MESTRADO EM ENGENHARIA CIVIL DISCIPLINA DE CONFORTO AMBIENTAL EM EDIFÍCIOS REH- Metodologia TÉRMICA DE EDIFÍCIOS (Parte 3) Cristina Matos Silva Maria da Glória Gomes Pág.1 Pág.2 REH- Metodologia REH: Inverno qi =18 ºC O país encontra-se dividido em 3 zonas climáticas de Inverno I1, I2 e I3. Exemplo: I3 (Bragança) I2 (Guimarães) I1 (Albufeira) Zonas climáticas de Inverno no continente Os requisitos mínimos de Inverno (U máx ) dependem da zona climática Pág.3 Pág.4 REH: Inverno Tabela 02 F - Critérios para a determinação da zona climática de Inverno GD 1300 1300 < GD 1800 GD > 1800 Critério Zona I1 I2 I3 REH: Inverno F Altitude do local GD Graus-dia aquecimento GD = Σ j (θ i θ ext médio diário ) 18ºC GD define-se como o somatório das diferenças positivas registadas entre a temperatura base (de 18ºC) e a temperatura do ar exterior ao longo da estação de aquecimento Pág.5 Pág.6
REH: Inverno Necessidades nominais anuais de energia útil para aquecimento N ic : Necess. Úteis de Aquecimento Necessidades Brutas [kwh/m 2.ano] Q tr,i [kwh/ano] - Transferência de calor por transmissão através da envolvente Q ve,i [kwh/ano] - Transferência de calor por ventilação Q gu,i [kwh/ano] - Ganhos térmicos úteis (internos + solares) A p [m 2 ] Área útil de pavimento Pág.7 Pág.8 Necessidades nominais anuais de energia útil para aquecimento N ic : [kwh/m 2.ano] Q tr,i [kwh/ano] - Transferência de calor por transmissão através da envolvente Graus-dia de aquecimento Coeficiente global de transferência de calor por transmissão (W/ºC) Q ve,i [kwh/ano] - Transferência de calor por ventilação Q gu,i [kwh/ano] - Ganhos térmicos úteis (internos + solares) Coeficiente de transferência de calor através de elementos em contacto com: exterior espaços não úteis edifícios adjacentes solo A p [m 2 ] Área útil de pavimento Pág.9 Pág.10 Exterior H ext coeficiente de contacto com o exterior (W/ºC); H ext coeficiente de contacto com o exterior (W/ºC); planas de elementos opacos exteriores (paredes, coberturas e pavimentos) e exteriores lineares de elementos em contacto com exterior Espaço não útil Pág.11 planas de elementos opacos exteriores (paredes, coberturas e pavimentos) e exteriores lineares de elementos em contacto com exterior Pág.12
Edifício adjacente Exterior Exterior Exterior H ext coeficiente de contacto com o exterior (W/ºC); H ext coeficiente de contacto com o exterior (W/ºC); planas de elementos opacos exteriores (paredes, coberturas e pavimentos) e exteriores lineares de elementos em contacto com exterior Espaço não útil Pág.13 planas de elementos opacos exteriores (paredes, coberturas e pavimentos) e exteriores lineares de elementos em contacto com exterior Pág.14 Exterior Espaço não útil H enu coeficiente de contacto com espaços não úteis (W/ºC); Exemplos: sótãos e caves não habitadas, circulações (interiores ou exteriores) comuns às fracções autónomas, varandas e marquises fechadas adjacentes aos espaços úteis, garagens, armazéns, entre outros. Espaço não útil H enu coeficiente de contacto com o espaços não úteis (W/ºC); Exemplos: sótãos e caves não habitadas, circulações (interiores ou exteriores) comuns às fracções autónomas, varandas e marquises fechadas adjacentes aos espaços úteis, garagens, armazéns, entre outros. Pág.15 Pág.16 Exterior H enu coeficiente de contacto com espaços não úteis (ENU) (W/ºC); planas de elementos opacos (paredes e pavimentos) e em contacto com ENU lineares de elementos em contacto com ENU Podem entrar ou não conforme as características do ENU Espaço não útil Pág.17 H adj coeficiente de contacto com edifícios adjacentes (W/ºC); É calculado de forma semelhante a H enu I.S. a=4.10m2 I.S. a=2.70m2 DESP. a=1.70m2 QUARTO 1 a=13.30m2 HALL a=6.30m2 QUARTO 2 a=13.40m2 CIRCULAÇÃO a=5.60m2 T2 QUARTO a=11.90m2 T3 Pág.18
H ecs coeficiente de transferência de calor através de elementos em contacto como solo (W/ºC); q ext q int q a q int - Envolvente em contacto com o ar exterior q a = q ext - Envolvente em contacto com o ar interior pavimentos em contacto com o solo paredes em contacto com o solo (CM) (F) q ext Q=U A (q int - q a ) (W) q a = q int - Envolvente em contacto com espaço não útil Pág.19 U Coeficiente de transmissão térmica do elemento [W/m 2 ºC] A Área do elemento [m 2 ] q a = q ext + (1-b tr )(q int -q ext ) 0 < b tr <1 (dependente do espaço não útil) Pág.20 Em cada hora, as perdas através de um elemento genérico em contacto com o exterior são: Q= U A (q int - q ext ) [W] U coeficiente de transmissão térmica do elemento da envolvente [W/m 2.ºC]; A área do elemento da envolvente medida pelo interior [m 2 ]; PERDAS POR CONDUÇÃO PELA No final da estação de aquecimento, as perdas por esse elemento são: H tr,i coeficiente global de transferência de calor por transmissão (W/ºC) Áreas medidas pelo interior Q = 0,024 U A GD GD Graus-dia aquecimento 18ºC q int temperatura do ar interior do edifício [ºC]; q ext temperatura do ar exterior [ºC] Pág.21 Pág.22 No final da estação de aquecimento, a transferência de calor por transmissão através de toda a envolvente do edifício: Graus-dia de aquecimento Coeficiente de transferência de calor através de elementos em contacto com: Coeficiente global de transferência de calor por transmissão (W/ºC) exterior espaços não úteis edifícios adjacentes solo Pág.23 (1) ELEMENTOS EM CONTACTO COM O EXTERIOR: H ext coeficiente de transferência de calor através de elementos da envolvente em contacto com o exterior (W/ºC); planas de el. opacos e lineares [W/ºC] em que: U coeficiente de transmissão térmica do elemento da envolvente [W/m 2.ºC]; A área do elemento da envolvente medida pelo interior [m 2 ]; y- coeficiente de transmissão térmica linear [W/m.ºC]; B - desenvolvimento linear da ponte térmica medido pelo interior [m]. Pág.24
(1) ELEMENTOS EM CONTACTO COM O EXTERIOR: y- coeficiente de transmissão térmica linear [W/m.ºC]; Ex: ligação fachada com pavimento Pág.25 (2) ELEMENTOS EM CONTACTO COM ENU: H enu coeficiente de transferência de calor através de elementos da envolvente em contacto com ENU (W/ºC); [W/ºC] Espaço não útil (ENU): não climatizado; sem ocupação regular; circulações comuns (garagens, escadas, elevadores); fracções não residenciais; espaços com porta ou janela para o exterior ou outro ENU ventilado naturalmente (sem ser ventilado pela fracção). planas de el. opacos e lineares (se b tr >0.7) Pág.26 (2) ELEMENTOS EM CONTACTO COM ENU: H enu coeficiente de transferência de calor através de elementos da envolvente em contacto com ENU (W/ºC); [W/ºC] b tr coeficiente de redução de perdas de um espaço não útil ou edifício adjacente planas de el. opacos e lineares (se b tr >0.7) Dada a dificuldade em conhecer com precisão o valor de θ enu, admite-se que b tr pode tomar os valores convencionais indicados na Tabela 22 (Despacho nº15793-/2013). b tr estimado em função do volume do ENU (V enu ), de ter ou não aberturas de ventilação permanentemente abertas e do quociente: int enu enu ext b tr é um parâmetro adimensional que toma valores de 0 a 1 Pág.27 Pág.28 Nota: (1) f - Espaço não útil que tem todas as ligações entre elementos bem vedadas, sem aberturas de ventilação permanentemente abertas; F - Espaço não útil permeável ao ar devido à presença de ligações e aberturas de ventilação permanentemente abertas. (2) A i somatório das áreas dos elementos que separam o espaço interior útil do espaço não útil ; A u somatório das áreas dos elementos que separam o espaço não útil do ambiente exterior; V enu volume do espaço não útil. (3) Para espaços fortemente ventilados b tr deverá tomar o valor de 1,0. (4) Para elementos em contacto com edifícios adjacentes deve ser utilizado um valor de b tr de 0,6. Pág.29 (3) ELEMENTOS EM CONTACTO COM EDIFÍCIOS ADJACENTES : H adj coeficiente de transferência de calor através de elementos da envolvente em contacto com edifícios adjacentes (W/ºC); Edifícios adjacentes (adj): edifícios independentes (em lotes de terreno distintos); edifícios que apesar de se localizarem no mesmo lote não partilham qualquer espaço comum (circulação, garagem ou cobertura). É calculado de forma semelhante a H enu : b tr coeficiente de redução de perdas de edifício adjacente = 0,6 [W/ºC] Pág.30
(4) ELEMENTOS EM CONTACTO COM O SOLO : H ecs coeficiente de transferência de calor através de elementos em contacto com o solo (W/ºC); (4) ELEMENTOS EM CONTACTO COM O SOLO : H ecs coeficiente de transferência de calor através de elementos em contacto com o solo (W/ºC); pavimeno em contacto com o solo parede em contacto com o solo em que: U bfi coeficiente de transmissão térmica do pavimento enterrado i [W/m 2.ºC]; A i área do pavimento em contacto com o solo i medida pelo interior [m 2 ]; z j profundidade média enterrada da parede j [m]; P j desenvolvimento total da parede enterrada j medido pelo interior [m]; U bwj coeficiente de transmissão térmica da parede em contacto com o solo j [W/m 2 ºC]. Pág.31 z j P j A i pavimento em contacto com o solo parede em contacto com o solo Pág.32 (4) ELEMENTOS EM CONTACTO COM O SOLO : H ecs coeficiente de transferência de calor através de elementos em contacto com o solo (W/ºC); pavimento em contacto com o solo parede em contacto com o solo Necessidades nominais anuais de energia útil para aquecimento N ic : [kwh/m 2.ano] Q tr,i [kwh/ano] - Transferência de calor por transmissão através da envolvente Q ve,i [kwh/ano] - Transferência de calor por ventilação Q gu,i [kwh/ano] - Ganhos térmicos úteis (internos + solares) Pág.33 A p [m 2 ] Área útil de pavimento Pág.34 PERDAS POR VENTILAÇÃO PERDAS POR VENTILAÇÃO A ventilação é o processo através do qual o ar puro é introduzido no interior do edifício e o ar viciado é removido. Exigências de Qualidade do Ar (QAI) Ventilação Natural Ventilação Mecânica É uma necessidade, mas a diluição dos poluentes não pode ser feita à custa de consumos energéticos excessivos Dá-se: por processos naturais ou passivos; através de aberturas intencionais. Dá-se: por processos mecânicos ou activos. Pág.35 Pág.36
Em cada hora, as perdas são: Q ra = 0,34 R ph A p P d (qi - q ext ) [W/ºC] em que: A p área útil de pavimento [m 2 ]; P d pé-direito [m]; q i temperatura do ar interior do edifício [ºC]; q ext temperatura do ar exterior [ºC]. Q ve,i = 0,024 GD H ve,i PERDAS POR VENTILAÇÃO No final da estação de aquecimento, as perdas são: H ve,i coeficiente de transferência de calor por ventilação na estação de aquecimento (W/ºC); H ve,i = 0,34 R ph,i A p P d [W/ºC] com: GD Graus-dia aquecimento; R ph Nº de renovações horárias.? Pág.37 P: Como calcular R ph? PERDAS POR VENTILAÇÃO R: Depende se é ventilação natural ou mecânica. Despacho (extrato) n.º 15793-/2013 12. TAXA DE RENOVAÇÃO DO AR Folha de cálculo LNEC No caso da ventilação natural, é necessário ter em conta : o enquadramento da fracção autónoma: região (A ou B); rugosidade (I,II,III); nº de fachadas expostas; classe de protecção da fracção (protegido, normal ou desprotegido do vento); a permeabilidade ao ar da envolvente (caixilharias e caixa de estore); as aberturas de admissão de ar na fachada (fixas ou autoreguláveis); as condutas de ventilação natural (exaustão e insuflação) Pág.38 PERDAS POR VENTILAÇÃO R ph Requisito mínimo: R ph 0,40 h -1 Necessidades nominais anuais de energia útil para aquecimento N ic : [kwh/m 2.ano] Cálculo de N ic : R ph,i 0,40 h -1 Q tr,i [kwh/ano] - Transferência de calor por transmissão através da envolvente Cálculo de N vc : R ph,v 0,60 h -1 Q ve,i [kwh/ano] - Transferência de calor por ventilação Referência: 0,40 h -1 R ph 0,60 h -1 Pág.39 Q gu,i [kwh/ano] - Ganhos térmicos úteis (internos + solares) A p [m 2 ] Área útil de pavimento Pág.40 GANHOS TÉRMICOS ÚTEIS (INTERNOS + SOLARES) Os ganhos térmicos úteis a considerar no cálculo das necessidades nominais de aquecimento do edifício são : Factor de utilização dos ganhos térmicos. Ganhos térmicos brutos. (INTERNOS) Os ganhos de calor de fontes internas durante toda a estação de aquecimento: (24 horas 30 dias)/1000 M - duração da estação de aquecimento Os ganhos térmicos internos: (metabolismo ocupantes, equipamentos, ) Os ganhos solares térmicos pelos vãos Pág.41 q int = 4 W/m 2 (edif. habitação) Pág.42
(INTERNOS) Os ganhos de calor de fontes internas durante toda a estação de aquecimento: Os ganhos solares (brutos) através dos vãos durante toda a estação de aquecimento: F q int = 4 W/m 2 (edif. habitação) Pág.43 orientação envidraçado G Sul : valor médio mensal da energia solar média incidente numa superfície orientada a Sul [kwh/m 2.mês] X j : Factor de orientação para as diferentes exposições F s,i : Factor de obstrução (sombreamentos) g.f w.a util.g A s nj : área efectiva colectora da radiação solar da superfície n com orientação j [m 2 ] Factor Solar Corrigido G=G sul.x A somb A util =F s.f g.a w Pág.44 F para vãos exteriores A w : área total do vão envidraçado (com aro e caixilho) [m 2 ] F g : fracção envidraçada G=G sul.x g i : factor solar de Inverno vidro F w,i g,vi (se não tiver disp. permanentes) g i = g Tp (se tiver disp. permanentes) A somb A util =F s.f g.a w vidro+disp.permanente I Pág.45 F w,i : factor de correcção devido à variação das propriedades do vidro com o ângulo de incidência da radiação solar g.f w.a util.g Factor Solar Corrigido Pág.46 para vãos exteriores: para vãos interiores (adjacente a ENU com ): Factor solar do vidro g,vi representa a relação entre a energia solar transmitida para o interior através do vão envidraçado em relação à radiação solar incidente na direcção normal ao envidraçado. Na estação de aquecimento: Pág.47 -dispositivos de protecção solar móveis (estores, portadas, cortinas, etc.) admitem-se estar totalmente abertos vidro g i = F w,i g,vi (se não tiver disp. permanentes) (se tiver disp. permanentes) g Tp vidro+disp.permanente F w,i = 0.90 no Inverno para vidros correntes simples e duplos Pág.48
vidro g F w,i g,vi (se não tiver disp. perm.) i = (se tiver disp. perm.) g Tp g F w,i g,vi (se não tiver disp. perm.) i = (se tiver disp. perm.) g Tp vidro+disp. permanente Vidros de referência: Vidro simples incolor: g,vi = 0.85 Vidro duplo incolor: g,vi = 0.75 Para vidros de ref.+disp.: Valores da Tabela 13 Pág.49 Pág.50 g F w,i g,vi (se não tiver disp. perm.) i = (se tiver disp. perm.) g Tp vidro+disp. permanente Para vidros não de ref.+disp.: Vidro simples: Vidro duplo: O factor de obstrução F s varia entre 0 e 1 e representa a redução na radiação solar incidente devida ao sombreamento permanente causado por: Obstruções exteriores ao edifício: outros edifícios, orografia, vegetação,... Obstruções devidas ao próprio edifício: outros corpos, palas, varandas,... Obstruções longíquas: existentes no momento do licenciamento previstas nos planos de pormenor Cuidado: Pág.51 Pág.52 Factor de sombreamento do horizonte Elementos horizontais sobrepostos Elementos verticais adjacentes medido até ao centro do envidraçado e calculado individualmente para cada vão Pág.53 Pág.54
Sem informação: =45º em ambiente urbano; =20º para edifícios isolados ou localizados fora de zonas urbanas. Pág.55 Pág.56 FACTOR DE UTILIZAÇÃO DOS GANHOS TÉRMICOS Ganhos térmicos brutos. Factor de utilização dos ganhos térmicos. 18 Se palas verticais à direita e à esquerda: F f = F f,esq F f,dir Efeito do contorno: F 0 F f 0.9 Pág.57 Pág.58 FACTOR DE UTILIZAÇÃO DOS GANHOS TÉRMICOS INÉRCIA TÉRMICA Com: O termo Inércia térmica refere-se q à capacidade de um elemento armazenar calor e só libertá-lo ao fim certo tempo. q média A Inércia térmica pode ser usada para absorver os ganhos de calor durante o dia (reduzindo a carga de arrefecimento) e libertá-los à noite (reduzindo a carga de aquecimento). Parede pesada Desfasamento temporal Amortecimento térmico Tempo Superfície interior Superfície exterior Pág.59 Pág.60
INÉRCIA TÉRMICA INÉRCIA TÉRMICA Se as amplitudes diárias forem grandes, o dimensionamento correcto da inércia térmica (amortecimento e desfasamento) permite um melhor desempenho térmico das construções. Umas horas depois... q t k c p q t+ =. q t - tempo de atraso - factor de amortecimento Pág.61 O isolamento térmico pelo interior funciona como tampa do reservatório de armazenamento de calor que constitui a massa da construção. Pág.62 Inércia Térmica Despacho (extrato) n.º 15793-/2013 6. QUANTIFICAÇÃO DA INÉRCIA TÉRMICA Necessidades nominais anuais de energia útil para aquecimento N ic : Necess. Úteis de Aquecimento Necessidades Brutas [kwh/m 2.ano] Pág.63 Pág.64 N ic N i Portaria n.º 349-B/2013 N ic N i Pág.65 Pág.66
N ic N i N ic N i Pág.67 Pág.68 N ic N i N ic N i Pág.69 Pág.70