Aula 09_Avaliacao de Desempenho_calculo de K-SITE

PROJETO DE ARQUITETURA BIOCLIMÁTICA

Modelo de cálculo de desempenho térmico da edificação

Profa. Anna Christina Miana


SOLAR + INTERNOS = ENVOLTÓRIA + VENTILAÇÃO

GANHOS = PERDAS

Usuários

Sol

Ventos

Sol

Radiação solar direta

Iluminação artificial

Radiação difusa

Equipamentos

(Ti) Temp. do ar int.

Temp. do ar ext.(Te)

Sol

MODELO DE CÁLCULO

INÉRCIA AVALIAR

CONFORTO

VERIFICAR

VENTILAÇÃO

CARACTERIZAR

AMBIENTE


1) CARACTERIZAÇÃO DO AMBIENTE EM AVALIAÇÃO

Objetivo: reunir todas as informações necessárias para os cálculos posteriores

Considerar: renovação de ar (adotar)volume

ocupaçãoiluminação artificialequipamentos

orientaçõesáreas de superfícies

materiaiscaracterísticas térmicascálculo do “k”

LAMBERTS, Roberto, et al. Eficiência Energética na Arquitetura.


2) VERIFICAÇÃO DO BALANÇO TÉRMICO

Objetivo: cálculo da diferença de temperatura externa e interna(desconsiderando a inércia neste momento)

Considerar:ganhos de calor solar calor gerado internamente

perdas pela envoltória perdas por ventilação (adota-se N)

cálculo de diferença de temperaturaVariável 1: “∆t”

LAMBERTS, Roberto, et al. Eficiência Energética na Arquitetura.


INSOLAÇÃO + OCUPAÇÃO + ILUM.ARTIFICIAL + EQUIPAMENTOS = ENVOLTÓRIA + VENTILAÇÃO

GANHOS = PERDAS

Usuários

Sol

Ventos

Sol

Radiação solar direta

Iluminação artificial

Radiação difusa

Equipamentos

(Ti) Temp. do ar int.

Temp. do ar ext.(Te)

Sol

BALANÇO TÉRMICO

CARACTERIZAR

AMBIENTE


Desempenho térmico de materiais e componentes construtivos


Trocas térmicas

• Trocas térmicas sensíveis: envolvem diferença de temperatura

– Condução– Convecção– Radiação

• Trocas térmicas latentes: envolvem mudança de estado físico

– Evaporação– Condensação


ConduçãoTroca de calor entre dois corpos em contato, ou mesmo partes do mesmo corpo, que estejam a temperaturas diferentes (θe ≠ θi)

Intensidade do fluxo térmico por condução:

qcd= λ/e (θe−θi) (W/m2)

qcd: intensidade do fluxo térmico por condução (W/m2)λ: coeficiente de condutibilidade térmica do material (W/m°C) e: espessura da parede (m)θe: temperatura da superfície externa da envolvente (°C)θi: temperatura da superfície interna da envolvente (°C)


Conduçãocoeficiente de condutibilidade térmica (λ) depende da:

– densidade do material: a matéria é sempre muito mais condutora que o ar contido em seus poros;

– natureza química do material: os materiais cristalinos são geralmente mais condutores que os amorfos;

– umidade do material: a água é mais condutora que o ar.

R = e/λ R = resistência térmica específica da parede (m2°C/W)

qcd=(θe−θi) / R (W/m2)


Características Termofísicas dos Materiais


Características termofísicas dos materiais.

Fonte: CSTB - Régles de Calcule (1958)Gomes, R. José (1962); Puppo E. & Puppo, O. (1979)

Características Termofísicas dos Materiais


ConvecçãoTroca de calor entre dois corpos, sendo pelo menos um fluido (líquido ou gás)

Intensidade do fluxo térmico por convecção:

qc = hc (t −θ) (W/m2)

qc: intensidade do fluxo térmico por convecção (W/m2);hc: coeficiente de trocas térmicas por convecção (W/m2°C);t: temperatura do ar (°C);θ: temperatura da superfície do sólido (parede) (°C), (t ≠ θ).

Labaut_05

qualquer superficie


Convecção

hc - no caso de convecção natural, são adotados (Croiset, 1972):

para superfície horizontal, fluxo descendente: hc = 1,2 W/m2°C;

para superfície vertical: hc = 4,7 W/m2°C;

para superfície horizontal, fluxo ascendente:hc = 7 W/m2°C.

Variação do hc com a velocidade do ar (sup. vertical), segundo Croiset (1972)


RadiaçãoTroca de calor entre dois corpos através de sua capacidade de emitir e absorver energia térmica (sem necessidade de meio para propagação, ocorrendo mesmo no vácuo)

Intensidade do fluxo térmico por radiação:

qr = hr (θ−θr) (W/m2)

qr: intensidade do fluxo térmico por radiação (W/m2);hr: coeficiente de trocas térmicas por radiação (W/m2°C);θ: temperatura da superfície do componente considerado (°C);θr: temperatura radiante relativa às demais superfícies (°C)


Radiaçãohr = parâmetro simplificado que considera, com relação às superfícies:

temperatura aspectos geométricos e físicosemissividade

Para os materiais de construção correntes, sem brilho metálico: ε 0,9≅

adota=sehr = 5 W/m2°C


Condutância térmica superficialengloba as trocas térmicas que se dão nas superfícies da

envoltória

hc + hr = he: coeficiente de condutância térmica superficial externa (W/m2°C)hc + hr = hi: coeficiente de condutância térmica superficial interna (W/m2°C)

he e hi: parâmetros simplificados para condições convencionais

Se he e hi são coeficientes de condutância térmica superficiais, as resistências térmicas superficiais serão 1/he e 1/hi.


Valores de condutâncias (he, hi) e resistências térmicas superficiais (1/he, 1/hi), com v=2,0m/s para paredes exteriores e v=0,5m/s para paredes interiores (CSTB, 1958)


Coeficiente global de transmissão térmica (K)

Engloba as trocas térmicas superficiais (por convecção e radiação) e as trocas térmicas através do material (por condução)

Portanto, para determinado material, considera:- a espessura da lâmina- o coeficiente de condutibilidade térmica- a posição horizontal ou vertical da lâmina- o sentido do fluxo

K: coeficiente global de transmissão térmica (W/m2°C)R: resistência térmica global (m2°C/W)

R = 1/K


K para componentes homogêneos

RT = RSE + RSI + RM

1/K = 1/he + 1/hi + e/λ → K


K para componentes heterogêneos em espessura

RT = RSE + RSI + RM1 + RM2 + ... + RMn

1/K = 1/he + 1/hi + e1/λ1 + e2/λ2 + ... + en/λn → K


K para componentes com espaço de ar confinado

Espaço de ar confinado: resistência térmica (Rar)

RT = RSE + RSI + RM1 + RM2 +...+ RMn + Rar

1/K = 1/he + 1/hi + e1/λ1 + e2/λ2 +...+en/ey + Rar → K


Resistência térmica de espaço de ar confinado


K para componentes heterogêneos em superfície

Média ponderada pelas áreas:

K = ( K1A1 + K2A2 +...+ KnAn ) / (A1 + A2 +...+ An)

Obs: Não é válido se os materiais tiverem valores de K com diferenças acentuadas


K para componentes heterogêneos em superfície

Labaut_05

quanto é acentuado?


REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Aula Prof. Dr. Leonardo Monteiro (FAU USP)

BITTENCOURT, Leonardo. Uso das cartas solares. Diretrizes para Arquitetos. Maceió: EDUFAL, 1990.

FROTA, Anésia Barros; SCHIFFER, Sueli Ramos. Manual de conforto térmico. São Paulo: Studio Nobel, 2001.

FROTA, Anésia. Geometria da Insolação. São Paulo: Geros, 2004.

LAMBERTS, R. et alii. Eficiência energética na arquitetura. São Paulo: Prolivros, 2004.

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