTE DE PERDAS LINEARES, 2. Valores tabelados na norma ISO 14683:2007 EXEMPLO 1-2 Paredes Verticais For lightweight walls: U = 0,375 W/(m2 ºC)

29 COEFICIENTE DE PERDAS LINEARES, 2. Valores tabelados na norma ISO 14683:2007 EXEMPLO 2 - Fachada+Pavimento Intermédio For lightweight walls: U = 0,375 W/(m2 ºC)

30 COEFICIENTE DE PERDAS LINEARES, 3. Metodologia ISO 10211 Q total Q pte térmica linear Q zonas correntes (W) Q total Q pt z l z l T T U (W) x,z lq x l ext z T U A U T y,z (W) l y l z T (W)

31 COEFICIENTE DE PERDAS LINEARES, 3. Metodologia ISO 10211 Q total Q pte térmica linear Q zonas correntes (W) Q total z l z T U x,z l x l z T Q total l z T z U x,z l x U y,z l y (W/(m.C)) L 2D U j l j (W/(m.C)) j U y,z l y l z T (W) L 2D (W/(m.C)) ; 1 U j R se R i R ; si i l j - Comprimento medido pelo interior (m)

32 COEFICIENTE DE PERDAS LINEARES, 2. Metodologia ISO10211 Cálculo de Q total Assumindo que: - Não há geração de calor - Não há acumulação de calor - λ é constante Perfil de Temperaturas 2 T x 2 2 T y 2 0 Taxa de Transferência de Calor: Q x A T x (W) Método dos Elementos Finitos ; Q y A T (W) Lei de Fourier y

33 COEFICIENTE DE PERDAS LINEARES, 3. Metodologia ISO10211 EXEMPLO : Perfil de Temperaturas LIGAÇÃO ENTRE DUAS PAREDES VERTICAIS L 2D U 1 l 1 U 2 l 2 (W/(m.C)) U R se j 1 R j R si (W/m 2.C) R j d j j (m 2.C/W) L 2D 0,39 1 0,39 1 (W/(m.C)) Taxa Total de Transferência de Calor por cada m de PTL L 2D Q total l T MEF Q total l 16,61 W/m

34 COEFICIENTE DE PERDAS LINEARES, 3. Metodologia ISO10211 RESULTADOS Duas Paredes Verticais com Isolamento pelo Exterior BETÃO MADEIRA TIJOLO FURADO em [m] 0,22 0,1 0,22 0,22 L 2D [W/(m.ºC)] 1,235 0,831 0,636 1,030 Ψ [W/(m.ºC)] 0,196 0,05 0,062 0,165 Ψ (RCCTE) 0,10-0,15 Ψ (ISO 14683) 0,15

35 COEFICIENTE DE PERDAS LINEARES, 3. Metodologia ISO10211 RESULTADOS Duas Paredes Verticais com Isolamento pelo Interior BETÃO MADEIRA TIJOLO FURADO em [m] 0,22 0,1 0,22 0,22 L 2D [W/(m.ºC)] 1,064 0,803 0,603 0,895 Ψ [W/(m.ºC)] 0,025 0,022 0,029 0,030 Ψ (RCCTE) 0,20-0,25 Ψ (ISO 14683) 0,05

36 COEFICIENTE DE PERDAS LINEARES, Metodologia ISO10211 RESULTADOS Fachada+Pavimento Intermédio c/ Isol. pelo Exterior BETÃO MADEIRA TIJOLO FURADO e m [m] 0,22 0,10 0,22 0,22 e p [m] 0,24 0,25 0,24 L 2D [W/(m.ºC)] 1,165 0,873 0,648 0,991 Ψ [W/(m.ºC)] 0,126 0,092 0,074 0,126 Ψ (RCCTE) 0,2

37 COEFICIENTE DE PERDAS LINEARES, 3. Metodologia ISO10211 RESULTADOS Fachada+Pavimento Intermédio c/ Isol. pelo Interior BETÃO MADEIRA TIJOLO FURADO e m [m] 0,22 0,1 0,22 0,22 e p [m] 0,24 0,25 0,24 L 2D [W/(m.ºC)] 1,835 0,917 0,666 1,479 Ψ [W/(m.ºC)] 0,796 0,136 0,092 0,614 Ψ (RCCTE) 0,7<Ψ<0,8

38 COEFICIENTE DE PERDAS LINEARES, 3. Metodologia ISO10211 RESULTADOS Fachada+Pavimento sobre LNA c/ Isol. Pelo Exterior BETÃO MADEIRA TIJOLO FURADO e m [m] 0,22 0,1 0,22 0,22 e p [m] 0,32 0,33 0,32 L 2D [W/(m.ºC)] 1,771 0,878 1,021 1,541 Ψ [W/(m.ºC)] 0,661 0,080 0,072 0,517 Ψ (RCCTE) 0,45<Ψ<0,50

39 INÉRCIA TÉRMICA (MASSA TÉRMICA) 1. Determinação de massas térmicas (regras de quantificação de Mt e Msi) I t M A si p. r. S i 2 I t 15 0 kg / m In ércia Fraca 15 0 kg / m I 4 00 kg / m Inércia M édia 2 2 t 2 I t 400 kg / m Inércia Forte

40 INÉRCIA TÉRMICA (MASSA TÉRMICA) 1. Determinação de massas térmicas (regras de quantificação de Mt e Msi) Envolvente exterior, elemento em contacto com outra fracção autónoma ou com espaços não úteis sem isolamento M si =m t /2 ou 150 kg/m 2 (máximo); com isolamento M si = massa do lado interior do isolamento ou 150 kg/m 2 (máximo). Elemento construtivo Resistência témica, R, do revestimento superficial [m2.ºc/w] Factor de correcção r Valor efectivo a adoptar para o valor da massa superficial útil (Msi) Envolvente exterior ou interior R 0,14 0,14 <R 0,30 R > 0,30 1 0,5 0 Msi 0,50.Msi 0

41 INÉRCIA TÉRMICA (MASSA TÉRMICA) 1. Determinação de massas térmicas (regras de quantificação de Mt e Msi) Elementos interiores da fracção autónoma M si =m t ou 300kg/m 2 (máximo) Resistência témica, R, do revestimento superficial [m2.ºc/w] R 0,14 R > 0,14 numa das faces do elemento R > 0,14 em ambas as faces do elemento Factor de correcção r 1 0,75 0,50 Valor efectivo a adoptar para o valor da massa superficial útil (Msi) Msi 0,75.Msi 0,50.Msi

42 INÉRCIA TÉRMICA (MASSA TÉRMICA) 1. Determinação de massas térmicas (regras de quantificação de Mt e Msi) EXEMPLO 1 Envolvente exterior com isolamento M si = massa do lado interior do isolamento ou 150 kg/m 2 (máximo) M si = 50 kg/m 2 Rt do revestimento superficial = 0.052 m 2.ºC/W M si.r = 50 kg/m 2 100 mm, 500 kg/m 3 Fonte: http://www.dataholz.com

43 INÉRCIA TÉRMICA (MASSA TÉRMICA) 1. Determinação de massas térmicas (regras de quantificação de Mt e Msi) EXEMPLO 1 (cont.) Envolvente exterior com isolamento M si = massa do lado interior do isolamento ou 150 kg/m 2 (máximo) 100 mm, 500 kg/m 3 220 mm M si.r = 50 kg/m 2 M si.r = 150 kg/m 2 r = 0.5 M si.r = 75 kg/m 2

44 INÉRCIA TÉRMICA (MASSA TÉRMICA) 2. Análise comparativa dos índices térmicos fundamentais EXEMPLO 1 Moradia T5, Ap=356.95m 2 FF=0.61 36.2 35.04 35.04 Nic (kwh/m 2.ano) Ni (kwh/m 2.ano) Nvc Nv (kwh/m 2.ano) (kwh/m 2.ano) Nac (kwh/m 2.ano) Na (kwh/m 2.ano) Ntc (kgep/m 2.ano) Nt (kgep/m 2.ano) Fraca 67,59 5,15 1,45 Média 65,34 67,85 3,27 18 7,8 19,88 1,4 3,46 Forte 63,97 1,46 1,37 A

45 INÉRCIA TÉRMICA (MASSA TÉRMICA) 2. Análise comparativa dos índices térmicos fundamentais EXEMPLO 2 Moradia T4, Ap=254.51.95m 2 FF=0.63 Nic (kwh/m 2.ano) Ni (kwh/m 2.ano) Nvc (kwh/m 2.ano) Nv (kwh/m 2.ano) Nac (kwh/m 2.ano) Na (kwh/m 2.ano) Ntc (kgep/m 2.ano) Nt (kgep/m 2.ano) Fraca 66,23 8,97 1,43 Média 62,95 69,39 6,4 18 10,09 23,23 1,39 3,92 Forte 60,62 3,71 1,34 A

46 INÉRCIA TÉRMICA (MASSA TÉRMICA) 2. Análise comparativa dos índices térmicos fundamentais EXEMPLO 3 Apartamento T1, Ap=49.56m 2 FF=0.47 Alçado Principal Nic (kwh/m 2.ano) Ni (kwh/m 2.ano) Nvc (kwh/m 2.ano) Nv (kwh/m 2.ano) Nac (kwh/m 2.ano) Na (kwh/m 2.ano) Ntc (kgep/m 2.ano) Nt (kgep/m 2.ano) Fraca 58,38 5,85 2,95 Média 55,83 62,17 3,95 18 28,69 47,72 2,91 7,16 Forte 54,09 2,11 2,88 A

ATRASO TÉRMICO ABNT NBR 15220-2:2005: Tempo decorrido entre a variação térmica num meio e a sua manifestação na superfície oposta de um componente construtivo sujeito a um regime periódico de transmissão de calor. EXEMPLOS Propriedades térmicas 1,382.. t B2 f (, c p, ) R B B 1 2 Material Condutibilidade Térmica (W.m -1.ºC -1 ) Calor Específico (J.kg -1.ºC -1 ) Massa Volúmica (kg.m -3 ) Cerâmico 0.90 920 1600 Betão 1,4 1000 2300 Madeira 0.12 1340 375 Lã de rocha 0.04 750 70

ATRASO TÉRMICO EXEMPLO 1 - Sem isolamento Atraso Térmico (em horas) Espessura (m) Madeira Betão Tijolo 0.22 10.62 5.8 10.4 0.11 5.12 2.9 5.2 Int. Ext. Int. Ext. Int. Ext. 0.11/0.22 0.11/0.22 0.11/0.22

ATRASO TÉRMICO EXEMPLO 2 - Com 60 mm de lã de rocha pelo interior Atraso Térmico (em horas) Espessura (m) Madeira Betão Tijolo 0.22 11,71 1,49 7,14 0.11 6,86 1,46 6,19 Int. Ext. Int. Ext. Int. Ext. 0.11/0.22 0.06 0.11/0.22 0.06 0.11/0.22 0.06

ATRASO TÉRMICO EXEMPLO 2 - Com 60 mm de lã de rocha pelo exterior Atraso Térmico (em horas) Espessura (m) Madeira Betão Tijolo 0.22 12,75 18,90 8,48 0.11 7,78 13,14 7,45 Int. Ext. Int. Ext. Int. Ext. 0.11/0.22 0.06 0.11/0.22 0.06 0.11/0.22 0.06

COMPORTAMENTO TÉRMICO DE SOLUÇÕES EM MADEIRA. Adequação ao novo RCCTE Os parâmetros de caracterização térmica de soluções (em madeira) que têm influência no balanço energético da envolvente de edifícios (de acordo com a metodologia definida no RCCTE) são os seguintes: - Coeficientes de transmissão térmica, U; - Coeficientes de perdas lineares, ; - Massas térmicas, para efeito de cálculo da classe de Inércia Térmica. Encontro Nacional de Engenharia de Madeiras ENEM09 Nuno Simões DEC-FCTUC Colaboração: Joana Prata e Inês Simões