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Desempenho Térmico de edificações Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
PROFESSOR
RobertoLamberts
ALEJANDRO NARANJO
ECV 5161UFSCFLORIANÓPOLISUnidade deportiva Atanasio Girardot - Medellín
estru
tura
exemplosisolantes cálculos
exemplose testesintro
2Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
intr
od
uçã
o
+
Transferência de calor
equilibrio térmico
33Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
T1 T2
. Condução . Convecção . Radiação . Condensação
Formas de transmissão de calor
intro
du
ção–
isola
nte
s –cá
lculo
s –e
xem
plo
s e te
stes
4Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
exe
mp
los e
teste
s
Absortividade em ondas curtas – α : função da cor
RS absorvida/ RS incidente
Refletividade em ondas curtas – ρ:
RS refletida/ RS incidente
Propriedades térmicas dos materiais
intro
du
ção–
isola
nte
s –cá
lculo
s –e
xem
plo
s e te
stes
5Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
Transmissividade em ondas curtas – τ:
Rs atravessa a superfície/ RS incidente
Emissividade – ε:
R emitida/ R emitida pelo corpo negro (mesma temperatura)
exe
mp
los e
teste
s
Emissividade Absortividade
Tipo de superfície ε αTipo de superfície
Propriedades térmicas dos materiais
intro
du
ção–
isola
nte
s –cá
lculo
s –e
xem
plo
s e te
stes
6Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
Fonte: Projeto de Norma da ABNT 02:135.07-002 (1998)
exe
mp
los e
teste
s
Condutividade térmica – λ: fluxo de calor transferido por unidade de espessura e por
Propriedades térmicas dos materiais
intro
du
ção–
isola
nte
s –cá
lculo
s –e
xem
plo
s e te
stes
7Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
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)
exe
mp
los e
teste
s
Termografía - Foto externa
Fachada LesteFachada Sul Fachada LesteFachada Sul
intro
du
ção–
isola
nte
s –cá
lculo
s –e
xem
plo
s e te
stes
8Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
exe
mp
los e
teste
s
Foto externa
Branco por fora Verde escuro por fora Branco por fora Verde escuro por fora
intro
du
ção–
isola
nte
s –cá
lculo
s –e
xem
plo
s e te
stes
9Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
exe
mp
los e
teste
s
Foto interna
Verde escuro por fora Branco por fora Verde escuro por fora Branco por fora
intro
du
ção–
isola
nte
s –cá
lculo
s –e
xem
plo
s e te
stes
10Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
exe
mp
los e
teste
s
Foto externa
Telhado branco Telhado fibrocimento Telhado branco Telhado fibrocimento
intro
du
ção–
isola
nte
s –cá
lculo
s –e
xem
plo
s e te
stes
11Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
exe
mp
los e
teste
s
Temperatura x acabamento superficial da telha
intro
du
ção–
isola
nte
s –cá
lculo
s –e
xem
plo
s e te
stes
12Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
exe
mp
los e
teste
s
Temperatura x acabamento superficial da telha
intro
du
ção–
isola
nte
s –cá
lculo
s –e
xem
plo
s e te
stes
13Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
exe
mp
los e
teste
s
intro
du
ção–
isola
nte
s –cá
lculo
s –e
xem
plo
s e te
stes
14Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
exe
mp
los e
teste
s
iso
lan
tes
+ Isolantes fibrosos (λ = 0.045 W/mºC)
� Lã de rocha ou lã mineral
� Lã de vidro
Poliestireno (λ = 0.035 a 0.040 W/mºC)
Concreto celular com 400 kg/m³
(λ = 0.17 W/mºC)
Agregados leves
Isolantes térmicos convencionais
1515Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
Poliestireno (λ = 0.035 a 0.040 W/mºC)
� Expandido (granulado aglutinado por fusão)
� Extrudado (células fechadas)
Espuma de poliuretano
(λ = 0.030 W/mºC)
Agregados leves
Expandido (granulado ou aglutinado por fusão)
� Vermiculita
� Argila expandida – concreto com 500 kg/m³
(λ = 0.20 W/mºC)
� Cinza sinterizada
� Escória sinterizada - concreto com 1000 kg/m³
(λ = 0.35 W/mºC)
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
intro
du
ção
–isolan
tes –
cálcu
los –
exe
mp
los e
teste
s
Isolantes fibrosos (λ = 0.045 W/mºC) Lã de vidro
16Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
Feltros flexíveis
exe
mp
los e
teste
s
intro
du
ção
–isolan
tes –
cálcu
los –
exe
mp
los e
teste
s
Isolantes fibrosos (λ = 0.045 W/mºC) Lã de vidro
Painéis termo-acústicos
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.
17Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
exe
mp
los e
teste
s
Feltros flexíveis
ensacados
Isolamento para sistemas
de distribuição de ar
Revest. Dutos metálicos
intro
du
ção
–isolan
tes –
cálcu
los –
exe
mp
los e
teste
s
Isolantes fibrosos (λ = 0.045 W/mºC) Lã de vidro
Painéis rígidos e semi-rígidos de lã
de vidro
18Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
exe
mp
los e
teste
s
Aplicações em paredesIsolamento termo-acústico
entre pavimentos
Isolamento termo-acústico
Em laje de cobertura
intro
du
ção
–isolan
tes –
cálcu
los –
exe
mp
los e
teste
s
Isolantes fibrosos (λ = 0.045 W/mºC) Lã de vidro
Aplicações em coberturas
19Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
exe
mp
los e
teste
s
intro
du
ção
–isolan
tes –
cálcu
los –
exe
mp
los e
teste
s
Isolantes fibrosos (λ = 0.045 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
20Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
exe
mp
los e
teste
s
Paredes DryWallin
trod
uçã
o–iso
lante
s –cá
lculo
s –e
xem
plo
s e te
stes
Isolantes fibrosos (λ = 0.045 W/mºC) Lã de vidro
21
21Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
exe
mp
los e
teste
s
Isolantes fibrosos (λ = 0.045 W/mºC) Lã de rocha ou lã mineral
intro
du
ção
–isolan
tes –
cálcu
los –
exe
mp
los e
teste
s
Principais características:• Incombustível
• Resistência ao fogo
• Segurança
• Absorção AcústicaPainéis flexíveis, rígidos
e semi-rígidosPainéis rígidos revestidos com
um filme de PVC
22Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
exe
mp
los e
teste
s
Propriedades:• Boa resiliência
• Resistência a vibrações
• Não-higroscópico
• Imputrescível
• Quimicamente neutroMantas flexíveisTubos de lã de rocha com alta
densidade
um filme de PVC
Isolantes fibrosos (λ = 0.045 W/mºC) Lã de rocha ou lã mineral
intro
du
ção
–isolan
tes –
cálcu
los –
exe
mp
los e
teste
s
Flocos amorfos: Aplicação em
sistemas ou equipamentos com difícil
acesso
Segmentos rígidos em lã de
rocha, suportados por um
laminado de papel kraft. Utilizado
para isolamento de superfícies
cilíndricas
Feltros leves e flexíveis: Indicado
para isolamentos termo-acústicos
em superfícies irregulares, planas ou
cilíndricas.
23Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
exe
mp
los e
teste
s
acesso cilíndricascilíndricas.
• Expandido (granulado aglutinado por fusão)
• Extrudado (células fechadas)
intro
du
ção
–isolan
tes –
cálcu
los –
exe
mp
los e
teste
s
Poliestireno (λ = 0.035 a 0.040 W/mºC)
24Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
exe
mp
los e
teste
s
Telhas e painéis isotérmicos compostos por chapas metálicas
com núcleo em espuma de poliuretano expandido
Aplicações: coberturas, paredes internas e externas,
divisórias, forrosin
trod
uçã
o–iso
lante
s –cá
lculo
s –e
xem
plo
s e te
stes
Espuma de poliuretano (λ = 0.030 W/mºC)
25Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
exe
mp
los e
teste
s
intro
du
ção
–isolan
tes –
cálcu
los –
exe
mp
los e
teste
s
Espuma de poliuretano (λ = 0.030 W/mºC)
26Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
exe
mp
los e
teste
s
Menor peso
Não-inflamável
Isolante térmico
Isolante acústico
intro
du
ção
–isolan
tes –
cálcu
los –
exe
mp
los e
teste
s
Concreto celular com 400 kg/m³ (λ = 0.045 W/mºC)
27Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
exe
mp
los e
teste
s
Agregado leve: vermiculita
intro
du
ção
–isolan
tes –
cálcu
los –
exe
mp
los e
teste
s
Vermiculita em grãos
Utilizada na isolação térmica e
acústica de equipamentos
industriais, como componente de
argamassas e de concretos leves
para a construção.
28Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
Placas isolantes extremamente
leves, prensadas, quimicamente
ligadas, à base de vermiculita
expandida. Utilizada para miolos
de portas, divisórias,
revestimento de estufas,
caldeiras, fornos, etc
Argamassa plástica com baixa
viscosidade para assentamento de
tijolos e placas termo isolantes,
constituida de vermiculita
expandida, argila refratária e
aglomerados minerais
exe
mp
los e
teste
s
leveza
resistência
inércia química
estabilidade dimensional
intro
du
ção
–isolan
tes –
cálcu
los –
exe
mp
los e
teste
s
Agregado leve: argila expandida
29Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
estabilidade dimensional
resistência ao fogo
isolante térmico
isolante acústico
exe
mp
los e
teste
s
cálc
ulo
s
+Resistência térmica :
R = e / λ (W/m².ºC)
Transmitância térmica:
Fluxo de calor transmitido por unidade de área e por unidade
Fórmulas básicas
λ
3030Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
Fluxo de calor transmitido por unidade de área e por unidade
de diferença de temperatura
U = 1/ R (W/m².ºC)
Capacidade térmica:
CT = λi . Ri . Ci . ρi = ei . Ci . ρi
e
Resistência térmica superfície a superfície
RT = R t 1 + R t 2 + … + R t n + R ar1 + R ar2 + … R arn
Resistência térmica ambiente a ambiente
RT = R se + R t + R si
Rse + Ra +Rb + Rc + R siResistência térmica camadas
Fórmulas básicas
intro
du
ção
–iso
lan
tes
–cálculo
s–
exe
mp
los e
teste
s
31Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
RT = A a + A b + … + A n
A a + A b + … + A n
R a + R b + … + R n
Rse + Ra +Rb + Rc + R siResistência térmica camadasnão homogêneas
exe
mp
los e
teste
s
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
Fórmulas básicas
a + b + c
intro
du
ção
–iso
lan
tes
–cálculo
s–
exe
mp
los e
teste
s
32Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
Atraso térmicoElemento homogêneo
φ = 1,382 . e . ρ . c
3,6 . λou φ = 0,7284 . RT . CT
a + b + c
exe
mp
los e
teste
s
Atraso térmico - Elemento heterogêneo
φ = 1,382 . RT . B1 + B2
B1 = 0,226 . BoR t
B2 = 0,205 . (λ . ρ . C) ext . R ext - R t - R ext
Fórmulas básicas
intro
du
ção
–iso
lan
tes
–cálculo
s–
exe
mp
los e
teste
s
33Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
B0 = Ct - C text
B2 = 0 se B2 =0 < 0 (negativo)
Fator de Calor Solar: FS = 100 . U . α . R se
B2 = 0,205 . (λ . ρ . C) ext . R ext - R t - R ext
R t 10
exe
mp
los e
teste
s
Condições de ventilação para câmaras de ar:
Resistência térmica superficial interna e externa:
Tabelas
intro
du
ção
–iso
lan
tes
–cálculo
s–
exe
mp
los e
teste
s
34Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
Resistência térmica superficial interna e externa:
exe
mp
los e
teste
s
Resistência térmica de câmaras de ar não ventiladas, com largura maior que a espessura:
intro
du
ção
–iso
lan
tes
–cálculo
s–
exe
mp
los e
teste
s
35Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
exe
mp
los e
teste
s
Transferência de calor
intro
du
ção
–iso
lan
tes
–cálculo
s–
exe
mp
los e
teste
s
36Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
I
absorçãoreflexão
exe
mp
los e
teste
s
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)
Transferência de calor
intro
du
ção
–iso
lan
tes
–cálculo
s–
exe
mp
los e
teste
s
37Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
Fluxo de calor que incide no ambiente:
Φ = q.A = U . ΔT . A
A = área da superfície (W/m²)
T. Ext > T. Int
exe
mp
los e
teste
s
Fluxo de calor é função de:
• ΔT = Text – Tint
• Radiação Solar (RS)
Balanço térmico:
α + ρ = 1
RS
Comportamento diante da radiação solar
intro
du
ção
–iso
lan
tes
–cálculo
s–
exe
mp
los e
teste
s
38Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
Temperatura Sol - ar: Efeito combinado radiação solar incidente + intercâmbios de energia (radiação e convecção)
α . RS + ρ . RS = RS
α + ρ = 1
ε
exe
mp
los e
teste
s
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
Tsol -ar = Text + α . RS . R e - ε . ΔRL . R se
Temperatura Sol - ar:
Superfícies verticais:
Comportamento diante da radiação solar
intro
du
ção
–iso
lan
tes
–cálculo
s–
exe
mp
los e
teste
s
39Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
Tsol -ar = Text + α . RS . R se
Φ = U . A . (Text + α . RS . R se – Tint)
ΔRL = 0, perdas compensadas pela radiação de onda longa recebida do solo e das superfícies do meio
Fluxo de calor em planos verticais:
Superfícies verticais:
exe
mp
los e
teste
s
Tsol -ar = Text + α . RS . R se - 4
Planos horizontais:
ε . ΔRL . R se = 4ºC (Dados Experimentais)
Comportamento diante da radiação solar
intro
du
ção
–iso
lan
tes
–cálculo
s–
exe
mp
los e
teste
s
40Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
T = T + α . RS . R - 4
Φ = U . A . (Text + α . RS . R se – 4 - Tint)
Fluxo de calor em planos horizontais (coberturas):
exe
mp
los e
teste
s
exe
mp
los
e t
est
es
+
cor brancatijolo maciço
rebôcoDados:
U = 2 W/m².K
Text = 30ºC
Tint = 25ºC
Exemplo numérico
4141Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
INT
EXT
Tint = 25ºC
Orientação = oeste (latitude 30º sul)
A = 5 m x 3 m
Pior situação de verão: 22/12, 16hRS = 715 W/m² (TABELA)
Rse = 0,04 W/m².K (TABELA)
α = 0,3 (parede branca)
Φ = U . A . (Text + α . RS . R se – Tint)
Exemplo numérico
intro
du
ção
–iso
lan
tes
–cá
lculo
s –exem
plo
s e te
stes
42Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
Φ = 2,00 . 5,00 . 3,00. (30 + 0,3 . 715 . 0,04 – 25)
Φ = 407,4 W fluxo de calor que penetra no
ambiente por m² de fechamento
exem
plo
s e te
stes
1) Elemento / componente
Programa Transmitância
intro
du
ção
–iso
lan
tes
–cá
lculo
s –exem
plo
s e te
stes
43Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
Exemplo:Parede de tijolos macicos
rebocados nas 2 faces
exem
plo
s e te
stes
2) Composição/Seções
Programa Transmitância
intro
du
ção
–iso
lan
tes
–cá
lculo
s –exem
plo
s e te
stes
44Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
exem
plo
s e te
stes
3) Resultados
Programa Transmitância
intro
du
ção
–iso
lan
tes
–cá
lculo
s –exem
plo
s e te
stes
45Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
-capacidade térmica (Ct)
- trânsmitancia térmica (U)
- resistência térmica (R)
- fator solar (FS)
- atraso térmico (φ)
exem
plo
s e te
stes
IRC - Ottawa
intro
du
ção
–iso
lan
tes
–cá
lculo
s –exem
plo
s e te
stes
46Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
exem
plo
s e te
stes
IRC - Ottawa
intro
du
ção
–iso
lan
tes
–cá
lculo
s –exem
plo
s e te
stes
47Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
exem
plo
s e te
stes
IRC - Ottawa
intro
du
ção
–iso
lan
tes
–cá
lculo
s –exem
pin
trod
uçã
o–
isola
nte
s–
cálcu
los –exe
mp
los e
teste
s
48Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
exem
p´s e
teste
sexe
mp
los e
teste
s
IRC - Ottawa
intro
du
ção
–iso
lan
tes
–cá
lculo
s –exem
plo
s e te
stes
49Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
exem
plo
s e te
stes