UNI VERSI DADE FEDERAL DE SANTA CATARI NA CTC - DEPARTAMENTO DE ENGENHARI A CI VI L LABORATRI O DE EFI CI NCI A ENERGTI CA EM EDI FI CAES DI SCI PLI NA:ECV 5161DESEMPENHO TRMI CO DE EDI FI CAES Robert o Lambert s, PhD Enedir Ghisi, M.Eng. 1a edio, 1994 Ana Lgia Papstde Abreu, M. Eng. 2a edio, 1999 Joyce C. Carlo, M. Eng. 3a edio, 2005 Juliana Oliveira Bat ist a, M. Eng 4a edio, 2006 Deivis Luis Marinoski, M. Eng 5a edio, 2007 Florianpolis, novembro de 2007 Desempenho trmico de edificaes 2SUMRIO 1Conforto trmico............................................................................................................. 5 1.1Mecanismos de termo-regulao............................................................................................................ 5 1.2A pele ..................................................................................................................................................... 5 1.3Trocas trmicas entre corpo e ambiente ................................................................................................. 6 1.4As variveis de conforto trmico............................................................................................................ 6 1.4.1Metabolismo........................................................................................................................................... 6 1.4.2A vestimenta........................................................................................................................................... 7 1.4.3Temperatura radiante mdia ................................................................................................................... 9 1.4.4Temperatura do ar................................................................................................................................. 11 1.4.5Velocidade do ar................................................................................................................................... 11 1.4.6Umidade relativa do ar ......................................................................................................................... 12 1.5ndices de conforto ............................................................................................................................... 13 1.5.1O voto mdio predito............................................................................................................................ 13 1.5.2O programa Analysis CST.................................................................................................................... 15 1.6exerccios.............................................................................................................................................. 17 1.6.1Exerccio 1............................................................................................................................................ 17 1.6.2Exerccio 2............................................................................................................................................ 19 2Bioclimatologia.............................................................................................................. 21 2.1Variveis do clima................................................................................................................................ 21 2.1.1Radiao solar ...................................................................................................................................... 21 2.1.2Temperatura.......................................................................................................................................... 22 2.1.3Umidade ............................................................................................................................................... 24 2.1.4Vento .................................................................................................................................................... 24 2.2Estratgias bioclimticas ...................................................................................................................... 26 2.2.1Zona de conforto................................................................................................................................... 26 2.2.2Ventilao............................................................................................................................................. 26 2.2.3Resfriamento evaporativo..................................................................................................................... 27 2.2.4Inrcia trmica para resfriamento......................................................................................................... 28 2.2.5Resfriamento artificial .......................................................................................................................... 28 2.2.6Umidificao ........................................................................................................................................ 29 2.2.7Inrcia trmica e aquecimento solar ..................................................................................................... 29 2.2.8Aquecimento solar passivo................................................................................................................... 30 2.2.9Aquecimento artificial .......................................................................................................................... 31 2.3O programa Analysis BIO.................................................................................................................... 31 2.4Zoneamento bioclimtico ..................................................................................................................... 36 2.5Exerccio............................................................................................................................................... 37 3Geometria Solar ............................................................................................................ 40 3.1Radiao solar ...................................................................................................................................... 40 3.2Movimentos da Terra ........................................................................................................................... 41 3.2.1Rotao................................................................................................................................................. 41 3.2.2Translao ao redor do Sol ................................................................................................................... 41 3.3Azimute e altura solar........................................................................................................................... 42 3.4Diagramas solares................................................................................................................................. 42 3.5Aplicaes prticas dos diagramas solares ........................................................................................... 45 3.6Transferidor de ngulos........................................................................................................................ 48 3.7A Mscara de Sombra........................................................................................................................... 50 3.8Tipos de protees solares.................................................................................................................... 56 3.8.1Traado de mscaras............................................................................................................................. 56 3.8.2Brise horizontal infinito........................................................................................................................ 56 3.8.3Brise vertical infinito............................................................................................................................ 57 3.8.4Brise horizontal finito........................................................................................................................... 58 3.8.5Brise vertical finito............................................................................................................................... 58 3.8.6Brises mistos......................................................................................................................................... 59 3.9O programa Sol-ar ................................................................................................................................ 59 3.10Exemplos resolvidos............................................................................................................................. 61 3.11Catlogo de brises................................................................................................................................. 66 4Desempenho trmico de paredes e coberturas ........................................................... 82 Desempenho trmico de edificaes 34.1Desempenho trmico de paredes .......................................................................................................... 82 4.2Formas de transmisso de calor............................................................................................................ 83 4.2.1Conduo.............................................................................................................................................. 83 4.2.2Conveco ............................................................................................................................................ 83 4.2.3Radiao............................................................................................................................................... 84 4.2.4Condensao......................................................................................................................................... 84 4.3Comportamento dos materiais opacos diante da radiao solar ........................................................... 84 4.4Desempenho trmico de coberturas...................................................................................................... 86 4.5Exemplos .............................................................................................................................................. 88 5Desempenho trmico de janelas................................................................................... 90 5.1Vidro comum........................................................................................................................................ 91 5.2Vidros especiais.................................................................................................................................... 92 5.3Fluxo de calor atravs da janela............................................................................................................ 92 5.4Exemplos .............................................................................................................................................. 93 6Ventilao ...................................................................................................................... 95 6.1Ventilao de inverno e de vero.......................................................................................................... 95 6.2Mecanismos de ventilao.................................................................................................................... 95 6.2.1Ventilao natural por diferena de temperatura.................................................................................. 95 6.2.2Ventilao natural por diferena de presso causada pelo vento.......................................................... 96 6.2.3Clculo de ventilao por efeito do vento ............................................................................................ 96 6.2.4Exemplo.............................................................................................................................................. 100 7Exemplo do uso das Diretrizes Construtivas para Habitaes Unifamiliares de Interesse Social no Zoneamento Bioclimtico Brasileiro ........................................ 102 7.1Exemplo.............................................................................................................................................. 104 7.2Concluindo..................................................................................................................................... 107 8Sustentabilidade .......................................................................................................... 108 8.1Certificao ........................................................................................................................................ 110 8.2Uso final de eletricidade no Brasil...................................................................................................... 111 8.3Eficincia Energtica.......................................................................................................................... 114 8.3.1Simulaes.......................................................................................................................................... 117 8.3.2O programa DOE 2.1E ....................................................................................................................... 117 8.3.3O programa EnergyPlus...................................................................................................................... 119 8.3.4O programa E2-ArCondicionado........................................................................................................ 120 9Referncias bibliogrficas .......................................................................................... 122 10Anexos .......................................................................................................................... 125 Desempenho trmico de edificaes 4Apresentao Estaapostila,preparadaparaaDisciplinaECV5161-DesempenhoTrmicode Edificaes-doCursodeEngenhariaCivildaUniversidadeFederaldeSantaCatarinaest estruturadadeformaatratardotemaDesempenhoTrmicodeEdificaesatravsde7 diferentes mdulos. Oprimeirodelesestrelacionadosvariveisdeconfortotrmicohumanoem edificaeseaosndicesdeavaliaodeconforto.Aseguir,ressalta-seaimportnciada adoo de padres arquitetnicos relacionados ao clima no qual se insere a edificao atravs da bioclimatologia. No terceiro e quarto mdulos avalia-se o desempenho trmico de paredes, coberturasejanelascomoformadealertarparaaescolhaadequadadecomponentes construtivos. O projeto e a avaliao de protees solares so apresentadas no quinto mdulo. No sexto mdulo discute-se a necessidade de ventilao do ambiente construdo e apresenta-se um algoritmo para clculo das condies de ventilao em ambientes. No stimo e ltimo mduloapresenta-seumpanoramamundialreferenteaoconsumodeeletricidadeem edificaes. Ementa Confortotrmico:variveisendicesdeconforto.Arquiteturabioclimtica. Desempenho trmico de paredes, coberturas e janelas. Protees solares: diagramas solares e projetodebrises.Ventilao:ventilaodeinvernoevero,mecanismosdeventilao, clculodeventilaonaturalporefeitodovento.Consumoeusofinaldeeletricidadeem edificaes: simulaes computacionais. Fotos da capa: Casa Eficiente Eletrosul, Florianpolis (Direita)Exemplo de aplicao de brise de PVC. Fonte: http://www.brise.com.br/ (Esquerda) Acros Building, Fukuoka, Japo(Abaixo) Desempenho trmico de edificaes 51CONFORTO TRMICO Define-seConfortoTrmicocomooestadomentalqueexpressaasatisfaodo homemcomoambientetrmicoqueocircunda.Anosatisfaopodesercausadapela sensaodedesconfortopelocaloroupelofrio,quandoobalanotrmiconoestvel,ou seja,quandohdiferenasentreocalorproduzidopelocorpoeocalorperdidoparao ambiente (Figura 1). A norma internacional para averiguar o conforto trmico em ambientes a ISO 7730 (1994). Figura 1. Equilbrio no balano trmico gera a sensao de conforto.Fonte: www.innova.dk 1.1MECANISMOS DE TERMO-REGULAO Reao ao calor Com o vero existem dificuldades para eliminar o calor devido a alta temperatura do meio. Desta forma, origina-se a vasodilatao. Esta aumenta o volume de sangue, acelerando o ritmo cardaco e provocando a transpirao. Reao ao frio Com o frio existem as dificuldades para manter o calor devido a baixa temperatura do meio.Destaformaorigina-seavasoconstrio.Estaprovocaadiminuiodovolumede sangue e do ritmo cardaco. O arrepio e o tiritar provocam atividade, gerando calor. 1.2A PELE Em funo do que j foi visto, pode-se afirmar que atravs da pele que se realizam as trocas de calor, ou seja, a pele o principal rgo termo-regulador do organismo humano. A temperatura da pele regulada pelo fluxo sangneo que a percorre, ou seja, quanto mais intenso o fluxo, mais elevada sua temperatura. Aosentirdesconfortotrmico,oprimeiromecanismofisiolgicoaserativadoa regulagemvasomotoradofluxosangneodacamadaperifricadocorpo,acamada subcutnea,atravsdavasodilataoouvasoconstrio,reduzindoouaumentandoa resistncia trmica dessa camada subcutnea. Calor produzido Calor perdido Desempenho trmico de edificaes 6Outro mecanismo de termo-regulao da pele a transpirao, que tem incio quando as perdas por conveco e radiao so inferiores s perdas necessrias termo-regulao. 1.3TROCAS TRMICAS ENTRE CORPO E AMBIENTE Aquantidadedecalorliberadopeloorganismofunodaatividadedesenvolvida. Este calor ser dissipado atravs de mecanismos de trocas trmicas entre o corpo e o ambiente envolvendo: - trocas secas:- conduo; - conveco; - radiao; - trocas midas:- evaporao. O calor perdido para o ambiente atravs das trocas secas denominado calor sensvel e funo das diferenas de temperatura entre o corpo e o ambiente. O calor perdido atravs das trocas midas denominado calor latente e envolve mudanas de fase o suor (lquido) passa para o estado gasoso atravs da evaporao. 1.4AS VARIVEIS DE CONFORTO TRMICO Asvariveisdeconfortotrmicoestodivididasemvariveisambientaisevariveis humanas. As variveis humanas so: - metabolismo gerado pela atividade fsica - resistncia trmica oferecida pela vestimenta E as ambientais so: - temperatura do ar; - temperatura radiante mdia; - velocidade do ar; - umidade relativa do ar. Almdisso,variveiscomosexo,idade,raa,hbitosalimentares,peso,alturaetc podem exercer influncia nas condies de conforto de cada pessoa e devem ser consideradas. 1.4.1Metabolismo oprocessodeproduodeenergiainternaapartirdeelementoscombustveis orgnicos.Ouseja,atravsdometabolismo,oorganismoadquireenergia.Porm,detoda energia produzida pelo organismo humano, apenas 20% transformada em potencialidade de trabalho.Os80%restantessotransformadosemcalorquedeveserdissipadoparaquea temperatura interna do organismo seja mantida em equilbrio. Istoaconteceporqueatemperaturainternadoorganismohumanodevesermantida praticamente constante em 37oC (variando entre 36,1 e 37,2oC). Os limites para sobrevivncia esto entre 32 e 42 oC. Como a temperatura interna do organismo deve ser mantida constante, quando o meio apresentacondiestrmicasinadequadas,osistematermo-reguladordohomemativado, reduzindo ou aumentando as perdas de calor pelo organismo atravs de alguns mecanismos de controle, como reao ao frio e ao calor. Quandooorganismo,semrecorreranenhummecanismodetermo-regulao,perde paraoambienteocalorproduzidopelometabolismocompatvelcomaatividaderealizada, Desempenho trmico de edificaes 7experimenta-se a sensao de conforto trmico. Atabela1apresentadadosrelativosaocalordissipadopelocorpoemfunoda atividadedoindivduo.OmetabolismopodeserexpressoemW/m2depeleouemMet, unidadedometabolismocujovalorunitriocorrespondeaumapessoarelaxada.Assim,1 Met=58,15W/m2dereadesuperfciecorporal.Afigura2apresentaalgumasatividades expressas em Met. Tabela 1. Taxa metablica para diferentes atividades segundo ISO 7730 (1994). AtividadeMetabolismo (W/m2) Reclinado46 Sentado, relaxado58 Atividade sedentria (escritrio, escola etc.)70 Fazer compras, atividades laboratoriais93 Trabalhos domsticos116 Caminhando em local plano a 2 km/h110 Caminhando em local plano a 3 km/h140 Caminhando em local plano a 4 km/h165 Caminhando em local plano a 5 km/h200 Figura 2. Atividades metablicas e suas taxas expressas em Met. Fonte: www.innova.dk 1.4.2A vestimenta A vestimenta equivale a uma resistncia trmica interposta entre o corpo e o meio, ou seja, ela representa uma barreira para as trocas de calor por conveco. Avestimentafuncionacomoisolantetrmico,poismantmjuntoaocorpouma 0.8 Met1 Met8 Met4 Met0.8 Met1 Met8 Met4 MetDesempenho trmico de edificaes 8camadadearmaisaquecidooumenosaquecido,conformesejamaisoumenosisolante, conforme seu ajuste ao corpo e a poro do corpo que cobre. Emclimas secos(desertos), onde se atinge elevadas temperaturas, poder-se-ia pensar queaausnciaderoupaspoderiagarantircondiesmaisconfortveisparaoshabitantes destas regies. No entanto, em climas secos, vestimentas adequadas podem manter a umidade advinda do organismo pela transpirao e evitar a desidratao. A vestimenta reduz o ganho de calor relativo radiao solar direta, as perdas em condies de baixo teor de umidade e o efeito refrigerador do suor. A vestimenta reduz tambm a sensibilidade do corpo s variaes de temperatura e de velocidade do ar. Sua resistncia trmica depende do tipo de tecido, da fibra, do ajuste ao corpo, e deve sermedidaatravsdastrocassecasrelativasaquemusa.Suaunidadeoclo,originadade clothes. Assim: 1 clo = 0,155 m2.oC/W = 1 terno completo. Atabela2apresentaondicederesistnciatrmica(Icl)paraasprincipaispeasde roupa,sendoqueondicederesistnciatrmica(I)paraavestimentadeumapessoaser, segundo a ISO 7730 (1994), o somatrio de Icl (figura 3), ou seja, I = Icl Tabela 2. ndice de resistncia trmica para vestimentas segundo ISO 7730 (1994). Vestimentandice de resistncia trmica Icl (clo) Meia cala0,10 Meia fina0,03 Meia grossa0,05 Calcinha e suti0,03 Cueca0,03 Cueco longo0,10 Camiseta de baixo 0,09 Camisa de baixo mangas compridas0,12 Camisa manga curta0,15 Camisa fina mangas comprida0,20 Camisa manga comprida0,25 Camisa flanela manga comprida0,30 Blusa com mangas compridas0,15 Saia grossa0,25 Vestido leve0,15 Vestido grosso manga comprida0,40 Jaqueta0,35 Cala fina0,20 Cala mdia0,25 Cala flanela0,28 Sapatos0,04 Desempenho trmico de edificaes 9 Figura 3. Somatrio de peas de roupa que produzem ndice de resistncia trmica final para a vestimenta. Fonte: www.hku.hk/bse/bbse3004/bbse3004_0405-03.htm 1.4.3Temperatura radiante mdia Atemperaturaradiantemdiarepresentaatemperaturauniformedeumambiente imaginrio no qual a troca de calor por radiao igual ao ambiente real no uniforme (figura 4). O seu clculo pode ser feito atravs da determinao da temperatura de termmetro de globo(figura5)edatemperaturadoar.Asequaes1e2apresentamasuaformade determinao, respectivamente, para conveco natural e forada. Conveco natural 273 ) ( 10 4 , 0 ) 273 (4 48 4 + + =a g a g gr t t x t t x x t t(1) Conveco forada 273 ) ( 10 5 , 2 ) 273 (46 , 0 8 4 + + =a g gr t t x xV x t t(2) Onde tg a temperatura de termmetro de globo (oC); ta a temperatura do ar (oC); V a velocidade do ar (m/s). Desempenho trmico de edificaes 10 Figura 4. Trocas entre um ambiente real e o corpo e entre um ambiente imaginrio e o mesmo corpo, atravs da temperatura radiante mdia. Fonte: www.innova.dk Paradefiniraequaoaserutilizadadeve-sedeterminarocoeficientedetrocade calorporconvecodogloboapresentadonasequaes3e4eadotar-seatemperatura radiantemdiaparaaformadeconvecoqueapresentaromaiorcoeficientedetrocade calor. Conveco natural hTDcg = 1 44, . (3) Conveco forada hVDcg = 6 30 60 4,,, (4) Onde hcg o coeficiente de troca de calor por conveco do globo; T a diferena de temperatura (tg - ta); D o dimetro do globo (normalmente 15 cm); V a velocidade do ar (m/s). Figura 5. Termometro de globo, utilizado para medio da temperatura de globo. Fonte: www.labcon.ufsc.br Ambiente real Ambiente ImaginrioRRAmbiente real Ambiente ImaginrioRRt1t1t2t2trtrt3t4Calortrocado porradiao:R=RDesempenho trmico de edificaes 111.4.4Temperatura do ar A temperatura do ar a principal varivel do conforto trmico. A sensao de conforto baseia-senaperdadecalordocorpopelodiferencialdetemperaturaentreapeleeoar, complementada pelos outros mecanismos termo-reguladores. O calor produzido pelo corpo atravsdometabolismoesuasperdassomenoresquandoatemperaturadoarestaltaou maiores quando a temperatura est mais baixa.A diferena de temperatura entre dois pontos no ambiente provoca a movimentao do ar, chamada de conveco natural: a parte mais quente torna-se mais leve e sobe enquanto a mais fria, desce, proporcionando uma sensao de resfriamento do ambiente. Atemperaturadoar,chamadadetemperaturadebulboseco,TBS,costumaser medida com a temperatura de bulbo mido atravs do psicrmetro giratrio. A temperatura de bulbomidomedidacomumtermmetrosemelhanteaousadoparamediraTBS,porm comumtecidonobulbodotermmetrodeformaqueaumidadesejaconsiderada.Estepar forma o psicrmetro giratrio (figura 6), ou par psicromtrico. O giro manual do psicrmetro, quepodesersubstitudoporumpequenoventilador,visaretiraraumidadeexcessivado tecidoqueenvolveobulbodeformaqueTBUpossasermedidasobosefeitosnaturaisda perda de calor para evaporao da gua do tecido. Assim, a TBU sempre menor que TBS. Paraoconforto,interessanteconhecertambmatemperaturaoperativa.A temperaturaoperativaresumeasperdasdatemperaturadocorpo,queestsubmetidoaum ambienterealcomefeitosdesiguaisportodososlados.Atemperaturaoperativauma temperaturatericaqueprovocaumaperdadecalorequivalenteatodososfenmenosque provocam esta perda caso o corpo estivesse em um ambiente imaginrio submetido apenas a uma temperatura homognea. Figura 6. Psicrmetro giratrio, utilizado para medio da temperatura de bulbo seco e temperatura de bulbo mido. Fonte: www.labcon.ufsc.br 1.4.5Velocidade do ar Avelocidadedoar,quecostumaserabaixoque1m/s,ocorreemambientesinternos sem necessariamente a ao direta do vento. O ar se desloca pela diferena de temperatura no ambiente, onde o ar quente sobe e o ar frio desce (conveco natural). Quando o ar se desloca por meios mecnicos, como um ventilador, o coeficiente de conveco aumenta, aumentando a sensao de perda de calor (conveco forada). O deslocamento do ar tambm aumenta os efeitosdaevaporaonocorpohumano,retirandoaguaemcontatocomapelecommais eficincia e assim, reduzindo a sensao de calor.Desempenho trmico de edificaes 12Hvriostiposdeanemmetrosparamediodavelocidadedoar,comoo anemmetro giratrio, formado por hlices que se deslocam com o movimento do ar (figura 7,mais apropriado para medir a velocidade do vento)ou o termo-anemmetro (figura 8), mais sensvel e recomendado para medies de velocidade do ar no ambiente interno. Figura 7. Anemmetro de hlice para medio da velocidade do vento. Fonte: www.labcon.ufsc.br Figura 8. Termoanemmetro para medio da velocidade do ar. Fonte: www.labcon.ufsc.br 1.4.6Umidade relativa do ar A umidade caracterizada pela quantidade de vapor dgua contido no ar. Este vapor seformapelaevaporaodagua,processoquesupeamudanadoestadolquidoao gasoso, sem modificao da sua temperatura.Oar,aumadeterminadatemperatura,somentepodeconterumacertaquantidadede vapordegua.Quandochegamosaessevalormximodizemosqueoarestsaturado. Ultrapassadoestelimite,ocorreacondensao,noqualovaporexcedentepassaaoestado lquido, provocando o aumento da temperatura da superfcie onde ocorre a condensao. Estes processos do lugar a uma forma particular de transferncia de calor: um corpo perde calor por evaporao, que ser ganho por aquele no qual se produz a condensao. A umidade do ar, conjuntamente com a velocidade do ar, intervm na perda de calor porevaporao.Comoaproximadamente25%daenergiatrmicageradapeloorganismo eliminadasobaformadecalorlatente(10%porrespiraoe15%portranspirao) importante que as condies ambientais favoream estas perdas. medida que a temperatura do meio se eleva, dificultando as perdas por conveco e radiao, o organismo aumenta sua eliminao por evaporao. Quanto maior a UR, umidade relativa, menor a eficincia da evaporao na remoo do calor. Isto mostra a importncia de uma ventilao adequada. Porm,quandoatemperaturadoarsuperioradapele,apessoaestariaganhando calorporconveco.Mas,aomesmotemposeproduzumfenmenodeefeitocontrrio,j queacirculaodoaraceleraasperdasporevaporao.Nomomentoemqueobalano Desempenho trmico de edificaes 13comea a ser desfavorvel, ou seja, quando apenas ganharamos calor, a umidade do ar torna-se importante. Se o ar est saturado, a evaporao no possvel, o que faz a pessoa comear a ganhar mais calor assim que a temperatura do ar seja superior a da pele. No caso em que o ar est seco, as perdas continuam ainda com as temperaturas mais elevadas. Assim,aumidadeabsolutarepresentaopesodevapordguacontidoemuma unidade de massa de ar (g/kg) e a umidade relativa, a relao entre a umidade absoluta do ar e a umidade absoluta do ar saturado para a mesma temperatura. Afigura9apresentaumacartapsicromtrica,ondepode-seobteraumidaderelativa do ar em funo das temperaturas de bulbo mido (TBU) e seco (TBS). 1.5NDICES DE CONFORTO Comointuitodeavaliaroefeitoconjuntodasvariveisdeconfortotrmico,alguns pesquisadores sugerem diferentes ndices de conforto trmico. Deformageral,estesndicessodesenvolvidosfixandoumtipodeatividadeea vestimenta do indivduo para, a partir da, relacionar as variveis do ambiente e reunir, sob a formadecartasounomogramas,asdiversascondiesambientaisqueproporcionam respostas iguais por parte dos indivduos. Existem vrios ndices de conforto trmico, porm, para fins de aplicao s condies ambientais correntes nos edifcios e para as condies climticas brasileiras, serapresentado apenas o voto mdio predito. 1.5.1O voto mdio predito EstemtodofoidesenvolvidoporFanger(FANGER,1972)econsideradoomais completodosndicesdeconfortopoisanalisaasensaodeconfortoemfunodas6 variveis. Faz uma relao das 6 unidades com o voto mdio predito (PMV Predicted Mean Vote)destecomaporcentagemdepessoasinsatisfeitas(PPDPredictedPercentageof Dissatisfied). o mtodo usado na ISO 7730. Esteprevovotodeumgrandegrupodepessoasatravsdaescalamostradanatabela 3. Tabela 3. Escala trmica de Fanger. EscalaSensao +3muito quente +2quente +1levemente quente 0neutro -1levemente frio -2frio -3muito frio Porm, este ndice deve ser usado apenas para valores entre 2 e +2, pois acima destes limitesteramosaproximadamentemaisde80%daspessoasinsatisfeitas(ISO7730,1984), como se pode perceber na figura 10. Desempenho trmico de edificaes 14 Figura 9. Carta psicromtrica. Desempenho trmico de edificaes 15 Figura 10. PMV e PPD. Devidoasdiferenasindividuaisdifcilespecificarumambientetrmicoque satisfaa a todos, sempre haver uma percentagem de insatisfeitos. Segundo a ISO 7730, um ambienteconsideradotermicamenteaceitvelquandoPPD12h12,7 m30, 9 m30,9 m 30,9 m12,7 m12,7 mH= 39H= 63Edificao Esquema da edificaoSombreamento OBS.:Verificarosombreamentodoentornoparaamesmaedificaonosdias21de dezembro e 21 de junho, nos trs horrios anteriores (9h; 12h; 15h). 3.6TRANSFERIDOR DE NGULOS O transferidor de ngulos utilizado para converter em ngulos a geometria solar de elementosconstrutivoscomoobstrues,aberturas,proteessolares,edifcios,vegetao entre outros. til para a anlise mais rpida e fcil do sombreamento do entorno, penetrao solar e protees solares. O transferidor consiste em um crculo de mesmas dimenses do diagrama solar. Neste crculo existem linhas radiais e linhas curvas, cada uma representando uma possvel aresta do elementoaseranalisado.Cadaplanodeumdeterminadoelementosobanlisepodeser convertido em uma combinao de duas ou mais destas linhas. Para entender o funcionamento do transferidor de ngulos, necessrio conhecer-se os trs principais tipos de ngulos existentes, o (alfa), o (beta) e o (gama). Desempenho trmico de edificaes 49ngulo = o ngulo formado entre o znite e a direo da incidncia do raio solar vistoemcorte,variandode0,quandocoincidentecomoplanovertical,at90,quando atinge o plano horizontal. O traado de alfa no transferidor de ngulos uma linha curva que representa a projeo da aresta horizontal de um plano. OBS.: O ngulo Alfa pode ser medido internoouexterno(Figura62).Ovalorexternomedidoapartirdoplanohorizontalato znite. ZNPlano horizont alAlfa int ernoZNPlano horizont al'Alfa ext erno090900 Figura 62. ngulos alfa interno e externo. ngulo =onguloformadoentreaprojeodonguloverticaleadireoda incidnciadoraiosolarvistoemplanta.Seuvalorpodevariarde0a90emcadaumdos quatro quadrantes da circunferncia. O auxilia no traado de arestas verticais sobre a carta. ngulo = traado da mesma forma que o , porm rotacionado em 90 em relao a este e pode delimitar os ngulos e . Parafacilitarotraadodemscarasdeve-seutilizarotransferidordengulos apresentado na Figura 63. Figura 63. Transferidor de ngulos. A Figura 64. Ilustra o traado dos ngulos alfa, beta e gama utilizando o transferidor. 10o 20o 30o 40o 50o 60o 90o 80o 70o 60o 50o 40o 30o 20o 10o 10o 20o 30o 40o 50o 60o 70o 80o 70o 80o Desempenho trmico de edificaes 50 Figura 64.ngulos alfa, beta e gama. 3.7A MSCARA DE SOMBRA Quandoumapessoaestaoarlivreemumlocaldescampadoelapodevertodaa abbadaceleste.Masemvriassituaesdeterminadaspartesdaabbadacelesteso obstrudaspordiversostiposdebarreiras(vegetao,relevo,edificaesvizinhas,salincias da prpria edificao, etc). A mscara de sombra representa graficamente, nos diagramas solares, obstculos que impedem a viso da abbada celeste por parte de um observador (ou elemento) fixo em algum ponto. Osexemplosaseguirapresentamaseqnciadeconstruodamscaradesombra para obstruo frente a um observador. 1Desenharamscaradesombreamentodevidoobstruocausadaporuma edificao, para um observador voltado para o leste, conforme o esquema abaixo. Resoluo: a) Determinar os ngulos formados entre a direo dos vrtices e a direo da vista do observador: Desempenho trmico de edificaes 51 = = 4 , 18155arctg a = = 4555arctg b = = 6 , 71515arctg c 5, 0 m15, 0 mb5, 0 m 15, 0 mcaObservadorDireo da viso do observadorEdificaoLinha de base12 34( vrt ices proj et ados) Esquema 1: vista superior b)Projetarosvrticesnalinhadevisodoobservadoredeterminarosngulosde obstruo verticais: = = 76520arctg d = = 1 , 531520arctg e v1= v2 v3= v4e5,0 m 15, 0 md1,0 m21, 0 mZDireo da viso do observadorObservador Esquema 2: vista lateral projetada Desempenho trmico de edificaes 52 c)Construiramscaracomoauxliodotransferidordengulos,delimitandoarea formada pelas intersees da projeo dos ngulos verticais e horizontais: I nt erseo da proj eo dos ngulos c -eLinha do Horizont eI nt erseo da proj eo dos ngulos a -d I nt erseo da proj eo dos ngulos b -d Sombreament o53, 17618, 471, 645 Esquema 3: mscara de sombra 2 Desenhar a mscara de sombreamento para uma janela (dimenses 2,0m x 1,0m) voltadaparaumadireoqualquer,devidoobstruocausadaporumarvore,conformeo esquema abaixo: Resoluo: a)Determinarosngulosformadosentreadireodospontostangenciaisda extremidade da rvore e dos limites da janela: Desempenho trmico de edificaes 532,04, 08,0 rvore == 5 , 36) 1 2 , 12 () 3 , 8 (arctg a =+= 3 , 47) 1 5 , 9 () 4 , 11 (arctg b 10, 0 mDireo perpendicular ao plano da j anelarvoreLinha de base( fachada) 1m 1m11, 0 mab9, 5 m 12, 2 m11, 4 m8, 3 m1( vrt ices proj et ados)Janela23 Esquema 1: vista superior b)Projetarosvrticesnadireoperpendicularaoplanodajanelaedeterminaros ngulos de obstruo verticais: Assumindo a altura dada para o centro da rvore: = = 7 , 50 , 101arctg c == 0 , 310 , 10) 2 8 (arctg d 1, 0 mZ8, 0 mcdJanela2, 0 mDir eo per pendicularao plano da j anela11, 4 m 8, 3 mv1 v310, 0 mv2 Esquema 2: vista lateral projetada c)Construiramscaracomoauxliodotransferidordengulos,delimitandoarea formada pelas intersees da projeo dos ngulos verticais e horizontais: Desempenho trmico de edificaes 54I nt erseo da proj eo dos ngulos a -cI nt erseo da proj eo dos ngulos b -cLinha do Horizont e 47, 336,5Sombreament o5,731,0Linha de baseI nt erseo da proj eo dos ngulos b -dI nt erseo da proj eo dos ngulos a -d Esquema 3: mscara de sombra 3Desenharamscaradesombreamentoparaumajanela voltadaparaumadireo qualquer,devidoaobstruocausadaporumamontanhade1000mdealtura,conformeo esquema abaixo: Resoluo: a)Determinarosngulosformadosentreadireodospontostangenciaisda extremidade da montanha e dos limites da janela: Nestecasodevidograndedistnciaeapequenaproporoentreotamanhodajanelaeda montanha, a janela pode ser considerada como um ponto. = = 9 , 3620001500arctg a = = 4 , 6310002000arctg b = = 1 , 5315002000arctg c Mont anha1000mLinha de base500m2000m1500m500m1000m1500m2000mDireo perpendicular ao plano da j anelaJanelaab c( vrt ices proj et ados)123Esquema 1: vista superior Desempenho trmico de edificaes 55 b)Projetarosvrticesnadireoperpendicularaoplanodajanelaedeterminaros ngulos de obstruo verticais: = = 6 , 2620001000arctg d 1000mv2d500m1000m1500m2000mJanelaDireo perpendicular ao plano da j anelav1= v32000m 1500m 500mZ Esquema 2: vista lateral projetada c)Construiramscaracomoauxliodotransferidordengulos,delimitandoarea formada pelas intersees da projeo dos ngulos verticais e horizontais: Linha do Horizont e36, 963,4Sombreament o26, 6Linha de baseCume da mont anha53, 1( I nt erseo da proj eo dos ngulos c -d) Esquema 3: mscara de sombra Desempenho trmico de edificaes 563.8TIPOS DE PROTEES SOLARES Entendido o movimento aparente do sol percebido por um observador na Terra, pode-seutilizaresteconhecimentoparaotraadodeproteessolares(brises)queimpeama entrada de raios solares no interior do ambiente durante as horas do dia e os meses do ano em que se deseja esta proteo. O tipo de brise e suas dimenses so funo da eficincia desejada. Portanto, um brise ser considerado eficiente quando impedir a entrada de raios solares no perodo desejado. 3.8.1Traado de mscaras Para projetar protees solares, a segunda informao que deve ser conhecida o tipo demascaramentoquecadatipodebriseproporciona.Portanto,otraadodemscarasa ferramenta utilizada no projeto de protees solares. 3.8.2Brise horizontal infinito Osbriseshorizontais impedemaentradadosraios solaresatravsdaaberturaapartir dongulodealtitudesolar.O traadodomascaramento proporcionadoporestebrise determinadoemfunodongulo e apresentado na Figura 65. Figura 65. Mascaramento proporcionado pelo brise horizontal infinito. Pode-seperceberquehincidnciadosolnointeriordoambienteapenasquandoo seu ngulo de altitude estiver entre a linha do horizonte e o ngulo . Desempenho trmico de edificaes 573.8.3Brise vertical infinito Os brises verticais impedem a entrada dosraiossolaresatravsdaaberturaapartir dongulodeazimutesolar.Otraadodo mascaramento proporcionado por este brise determinadoemfunodonguloe apresentado na Figura 66. Figura 66. Mascaramento proporcionado pelo brise vertical infinito. Nestecaso,aincidnciaderaiossolaresnoambienteocorrequandoongulode azimute solar est entre os dois ngulos determinados. Comoemsituaesreaisdifcilaexistnciadebrisesquepodemserconsiderados infinitos,surgeanecessidadededefiniodeumterceirongulo,o.Estengulolimitao sombreamento produzido pelos ngulos e . Desempenho trmico de edificaes 583.8.4Brise horizontal finito Este tipo de brise tem a sua eficincia limitada pois a sua projeo lateral limitada pelos ngulos , como mostra a Figura 67. Figura 67. Mascaramento proporcionado pelo brise horizontal finito. 3.8.5Brise vertical finito Paraobriseverticalosombreamento produzido pelos ngulos ser limitado pelos ngulos , como mostra a Figura 68. Desempenho trmico de edificaes 59 Figura 68. Mascaramento proporcionado pelo brise vertical finito. 3.8.6Brises mistos Atravs do mascaramento produzido pelos quatro tipos bsicos de brises apresentados anteriormente pode-se determinar o mascaramento para qualquer tipo de brise com diferentes combinaes de brises horizontais e verticais, conforme mostra a Figura 69. Figura 69. Brises mistos. 3.9O PROGRAMA SOL-AR O programa Sol-Ar, desenvolvido pelo LabEEE, uma ferramenta para projeto de protees solares.Eletraaamscaradesombrasobreacartasolardadososngulos,e(Figura 70). Indica tambm as temperaturas do arquivo TRY para cada localidade cadastrada (Figura 71) e fornece a Rosa dos Ventos do TRY (Figura 72). AtravsdoSol-Ar,possveltraaramscaradesejadapara,posteriormente,partirparao projeto das protees solares. Desempenho trmico de edificaes 60 Figura 70: Carta solar para a latitude de Florianpolis e transferidor auxiliar com mscara de proteo solar orientada a 20o do programa Sol-Ar. Figura 71: Temperaturas horrias do primeiro semestre do TRY de Florianpolis (1963) do programa Sol-Ar. Desempenho trmico de edificaes 61 Figura 72: Freqncia de ocorrncia do vento do TRY de Florianpolis (1963) do programa Sol-Ar. 3.10EXEMPLOS RESOLVIDOS 1 Desenhar a mscara de sombra para o brise abaixo e avaliar a sua aplicao para a orientaoindicada(Local:Florianpolis/Uso:Comercialcomhorriodefuncionamento entre 8h e 16h). OBS.: Dimenses em cm. Desempenho trmico de edificaes 6250 200 5012025550 200 5070Vist a Front alVist a Superior ( plant a)12025570Cort e10NPerpect iva10 a)Determinar , (brise horizontal e vertical infinito): = = 9 , 2814580arctag = = = 7 , 17250802 1 arctag 1 2 Desempenho trmico de edificaes 63b)Desenhar a mscara com auxlio de um transferidor de ngulos: c)Sobrepor a mscara de sombra na carta solar local: Desempenho trmico de edificaes 64d)Fazer a avaliao do brise: O brise proporciona sombreamento entre os meses de setembro e maro, bloqueando a entrada de radiao em todas as horas do dia. Nos meses de abril e agosto, o brise permite a passagem da radiao solar entre as 7:00h e as 17:00h. Jdemaioatjulhonohnenhumsombreamento.Emboranestesmesesexistam necessidadesdeaquecimentoemalgunshorrios,aincidnciadiretaderadiaosolarpode causar desconforto visual. Por isso uma alternativa seria o uso de cortinas ou persianas. Demaneirageral,pode-sedizerqueobrisecumprebemasuafuno,umavezque proporciona sombreamento nos meses com temperaturas mais elevadas (vero). Comosugesto,casosedesejassesombreamentoemtodooperododoanoduranteo horrioestabelecido,serianecessrioaplicarumngulode70,sendoestelimitadopor ngulos deaproximadamente75(caso1);outambmpoderiaserutilizadosimplesmente um brise vertical infinito com ngulo de 70 (caso 2). Caso 1 Desempenho trmico de edificaes 65 Caso 2 2 Projetar um brise para a janela do exerccio anterior, a partir da mscara de sombra sugerida no caso 2 (brise vertical infinito com ngulo de 70). OBS.: Dimenses em cm. Uma soluo para esta situao a utilizao de placas metlicas retangulares ou em PVC,dispostasaolongodocomprimentodajanela.Supondoinicialmenteumespaamento de 20cm entre as placas, tambm um ngulo de 30 formado entre a placa e direo vertical, e sendo sua espessura desprezvel (esquema abaixo), possvel determinar a sua dimenso: Primeiro necessrio determinar o ngulo no conhecido do triangulo formado. Sendo a soma dos seus ngulos internos igual a 180, temos: 180-30-70 = 80 Ento aplicando a lei dos senos, temos: = 802070 sen senx cm x 1 , 19 =70x 2030 Esquema de distribuio da placas Umafastamentode15cmentreasplacaseaesquadria,paramanutenodosvidros, pode ser adotado. Tambm o espao entre as extremidades verticais do brises e a parede deve ser fechado para que seja obtido o efeito de um elemento infinito. O esquema abaixo mostra o detalhamento do brise projetado. Desempenho trmico de edificaes 6622013055 200 524,4Vist a Front alVist a Superior ( plant a)1205Cort eNPerpect iva1024, 49,4570 20519,1 Nova mscara sobreposta na carta solar local: 3.11CATLOGO DE BRISES A seguir apresentado um catlogo com o mascaramento caracterstico para 44 diferentes modelos de brises. Desempenho trmico de edificaes 824DESEMPENHO TRMICO DE PAREDES E COBERTURAS 4.1DESEMPENHO TRMICO DE PAREDES A condio essencial para a transmisso de calor que os corpos tenham temperaturas diferentes. A Figura 73 exemplifica esta afirmao. T1 T1 > T2 T2 AB Figura 73. Condio para transferncia de calor. OcorpoAcedepartedesuaenergiatrmica,oqueprovocaumareduodesua temperatura enquanto que o B, ao assimilar esta energia trmica, aumentar sua temperatura. O processo continua at que as temperaturas se igualem (T1 = T2), ou seja, at que se atinja o equilbrio trmico. Para o caso de paredes, a Figura 74 apresenta o sentido do fluxo de calor em funo da diferena de temperatura externa e interna. Text q Tint Text > Tint Figura 74. Transferncia de calor em uma parede. Portanto, a equao 5 mostra o fluxo de calor que atravessa a parede. q=U.(T T U. T ext int = ) (5) Onde U a transmitncia trmica (W/m2.K); T a diferena de temperatura entre os meios externo e interno (K); q a densidade de fluxo de calor (W/m2). A transmitncia trmica pode ser determinada atravs dos procedimentos apresentados pelo Projeto 02:135.07-002 (NBR 15220-2/ABNT,2005): Desempenho trmico de edificaes -Parte2:Mtodosdeclculodatransmitnciatrmica,dacapacidadetrmica,doatraso trmico e do fator de calor solar de elementos e componentes de edificaes. Este projeto de norma, bem como o projeto para definies dos termos utilizados so apresentadas nos anexos 2 e 3 . No Anexo C do projeto de norma (NBR 15220-2), encontram-se os seguintes exemplos de clculo para paredes (ver Anexo 3 ao final da apostila): Desempenho trmico de edificaes 83Parede de tijolos macios rebocados em ambas as faces: componente composto por 2 sees:reboco+argamassa+rebocoereboco +tijolo+reboco.Porsetratardeum componente com camadas homogneas e no homogneas perpendiculares ao fluxo de calor,necessriocalcularprimeiramenteasresistnciastrmicasdesuperfciea superfcie para cada seo e em seguida calcular a resistncias trmicas de superfcie a superfcie do componente como um todo, utilizando-se a expresso 6 (Ver Anexo 2). Para o clculo da capacidade trmica, vale a expresso 9 (Ver Anexo 2). Parede com blocos de concreto colados, sem reboco: neste exemplo, uma das camadas corresponde cmara de ar, sendo composto tambm por 2 sees: concreto (camada homognea perpendicular ao fluxo de calor) e concreto + cmara de ar + concreto. O clculo efetuado de modo semelhante ao exemplo anterior. Parededetijoloscermicosde6furosrebocadosemambasasfaces:nesteexemplo, tm-secamadashomogneasenohomogneasperpendicularesaofluxodecalor. Soapresentadasduaspossibilidadesdeclculo:semelhanteaosexemplosanteriores (considerando-seaargamassaeotijoloaomesmotempo)oucalculando-se primeiramenteaspropriedadestrmicasdotijoloparaemseguidaconsider-locomo uma das camadas da parede (seo composta por reboco + tijolo + reboco); Parede dupla com placas de concreto e cmara de ar no ventilada: esta parede possui apenascamadashomogneasperpendicularesaofluxodecalor,sendoconstituda, portanto, de uma nica seo. De posse do valor da transmitncia trmica total, pode-se efetuar o clculo do fluxo de calor que incidir no ambiente interno, dado pela equao 6. =q.A=U. T.A (6) Porm, o fluxo de calor no funo apenas de T. Ele funo, tambm, da radiao solar incidente na superfcie. Assim, antes de incluir a radiao solar nos clculos (seo 4.3) apresenta-se uma breve reviso das formas de transmisso de calor. 4.2FORMAS DE TRANSMISSO DE CALOR 4.2.1Conduo Aconduoserealizaporcontatomolecular,oumelhor,porcontatoentreas molculasdoscorpos.Ocorreemslidos,lquidosegases.Noentanto,nosfluidosocorrem fenmenos convectivos que alteram o processo original. Por esta razo, a conduo refere-se aosslidos.Poderserrelacionadaaosfluidosquandonoseverificammovimentos convectivos. 4.2.2Conveco A conveco se verifica quando os corpos esto em contato molecular e um deles, pelo menos,umfluido.Oprocessopossuiduasfases:naprimeiraocalorsetransmitepor conduo, na segunda, a alterao sofrida pela temperatura do fluido modifica sua densidade provocando o movimento convectivo. Desempenho trmico de edificaes 844.2.3Radiao A radiao ocorre mediante uma dupla transformao da energia: uma parte do calor do corpo com maior temperatura se converte em energia radiante que chega at o corpo com menortemperatura,ondeabsorvidanumaproporoquedependedaspropriedadesda superfcie receptora, sendo novamente transformada em calor. Aspropriedadesdasuperfciereceptorasorepresentadaspelaemissividade(ou poder emissivo) do corpo (Tabela 7). Tabela 7. Emissividade de superfcies. TIPO DE SUPERFCIE Chapa de alumnio (nova e brilhante)0,05 Chapa de alumnio (oxidada)0,12 Chapa de ao galvanizada (nova e brilhante)0,25 Caiao nova0,90 Concreto aparente0,85 / 0,95 Telha de barro0,85 / 0,95 Tijolo aparente0,85 / 0,95 Reboco claro0,85 / 0,95 Revestimento asfltico0,90 / 0,98 Vidro comum de janela0,90 / 0,95 Tabela 7. Emissividade de superfcies (cont.). TIPO DE SUPERFCIE Pintura:- branca - amarela - verde claro- alumnio verde escuro - vermelha - preta 0,90 0,90 0,90 0,50 0,90 0,90 0,90 Fonte: Projeto de Norma da ABNT 02:135.07-002 (1998) A emissividade est relacionada fontes de baixa temperatura (ondas longas). Quando asuperfcieestexpostaradiaosolar(fontedealtatemperaturaondacurta)as propriedades desta superfcie so representadas pela absortividade (Tabela 8). 4.2.4Condensao Oar,aumatemperaturadeterminada,podeconterapenasumacertaquantidadede vapor dgua. Esta quantidade aumenta medida que aumenta a temperatura do ar. Quando se atingeovalormximodevapordguanoardiz-sequeoarestsaturadoeatingiu-sea temperaturadeorvalho.Destemodo,qualquerreduoemrelaoaestevalorsignificaro comeo da condensao. 4.3COMPORTAMENTO DOS MATERIAIS OPACOS DIANTE DA RADIAO SOLAR Quandoaenergiaradianteincidesobreumcorpoopacoelaabsorvidaourefletida, como pode-se observar na Figura 75. Desempenho trmico de edificaes 85 Figura 75. Radiao solar em superfcies opacas. A equao 7 mostra o balano trmico para a Figura 73. . RS+ . RS = RS+ =1 (7) Onde RS a radiao total incidente na superfcie (W/m2); a absortividade solar (funo da cor); a refletividade solar. ATabela8apresentaaabsortividadeparaalgunsmateriaisutilizadosnaconstruo civil e algumas cores. Tabela 8. Absortividade de cores e superfcies. TIPO DE SUPERFCIE Chapa de alumnio (nova e brilhante)0,05 Chapa de alumnio (oxidada)0,15 Chapa de ao galvanizada (nova e brilhante)0,25 Caiao nova0,12 / 0,15 Concreto aparente0,65 / 0,80 Telha de barro0,75 / 0,80 Tijolo aparente0,65 / 0,80 Reboco claro0,30 / 0,50 Revestimento asfltico0,85 / 0,98 Vidro comum de janelaTransparente Pintura:- branca - amarela - verde claro- alumnio verde escuro - vermelha - preta 0,20 0,30 0,40 0,40 0,70 0,74 0,97 Fonte: NBR 15220-2 (ABNT, 2005) Aenergiaradianteabsorvidasetransformaemenergiatrmicaoucalor;a energia refletida no sofre modificao alguma. Desta forma, a radiao solar ser includa no a.RSr.RSRSDesempenho trmico de edificaes 86clculodofluxodecaloratravsdeumatemperaturaequivalenteou,comocomumente chamada, temperatura sol-ar. Portanto, a equao 6 pode ser reescrita na forma da equao 8. A temperatura sol-ar (Tsol-ar) representa o efeito combinado da radiao solar incidente no fechamento e dos intercmbios de energia por radiao e conveco entre a superfcie e o meio envolvente; nestes processos intervm o coeficiente de absoro () e a emissividade () do material. A temperatura sol-ar dada pela equao 9. Tsol-ar = + T RS R R Rext se L se . . . . (9) Onde RS a radiao total incidente na superfcie (W/m2); Rsearesistnciasuperficialexterna;representaastrocasdecalorporconvecoe radiao entre a superfcie e o meio; RL a diferena entre a radiao de onda longa emitida e recebida pela superfcie. Paraplanosverticais,adiferenaentrearadiaodeondalongaemitidaerecebida pelasuperfcie(RL)nulapoisasperdasficamcompensadaspelaradiaodeondalonga recebidadosoloedassuperfciesdomeio.Portanto,paraparedes,aequao9podeser reescrita na forma da equao 10. Tsol-ar = + T RS Rext se. . (10) Assim, substituindo-se a temperatura sol-ar na equao 8, o fluxo de calor em planos verticais (paredes) ser dado pela equao 11. =U.A.(Text + . . )intRS R Tse (11) No Projeto de Norma do anexo 3 so apresentados exemplos da transmitncia trmica (U),acapacidadetrmica(CT)eoatrasotrmico()deparedescomumenteutilizadasem edificaesbrasileiras.Ascaractersticastrmicasdosmateriais,frmulaseexemplosde clculo so apresentados no Projeto de Norma do anexo 2. 4.4DESEMPENHO TRMICO DE COBERTURAS Paraplanoshorizontais,comocoberturas,otermo.RL.Rse,segundodados experimentais, igual a 4oC, visto que as camadas altas da atmosfera tm sempre uma baixa temperaturafazendocomqueestesplanospercampermanentementeenergiaporradiao. Portanto, para coberturas, a equao 9 pode ser reescrita na forma da equao 12. Tsol-ar = + T RS Rext se. . 4 (12)Esta subtrao de 4oC tambm se aplica durante o perodo noturno. A condensao da umidade atmosfrica facilmente percebida nestas superfcies horizontais devido as perdas de calor por radiao. Assim,substituindo-seatemperaturasol-ar(equao12)naequao8,ofluxode =U. T.A=U.A.(Tsol-ar Tint) (8)Desempenho trmico de edificaes 87calor em planos horizontais (coberturas) ser dado pela equao 13. =U.A.(Text + . . )intRS R Tse4 (13) Exemplosdetransmitncia(U),capacidadetrmica(CT),eoatrasotrmico()de coberturassoapresentadosnoProjeto02:135.07-003(AnexoDdaNBR15220-3/ABNT 2005), no anexo 3 ao final desta apostila. As caractersticas trmicas dos materiais, frmulas e exemplosdeclculosoapresentadosnoProjetodeNorma02:135.07-002(NBR15220-2/ ABNT, 2005).OsexemplosdeclculodescritosnoAnexoCdaNBR15220-2,osquaisso reproduzidos no Anexo 2 desta apostila, so os seguintes: Telhadoinclinadocomchapasdefibrocimentocomfrrodepinusecmaradear ventilada; Telhadoinclinadocomchapasdefibrocimentocomfrrodepinus,lminade alumnio polido e cmara de ar ventilada: neste exemplo, pode-se perceber a reduo na transmitncia trmica da cobertura resultante do emprego de uma barreira radiante: o alumnio. Duas observaes devem ser consideradas: As transmitncias trmicas e os atrasos trmicos das coberturas so calculados para condies de vero. A semelhana entre a transmitncia trmica da cobertura com telha de barro e aquela comtelhadefibro-cimentosedeveaofatodacondutividadetrmicadomaterial cermiconoexpressarasuacapacidadedeabsorodgua(dechuvaoude condensao)devidoasuaporosidade.Estefenmenocontribuiparaareduoda taxadefluxodecalorparaointeriordaedificao,poispartedestecalorser dissipado no aquecimento e evaporao da gua contida nos poros da telha. Atabela9apresentaaradiaosolar(RS)incidenteemdiferentesorientaeseem diferentes horas do dia para o dia 22 de dezembro na latitude 30o Sul. Informaes para outras latitudes ou outros perodos do ano podem ser obtidas em FROTA & SCHIFFER (1995), no programa Radiasol (www.solar.ufrgs.br). J dados horrios em planos horizontais ou normais superfcies podem ser obtidos para algumas cidades nos arquivos climticos disponveis no site do LabEEEE (www.labeee.ufsc.br). Tabela 9. Radiao solar incidente em planos verticais e horizontais para o dia 22 de dezembro na latitude 30o Sul segundo FROTA & SCHIFFER (1995). OrientaoRadiao solar (W/m2) 6h7h8h9h10h11h12h13h14h15h16h17h18h Sul14218814378636865686378143188142 Sudeste33056358650234511665686358504325 Leste34063371566751730965686358504325 Nordeste165357456475422311146686358504325 Norte2543505811717017917011758504325 Noroeste254350586368146311422475456357165 Oeste25435058636865309517667715633340 Sudoeste25435058636865116345502586563330 Horizontal114345588804985109911341099985804588345114 Desempenho trmico de edificaes 884.5EXEMPLOS a) Dada uma parede com transmitncia trmica de 2,00 W/m2K, orientada a oeste (latitude 30o Sul)compinturaexternanacorbranca,determinarofluxodecalorparaapiorsituaode vero. A temperatura externa de 30oC e a interna de 25oC. A parede tem dimenses de 5,00 x 3,00 m. Soluo O fluxo de calor dado pela equao: =U.A.(Text + . . )intRS R Tse Assume-se = 0,3 (parede branca); Rse = 0,04 m2K/W (tabela 1 do anexo 2); RS = 715 W/m2 (s 16 horas tabela 8). Portanto, o fluxo de calor ser: = 2,00.5,00.3,00.(30 + 0,3.715.0,04 25) = 407,4 W. b) O mesmo problema anterior com parede na cor preta. Soluo Nesta nova situao, a nica varivel alterada a absortividade, que para a parede preta ser assumida igual a 0,8. Portanto, teremos: = 2,00.5,00.3,00.(30 + 0,8.715.0,04 25) = 836,4 W. c) Tem-se uma parede de cor branca com transmitncia trmica de 3,00 W/m2K. Determinar a transmitnciaquedeveterumaparedeequivalentequandopintadadepretoparaquea densidadedefluxodecalor(W/m2)sejaamesma.Orientaoleste.Latitude30oSul.Pior situao de vero. Soluo Parede brancaParede preta U = 3,00 W/m2K4.5.1.1.1U = ? = 0,3 = 0,8 RS = 715 W/m2RS = 715 W/m2 Rse = 0,04 m2K/WRse = 0,04 m2K/W Text = 30oCText = 30oC Tint = 20oCTint = 20oC Temos que: q = U.(Text + .RS. Rse Tint) Para a parede branca, temos: qb = 3,00.(30 + 0,3.715.0,04 20) Para a parede preta, temos: qp = U.(30 + 0,8.715.0,04 20) Desempenho trmico de edificaes 89Paraasituaoproposta,adensidadedefluxodecalordeveseramesmaparaasduas situaes. Portanto, qb = qp 3,00.(30 + 0,3.715.0,04 20) = U.(30 + 0,8.715.0,04 20) U = 1,46 W/m2K. d)Determinaraespessuradecadaumadasparedesdoexemploc,supondo-asdeconcreto macio (concreto = 1,75 W/mK). Soluo Parede branca: U = 3,00 W/m2K RT = 1/U = 1/3,00 = 0,3333 m2K/W RT = Rse + Rt + Rsi ondeRsi = 0,13 m2K/W Rse = 0,04 m2K/W Logo,Rt = 0,3333 0,13 0,04 = 0,1633 m2K/W Por definio, temos: Rt = e/ e = Rt. = 0,1633.1,75 = 0,30 m = 30 cm. Parede preta: U = 1,46 W/m2K RT = 1/U = 1/1,46 = 0,6849 m2K/W RT = Rse + Rt + Rsi ondeRsi = 0,13 m2K/W Rse = 0,04 m2K/W Logo,Rt = 0,6849 0,13 0,04 = 0,5149 m2K/W Por definio, temos: Rt = e/ e = Rt. = 0,5149.1,75 = 0,90 m = 90 cm. e)Umacoberturacomtelhasdefibro-cimentoeforrodepinusapresentaumatransmitncia trmicade2,00W/m2Kparaasituaodevero.Latitude30oSul.rea=28,00m2. Determinarofluxodecalorparaohorriodemximaradiaosolar.Admitirtemperatura externa e interna iguais. Soluo O fluxo de calor dado pela equao: = U.A.(Text + .RS. Rse 4 Tint) Assume-se = 0,8 (fibro-cimento escurecido pelo tempo); Rse = 0,04 m2K/W (tabela 1 do anexo 2); RS = 1134 W/m2 (s 12 horas tabela 8). Portanto, o fluxo de calor ser: = 2,00.28,00.(0,8.1134.0,04 4) = 1808 W. Desempenho trmico de edificaes 905DESEMPENHO TRMICO DE JANELAS Osvidrossomateriaistransparentessradiaesvisveisepermitemailuminao naturaldoespaointeriorestabelecendoumaconexovisualcomoexterior.Porm,podem gerar problemas trmicos, acsticos e econmicos. Quandoaenergiaradianteincidesobreumasuperfcietransparenteelaabsorvida, refletida ou transmitida como se pode observar na Figura 76. Figura 76. Radiao solar em superfcies transparentes. A equao 14 mostra o balano trmico para a Figura. . . . RS RS RS RS + + = + + = 1 (14) Onde a absortividade do vidro; a refletividade do vidro; a transmissividade do vidro. Umcorpoaoreceberenergiaradiante,reageseletivamente,oquesignificaquea quantidade de energia que absorve, reflete ou transmite, depende do comprimento de onda do raio incidente. Com o vidro acontece um fenmeno similar como mostra a Figura 77. Radiao transmitidaRadiaorefletidaRadiao Solarincidente (RS)Conduo e irradiao aps a absoroa.RS/2t.RSr.RSa.RS/2Desempenho trmico de edificaes 91 Figura 77. Comportamento de alguns vidros diante da energia radiante. 5.1VIDRO COMUM Seumraioformadoexclusivamenteporumaondaeletromagnticade1,6m,por exemplo,incideperpendicularmentesobreestevidro,80%desuaenergiasetransmitirpor transparncia e os 20% restantes sero refletidos e absorvidos. Este vidro muito transparente aoscomprimentosdeondaentre0,4e2,8m,isto,numabandaqueincluiasradiaes visveis,oinfravermelhoprximoepartedeinfravermelhomdio.Apartirdestelimite,a transmisso desce bruscamente at que aps os 4 m o vidro passa a comportar-se como um material totalmente opaco radiao incidente. Quais os fenmenos trmicos que ocorrem em um local quando um raio de sol incide sobre um vidro comum? Partedessaenergiapassaportransparnciaaointeriordolocaleabsorvidae refletidapelosmveiseparedes.Aenergiaabsorvidasetransformaemcalorprovocandoa elevaodatemperaturadomeio.Comoessaenergiaretornaaoexterior?Aprimeira possibilidadeporconveco.Noslocaisfechadosestaformadetransmissoconstituium processolentojqueprimeirooardeveseraquecido;depois,mediantemovimentos convectivos, atingir o vidro, o qual, mediante processos de conduo, ir transmitir parte da energiaaoexterior.Aoutraformaporradiao.Noentanto,oscorpos,temperatura normal do ambiente em que estamos, emitem energia radiante de onda longa (em torno de 9 m). Para este comprimento de onda, o vidro opaco, bloqueando a radiao da onda longa Desempenho trmico de edificaes 92doexterior.Esteprocessoondearadiaosolarentroufacilmentenolocaleencontrou dificuldades para sair denominado efeito estufa. 5.2VIDROS ESPECIAIS Paraamenizarasconseqnciastrmicascriadaspelovidrocomumforam desenvolvidosoutrostiposdevidrocomoosvidrosabsorventes(ouatrmicos)eosvidros refletivos.Atabela10apresentaopercentualtransmitido,absorvidoerefletidoporalguns tipos de vidro. Tabela 10. Comportamento trmico de alguns vidros segundo RIVERO (1986). Tipo de vidro Comum0,850,070,08 Absorvente claro0,520,410,07 Absorvente mdio0,310,630,06 Absorvente escuro0,090,860,05 Refletor mdio0,250,420,33 Refletor escuro0,110,420,47 5.3FLUXO DE CALOR ATRAVS DA JANELA Com base na equao 12 para paredes, pode-se perceber que no caso de janelas deve-seacrescentaraparceladefluxodecalorquepenetranoambienteportransparncia.A equao 15 esclarece esta situao. qRS R T RSse=U.(Text + + . . ) .int (15) Onde, U a transmitncia trmica, Sre a resistncia superfcial externa RS a radiao solar incidente Separando-seosganhosdecalordevidoadiferenadetemperaturaedevidoa incidncia de radiao solar obtm-se a equao 16. qT U R RSse=U.(Text + +int) ( . . ). (16) Desta forma, a parcela U..Rse+ chamada de fator solar (Fs). Este fator representa a razo entre a quantidade de radiao solar que atravessa e a que incide na janela. A equao 17 apresenta a forma simplificada de determinao de densidade de fluxo de calor em janelas. qF RSs=U. T + . (17) As Tabela 11 e Tabela 12 apresentam, respectivamente, o fator solar para alguns tipos de superfcies transparentes e protees solares. Desempenho trmico de edificaes 93Tabela 11. Fator solar para alguns tipos de superfcies transparentes segundo LAMBERTS et alii (1997). Superfcies transparentesFs VidrosTransparente (simples)3 mm0,87 Transparente (simples)6 mm0,83 Transparente (duplo)3 mm0,75 Cinza (fum)3 mm0,72 Cinza (fum)6 mm0,60 Verde3 mm0,72 Verde6 mm0,60 Reflexivo3 mm0,26 0,37 PelculasReflexiva0,25 0,50 Absorvente0,40 0,50 AcrlicoClaro0,85 Cinza ou bronze0,64 Reflexivo0,18 PolicarbonatoClaro0,85 Cinza ou bronze0,64 DomosClaro0,70 Translcido0,40 Tijolo de vidro0,56 Tabela 12. Fator solar para alguns tipos de protees solares segundo LAMBERTS et alii (1997). Protees solaresFs InternasCortina translcida0,50 0,75 Cortina semi-translcida0,40 0,60 Cortina opaca0,35 0,60 Persiana inclinada 45o0,64 Persiana fechada0,54 ExternasToldo 45o translcido***0,36 Toldo 45o opaco***0,20 5.3.1.1.1Venezianas0,09 Esteira de madeira0,09 Venezianas horizontais**0,19 Brise horizontal***0,25 Light-shelf (espelhada)*0,58 * Com vidro duplo, horizontal, metade da abertura com insolao direta. ** Com vidro duplo, branca e razo largura/espaamento =1,0. *** Toda a abertura est sombreada. Os casos no especificados apresentam vidro simples 3 mm. 5.4EXEMPLOS a) Determinar a densidade de fluxo de calor em uma janela oeste com vidro comum de 3 mm (U = 5,8 W/m2K) . Latitude 30oSul. Desempenho trmico de edificaes 94Soluo Fs = 0,87 (tabela 10); RS = 715 W/m2 (tabela 8); Text = 30oC; Tint = 25oC. q = U.T + Fs.RS = 5,8.(30 25) + 0,87.715 = 651,05 W/m2. b) Substituindo o vidro anterior por vidro cinza fum de 3 mm (Fs = 0,72), teremos: q = U.T + Fs.RS = 5,8.(30 25) + 0,72.715 = 543,80 W/m2. c) Utilizando persiana fechada (Fs = 0,54) no exemplo a, teremos: q = U.T + Fs.RS = 5,8.(30 25) + 0,54.715 = 415,10 W/m2. d) Utilizando venezianas (Fs = 0,09) no exemplo a, teremos: q = U.T + Fs.RS = 5,8.(30 25) + 0,09.715 = 93,35 W/m2. Desempenho trmico de edificaes 95 6VENTILAO Aventilaodeumambienteentendidacomoatrocadearinternoporarexterno. Suas principais funes so as seguintes: Manter o ambiente livre de impurezas e odores indesejveis, alm de fornecer O2 e reduzir a concentrao de CO2; Remover o excesso de calor acumulado no interior da edificao produzido por pessoas ou fontes internas; Resfriar a estrutura do edifcio e seus componentes evitando o aquecimento do ar interno; Facilitarastrocastrmicasdocorpohumanocomomeioambiente(especialmenteno vero); Removeroexcessodevapordguaexistentenoarinternoevitandoacondensao superficial. 6.1VENTILAO DE INVERNO E DE VERO Qualquerperododoanoexigeanecessidadedeventilaonoambienteconstrudo. Porm,suasnecessidadessobastantediferentes.Noveroasnecessidadesdeventilao dizem respeito s questes trmicas e higinicas. Porm, no inverno a necessidade apenas de ordem higinica. Asexignciashiginicastmcarterpermanenteedevemsersatisfeitasaqualquer poca do ano. As trmicas s interessam quando o microclima interno quente e o ar exterior temumatemperaturamenorqueainterior,ouquandoascondiesdeumidadedevemser alteradas. 6.2MECANISMOS DE VENTILAO Um ambiente pode ser ventilado atravs de diferentes formas: Ventilao natural: - por diferena de presso causada pelo vento; - por diferena de temperatura. Ventilao artificial: - produzida por equipamentos. 6.2.1Ventilao natural por diferena de temperatura Baseia-senadiferenaentreastemperaturasdoarinterioreexteriorprovocandoum deslocamentodamassadeardazonademaiorparaademenorpresso.Quando,nestas condies, existem duas aberturas em diferentes alturas, se estabelece uma circulao de ar da aberturainferiorparaasuperior,denominadaefeitochamin.Esteefeitoapresentadona figura 78. Desempenho trmico de edificaes 96 Figura 78. Efeito chamin. Oefeitochaminnomuitoeficienteemcasastrreaspoisdependedadiferena entre as alturas das janelas. Como depende, tambm, das diferenas entre a temperatura do ar interior e exterior, para climas quentes, especialmente no vero, esse mecanismo de ventilao nodeveservistocomoaformamaiseficientedegerarsituaesdeconfortotrmicoe/ou removeroexcessodecaloracumuladonointeriordaedificao.Nestecaso,deve-sedar maior importncia ventilao dos ambientes pelo efeito do vento. 6.2.2Ventilao natural por diferena de presso causada pelo vento Paraqueaedificaosejaventiladadevidodiferenadepressoprovocadapelo ventonobastaqueamesmasejasimplesmenteexpostaaovento.necessrioqueos ambientes sejam atravessados transversalmente pelo fluxo de ar, como mostra a Figura79. Figura 79. Ventilao cruzada.Figura 80. Ventilao unilateral. Aventilaocruzadaocorre,essencialmente,devidoexistnciadezonascom diferentes presses, ou seja, na face de incidncia do vento existe uma zona de alta presso e na face oposta, uma zona de baixa presso. No caso de ambientes sem abertura para sada do vento, tem-se a ventilao unilateral, como mostra a Figura . 6.2.3Clculo de ventilao por efeito do vento Umaformadeavaliarascondiesdeventilaodeumambientecomumente utilizadaadeterminaodonmerodetrocasdearqueocorremacadahora.Oalgoritmo apresentado abaixo permite esta determinao de forma simplificada e fcil. Desempenho trmico de edificaes 97A) Coeficiente de presso do vento (CP) Este coeficiente visa quantificar as eventuais redues sofridas pelo vento em funo dongulodeincidncianaaberturaedoafastamentoentreedificaes.AFigura81 caracteriza o ngulo de incidncia. Figura 81. ngulo de incidncia do vento. ATabela13apresentaadiferenaentreoscoeficientesdepressodovento(CPL) para casas em campo aberto em funo do ngulo de incidncia do vento. Tabela 13. Diferena entre os coeficientes de presso do vento para casas em campo aberto. ngulo de incidncia ()Diferena entre os coeficientes de presso do vento (CPL) 0 30o1,2 30o < 90o0,1 + 0,0183.(90 - ) Paraocasodeloteamentos,ocoeficientedepressodoventodevesercorrigidoem funo do afastamento entre as casas, conforme mostra a Tabela 14. Tabela 14. Coeficiente de presso do vento para loteamentos. Distncia entre casasCoeficiente de presso do vento (CP) Uma casa0,30.CPL Duas casas0,60.CPL B) Correo da velocidade do vento Avelocidadedovento,normalmentefornecidaporestaesmeteorolgicasa10 metros de altura deve ser corrigida para a altura de interesse, conforme mostra a equao 18. V V K ZzA=10. . (18) Onde Vz a velocidade do vento na altura Z de interesse (m/s); V10 a velocidade do vento a 10 metros de altura (m/s); Z a altura da cumeeira para edificaes de at dois andares ou a altura da janela para edificaes mais altas (m); K e Aso funo da localizao da edificao e podem ser obtidos na Tabela 15. Desempenho trmico de edificaes 98Tabela 15. Coeficientes K e A. Localizao da edificaoKA Campo aberto plano0,680,17 Campo com algumas barreiras0,520,20 Ambiente urbano0,400,25 Centro da cidade0,310,33 C) rea til de ventilao (A) Deve-seatentarqueareatildeventilaopodenocorresponderreatotalda janela, como mostra a Figura 80. Guilhotina A = 0,50.Ajanela Correr (2 folhas) A = 0,50.Ajanela Figura 80. rea til de ventilao. D) Fluxo de ar Ofluxodeardeterminadodeformadiferenciadaparaventilaocruzada(Qw)e unilateral (Q). Ventilao cruzada (s vento) O fluxo de ar (Qw) determinado atravs da equao 19. Q A V Cw w z P= 0 6 , . . . (m3/s)(19) Onde, Aw a rea equivalente de aberturas, dada pela equao 20. + =2 2 2) (1) (1 1sada entrada WA A A (20) Casoexistamportasintermedirias(emsrieentreaentradaeasada),deve-se acrescentar a parcela 1/(Aporta)2 na equao 20. Ventilao cruzada (diferena de temperatura) O fluxo de ar (Qb) determinado atravs da equao 21. ) 273 /( . . . 2 . . 6 , 0 t H g t A QW b+ =(21) Desempenho trmico de edificaes 99Onde, H a altura entre a entrada e sada de ar. g ....... t a diferena da temperatura interna pela externa J tpode ser descrito pela equao 22 2) (e it tt+=(22) Ventilao cruzada (vento e diferena de temperatura) Quandohouverventoediferenadetemperatura,ofluxodear(QT)igualaQB quando (equao 23): ou 24. p wb ZCHAAtV. . 26 , 0(24) Ventilao unilateral (s vento) O fluxo de ar (Q) determinado atravs da equao 25. Q A Vz= 0 025 , . . (m3/s)(25) Ventilao unilateral (diferena de temperatura) Ofluxodear(Q)determinadoatravsdaequaes26e27paraduasaberturas distintas no mesmo lado. 273. . .1 ). 1 (. 2 . . 6 , 02++ +=tHg tE EEA Q(26) Onde,A a soma total das aberturas de ventilao entradasadaAAE =(27) J para a mesma abertura no mesmo lado, o fluxo de ar (Q) determinado atravs da equao 28. Desempenho trmico de edificaes 100 273. ..3.. 6 , 0+=tH g t AQ(28) Ventilao unilateral (vento e diferena de temperatura) Deve-se calcular os dois fluxos e usar o maior valor. E) Reduo do fluxo de ar O fluxo de ar pode sofrer redues significativas em funo do tipo de barreira que se interpe a este fluxo. A Tabela 16 apresenta as redues provocadas no fluxo de ar atravs da adoo de telas contra mosquitos. Qm representa o fluxo de ar reduzido. Tabela 16. Reduo do fluxo de ar com a adoo de telas contra mosquitos. Tipo de telaVentilao cruzadaVentilao unilateral AlgodoQm = 0,30.QwQm = 0,30.Q NylonQm = 0,65.QwQm = 0,65.Q F) Nmero de trocas de ar (N) O nmero de trocas de ar por hora para ventilao cruzada determinado pela equao 29. NQV=.3600 (trocas/hora)(29) Onde V o volume do ambiente ventilado (m3). Q o fluxo de ar (m3/s) Q, na equao 29 deve ser substitudo por Qw ou por Qm, respectivamente, no caso de ventilao cruzada ou no caso de se utilizar telas contra mosquitos. 6.2.4Exemplo a)Determinar o nmero de trocas de ar em uma residncia com dimenses de 4,00 x 5,00 m ep-direitode2,50mcomduasjanelasdecorrer(50%deaproveitamentopara ventilao), uma na fachada norte, com 1,20 x 2,00 m e outra na fachada sul com 1,00 x 1,00m,ambascomtelasdenyloncontramosquitos.Oventoincidenormalmente fachada norte com velocidade, a 10 m de altura, de 3,0 m/s. A altura at a cumeeira de 3,5 m. Esta edificao est localizada em um loteamento (ambiente urbano) cuja distncia entre as casas igual a largura de uma casa. Soluo Coeficiente de presso do vento Cpl = 1,2 Desempenho trmico de edificaes 101Cp = 0,3 . 1,2 = 0,36 A)Correo da velocidade do vento Vz = V10 . K . ZA Para ambiente urbano, K = 0,40 e A = 0,25 (tabela 15). Portanto a velocidade do vento na altura da cumeeira ser: V3,5 = 3,0 . 0,40 . 3,50,25 = 1,64 m/s B)rea til de ventilao Aentrada = 0,5 . 1,20 . 2,00 = 1,20 m Asada = 0,5 . 1,00 . 1,00 = 0,50 m C)Fluxo de ar Ventilao cruzada (quando as duas janelas esto abertas) P Z W WC V A Q =.. . 6 , 0rea equivalente: 22 2 246 , 0) 50 , 0 (1) 20 , 1 (1 1mAW= + =Logo, Qw = 0,6 . 0,46 . 1,64 . (0,36)1/2 = 0,272 m/s Ventilao Unilateral (considerando a janela de 1,00 x 1,00m fechada) Q = 0,025 . A . Vz Neste caso, A = 1,20 m Logo, Q = 0,025 . 1,20 . 1,64 = 0,049 m/s

D)Reduo do fluxo de ar devido ao uso de tela contra mosquitos Ventilao cruzadaDa tabela 16 temos que: Qm = 0,65 . 0,272 = 0,177 m/s Ventilao unilateral Da tabela 16 temos que: Qm = 0,65 . 0,049 = 0,032 m/s E)Nmero de trocas de ar VQN3600 .=O volume da edificao 4,00 . 5,00 . 2,5 = 50 m. Portanto, teremos: Ventilao cruzada = =503600 . 177 , 0N12,7 trocas/hora Ventilao unilateral = =503600 . 032 , 0N2,3 trocas/hora Desempenho trmico de edificaes 1027EXEMPLO DO USO DAS DIRETRIZES CONSTRUTIVAS PARA HABITAES UNIFAMILIARES DE INTERESSE SOCIAL NO ZONEAMENTO BIOCLIMTICO BRASILEIRO ANBR15220-3(ABNT,2005)apresentaoZoneamentoBioclimticoBrasileiroeas DiretrizesConstrutivasparaHabitaesUnifamiliaresdeInteresseSocial.OBrasilfoi dividido, segundo a norma, em oitos zonas bioclimticas. Os parmetros e diretrizes para cada uma das zonas so: a)tamanho das aberturas para ventilao (expressas como percentual de rea de piso); b)proteo das aberturas; c)vedaesexternas,paredeexternaecobertura,informandootipodevedao(leveou pesada, refletora ou isolada). d)estratgias de condicionamento trmico passivo. Oobjetivodetaisrecomendaestcnico-construtivasaotimizaododesempenho trmicodasedificaes,atravsdesuamelhoradequaoclimtica(ABNT,2005).As estratgias de condicionamento ambiental recomendadas pela NBR 15220-3 so baseadas na cartabioclimticadeGivoni(1992)enasplanilhasdeMahoney(KOENIGSBERGERetal, 1970).Aclassificaodecadacidadeemumadeterminadazonadependedasestratgias bioclimticasquesodefinidaspreviamente,tendosidoutilizadasasplanilhasdeMahoney paraadefiniodoslimitesdaspropriedadestrmicasdoselementosconstrutivos(Fator Solar, Atraso Trmico e Transmitncia Trmica).Oobjetivodetaisrecomendaestcnico-construtivasotimizarodesempenhotrmico das edificaes, atravs de sua melhor adequao climtica (ABNT, 2005). As estratgias de condicionamentoambientalrecomendadaspelaNBR15220-3sobaseadasnacarta bioclimtica de Givoni (1992) e nas planilhas de Mahoney (KOENIGSBERGER et al, 1970). Aclassificaodecadacidadeemumadeterminadazonadependedasestratgias bioclimticasquesodefinidaspreviamente,tendosidoutilizadasasplanilhasdeMahoney paraadefiniodoslimitesdaspropriedadestrmicasdoselementosconstrutivos(Fator Solar, Atraso Trmico e Transmitncia Trmica).As tabelas includas no Projeto 02:135.07-003 (Anexo C da NBR 15220-3) apresentam os percentuaisdereadepisorelativossaberturasparaventilao,classificando-asem pequenas,mdiasougrandes.Soindicadostambmosvaloresdetransmitnciatrmica, atrasotrmicoefatordecalorsolarparaparedesexternasecoberturas.JnoAnexoD,so apresentadasaspropriedadestrmicasdediversostiposdeparedesecoberturas,podendo-se verificar a adequao desses exemplos comparando-se a transmitncia e o atraso trmico dos mesmos com os limites recomendados pela norma para cada zona bioclimtica (ver Anexo 3).NasTabelas17e18encontram-sealgunsdosexemplosdeparedesecoberturas apresentadosnoAnexo3(AnexosCeDdaNBR15220-3)easrespectivaszonas bioclimticas para as quais tais exemplos so indicados. Convm salientar que o Fator Solar dassuperfciestambmdeveserobservadonaseleodoscomponentesconstrutivospara cadazonabioclimtica.ParaadeterminaodoFatorSolar,assimcomodasdemais propriedadestrmicasdeoutrostiposdeparedesecoberturas,devem-seutilizarosmtodos de clculo descritos no Projeto 02:135.07-002 (NBR 15220-2/ ABNT, 2005), reproduzidos no Anexo 2. Desempenho trmico de edificaes 103 Tabela 17: Exemplos de paredes e coberturas adequados s diferentes zonas bioclimticas brasileiras. Fonte: NBR 15220-3 (ABNT, 2005). Zonas 1 a 3, 5 e 8Paredes leves (Zonas 1 e 2): U 3,00 4,3 Paredes leves refletoras (Zonas 3, 5 e 8): U 3,00 4,3 Parede de tijolos de 6 ou 8 furos quadrados (espessura = 14 cm)Parede de tijolos de 8ou 6 furos circulares (espessura = 15 cm) Parede de tijolos de 4 furos circulares (espessura = 14,5 cm) Parede de tijolos de 3 furos circulares (espessura = 18 cm) Parede de blocos cermicos 2 furos circulares (espessura = 19 cm) Parede de tijolos de 2 furos circulares (espessura = 17,5 cm)Parede de tijolos de 21 furos circulares (espessura = 17 cm) Zonas 4, 6 e 7Paredes pesadas: U 2,20 6,5 Parede dupla de tijolos de 6 furos circulares (espessura = 26 cm) Parede dupla de tijolos de 21 furos circulares (espessura = 30 cm) Parede dupla de tijolos de 6 furos circulares (espessura = 36 cm) Parede dupla de tijolos de 8 furos quadrados (espessura = 44 cm) Parede dupla de tijolos de 8 furos circulares (espessura = 46 cm) Tabela 18: Exemplos de paredes e coberturas adequados s diferentes zonas bioclimticas brasileiras. Fonte: NBR 15220-3 (ABNT, 2005). Zonas 1 a 6: Cobertura leve isolada U 2,00 3,3 Zona 7: Cobertura pesada U 2,00 6,5 Zona 8: Cobertura leve isoladaU 2,30.FT 3,3* Cobertura de telha de barro + forro de madeira ou+ l de vidro (espessuras 2,5 cm e 5 cm) e forro de madeira; Cobertura de telha de barro+ lmina de alumnio polido + forro de madeira Cobertura de telha de fibro-cimento + forro de madeira ou + lmina de alumnio polido e forro de madeira Cobertura de telha de barro com laje de concreto de 20 cm ou 25 cm Cobertura de telha de fibro-cimento com laje de concreto de 20 ou 25 cm Cobertura de telha de barro, lmina de alumnio polido e laje de concreto de 20 ou 25 cm Cobertura de telha de fibro-cimento, lmina de alumnio polido e laje de concreto de 20 ou 25 cm Cobertura de telha de barro ou fibrocimento com forro de concreto (espessura = 3 cm) *Obs.:NaZona8,casohajam aberturasentreofrroea cobertura,ovalordeUdepende daalturadestaabertura(h), sendo que FT = 1,17 1,07. h-1,04 Zonas 1 a 6 Zona 8 Desempenho trmico de edificaes 1047.1EXEMPLO ConsiderequevocestprojetandoumaedificaoparaFlorianpolis/SC,com caractersticas trmicas de paredes e cobertura conforme a Tabela 19. As paredes externas so pintadas com a cor amarela ( = 0,30), e a telha cor de barro ( = 0,75). Tabela 19 Transmitncia Trmica, capacidade trmica e atraso trmico para uma edificao exemplo. Parede / CoberturaDescrioU[W/(m2.K)] CT [kJ/(m2.K)] [horas] Parede de tijolos de 6 furos circulares, assentados na maior dimenso Dimenses do tijolo: 10,0x15,0x20,0 cm Espessura arg. de assentamento: 1,0 cm Espessura arg. de emboo: 2,5 cm Espessura total da parede: 20,0 cm 1,92 202 4,8 Cobertura de telha de barro com forro de madeira Espessura da telha: 1,0 cm Espessura da madeira: 1,0 cm 2,00 32 1,3 A Figura 82 mostra a planta baixa da edificao e o tamanho das aberturas. Considere todasasjanelasdecorrercomduasfolhasdevidro.Obeiralesta2,20macimadopiso interno. 0.8 0.2 10 0.22.1 0.2 3.2 0.2 1.5 0.2 2.8 0.20.83.20.21.20.23.50.20.20.240.23.50.20.80.88.110.4NDormitrio 1A= 11.20m2A= 12.80m2Dormitrio 2SalaA= 24.40m2A= 10.50m2CozinhaA= 4.80m2BWCJ1=1.50x1.00peit.=1.10peit.=1.60J2=1.20x0.50peit.=1.10J3=2.00x1.00peit.=1.10J6=1.20x1.00peit.=1.10J5=1.20x1.00J4=1.20x1.00peit.=1.10J7=2.00x1.00peit.=1.10projeo beiral h=2.20m Figura 82 Planta Baixa edificao exemplo. Desempenho trmico de edificaes 105SegundooAnexoAdoProjetodeNorma02:135.07-003(NBR15220-3/ABNT,2005) (anexo3),acidadedeFlorianpolis/SC(2735LatitudeSul)encontra-senazona bioclimtica3.Asdiretrizesconstrutivasapresentadasparaestazonabioclimticasero analisadas por item para verificar se a edificao ideal a este local especfico. a)Aberturas para ventilao: entre 15% e 25% da rea do piso; Tabela 20. Clculo das aberturas conforme Norma e da edificao exemplo. Ambienterea ambiente (m) rea abertura Norma (m) 15% 5,0 cm, direo do fluxo descendente). Resistncia trmica:0,28900,150,010,210,650,008eReRpinuspinusarcimento fibrocimento fibrot= + + = + + = (m2.K)/W Resistncia trmica total: RT = Rsi + Rt + Rse = 0,17 + 0,2890 + 0,04 = 0,4990 (m2.K)/W Transmitncia trmica: 00 , 24990 , 01R1UT= = = W/(m2.K) Projeto 02:135.07-002:2004 19 b) no inverno (ver 5.3.3):Resistncia trmica total: 0,26670,150,010,20e2.0,10 R 2.R Rpinuspinuspinus si T= + = + = + =(m2.K)/W Transmitncia trmica: 3,750,26671R1UT= = = W/(m2.K) c) capacidade trmica da cobertura:( ) ( ) ( )pinus ar cimento fibro31 ii i i T. c . e . c . e . c . e . c . e C + + = ==_ 18 500 x 34 , 1 x 01 , 0 0 1700 x 84 , 0 x 008 , 0 CT= + + =kJ/(m2.K) d) atraso trmico para o vero: Rt = 0,2890 (m2.K)/W B0 = CT - CText = 18 0,008.0,84.1700 = 6,6 5,10,28906,60,226.RB0,226. Bt01= = =|.|

\| ||.|

\| =10R RRR.c) .0,205. Bext texttext2.( ( )-10,1100,650,0080,28900,650,008.0,2890.0,84) (0,65.17000,205. Bext2=|||.|

\| |.|

\|= B2 desconsiderado, pois resultou em valor negativo. 0,9 5,1 90. 1,382.0,28 B B . 1,382.R2 1 t= = + = horas e) fator de calor solar para o vero: FSo = 4.U.o Utilizando cor externa branca (o = 0,3), tem-se: FSo = 4.2,00.0,3 = 2,4% Com o = 0,5, tem-se: FSo = 4.2,00.0,5 = 4,0% Notas: 1 O atraso trmico e o fator solar so determinados apenas para o vero em virtude de ser a condio predominante no Brasil. 2 A transmitncia trmica determinada tambm para o inverno apenas para efeito didtico. 3 As duas notas anteriores tambm se aplicam ao exemplo seguinte (C.6). C.6 Exemplo 6: Telhado inclinado de chapas de fibro-cimento com forro de pinus, lminas de alumnio polido e cmara de ar ventilada (ver figura C.7) Dados: comprimento do telhado = 7 m abertura de ventilao de 5 cm por 7 m em cada beiral Fibro-cimento:fibro-cimento = 1700 kg/m3 fibro-cimento

= 0,65 W/(m.K) (ver tabela B.3) cfibro-cimento

= 0,84 kJ/(kg.K) (ver tabela B.3) Pinus:pinus= 500 kg/m3

pinus = 0,15 W/(m.K) (ver tabela B.3) cpinus = 1,34 kJ/(kg.K) (ver tabela B.3) Projeto 02:135.07-001/002:2004 20 15.00.8chapa de aluminio polidochapa de aluminio polidotelhaforro200.01.01.025.00.8Telhado real(cm)Equivalente para calculo(cm) Figura C.7 - Telhado inclinado de chapas de fibro-cimento com forro de pinus, lminas de alumnio polido e cmara de ar ventilada Verificao das condies de ventilao da cmara de ar: S = 2 (700 x 5) = 7000 cm2 A = 4 x 7 = 28 m2 250287000AS= =cm2/m2 S/A >> 30 logo, a cmara muito ventilada (ver 5.3.1 - tabela 1). a) no vero (ver 5.3.2): Para a cmara da ar, Rar = 0,61 (m2.K)/W (tabela B.1, superfcie de baixa emissividade, espessura da cmara de ar = 25,0 cm > 5,0 cm, direo do fluxo descendente). Resistncia trmica:0,68900,150,010,610,650,008eReRpinuspinusarcimento fibrocimento fibrot= + + = + + = (m2.K)/W Resistncia trmica total: RT = Rsi + Rt + Rse = 0,17 + 0,6890 + 0,04 = 0,8990 (m2.K)/W Transmitncia trmica: 11 , 18990 , 01R1UT= = = W/(m2.K)b) no inverno (ver 5.3.3):Resistncia trmica total: 0,26670,150,010,20e2.0,10 R 2.R Rpinuspinuspinus si T= + = + = + =(m2.K)/W Transmitncia trmica: 3,750,26671R1UT= = = W/(m2.K) c) capacidade trmica da cobertura: ( ) ( ) ( )pinus ar cimento fibro31 ii i i T. c . e . c . e . c . e . c . e C + + = ==_ 18 500 x 34 , 1 x 01 , 0 0 1700 x 84 , 0 x 008 , 0 CT= + + =kJ/(m2.K) d) atraso trmico para o vero: Rt = 0,6890 (m2.K)/W B0 = CT - CText = 18 0,008.0,84.1700 = 6,6 2,20,68906,60,226.RB0,226. Bt01= = =|.|

\| ||.|

\| =10R RRR.c) .0,205. Bext texttext2.( Projeto 02:135.07-002:2004 21 ( )-15,3100,650,0080,68900,650,008.0,6890.0,84) (0,65.17000,205. Bext2=|||.|

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\|= B2 desconsiderado, pois resultou em valor negativo. 4 , 1 2,2 90. 1,382.0,68 B B . 1,382.R2 1 t= = + = horas e) fator solar para o vero: FSo = 4.U.o Utilizando cor externa branca (o = 0,3), tem-se: FSo = 4.1,11.0,3 = 1,3% Com o = 0,5, tem-se: FSo = 4.1,11.0,5 = 2,2% Com o = 0,8, tem-se: FSo = 4.1,11.0,8 = 3,6% ____________________________ Anexo 3 Projeto 02:135.07-001/3Sede:Rio de Janeiro Av. Treze de Maio, 13 28 andarCEP 20003-900 Caixa Postal 1680 Rio de Janeiro RJ Tel.: PABX (21) 3974-2300 Fax: (21) 2220-8249/2220-6436 Endereo eletrnico: www.abnt.org.brABNT Associao Brasileira deNormas TcnicasCopyright 2004, ABNTAssociao Brasileira de Normas Tcnicas Printed in Brazil/ Impresso no Brasil Todos os direitos reservadosNOV 2004 Projeto 02:135.07-001/3 Origem: Projeto 02:135.07-001/3:2003 ABNT/CB-02- Comit Brasileiro de Construo Civil CE-02:135.07 Comisso de Estudo de Desempenho Trmico de Edificaes Thermal performance in buildings Brazilian Bioclimatic Zones and Building Guidelines for Low-Cost Houses. Descriptors: Thermal performance. Buildings. Palavras-chave:Desempenho trmico. Edificaes23 pginas Sumrio PrefcioIntroduo 1 Objetivos e campo de aplicao 2 Referncias normativas 3 Definies 4 Zoneamento bioclimtico brasileiro 5 Parmetros e condies de contorno 6 Diretrizes construtivas para cada Zona Bioclimtica Brasileira 7 Estratgias de condicionamento trmico ANEXOS ARelao das 330 cidades cujos climas foram classificados BZoneamento Bioclimtico do Brasil CRecomendaes e diretrizes construtivas para adequao da edificao ao clima local DTransmitncia trmica, capacidade trmica e atraso trmico de algumas paredes e coberturasPrefcioA ABNT - Associao Brasileira de Normas Tcnicas - o Frum Nacional de Normalizao. As Normas Brasileiras, cujo contedoderesponsabilidadedosComitsBrasileiros(ABNT/CB)edosOrganismosdeNormalizaoSetorial (ABNT/ONS), so elaboradas por Comisses de Estudo (CE), formadas por representantes dos setores envolvidos, delas fazendo parte: produtores, consumidores e neutros (universidades, laboratrios e outros). Os projetos de Norma Brasileira, elaborados no mbito dos ABNT/CB e ABNT/ONS, circulam para Consulta Pblica entre os associados da ABNT e demais interessados. Esta norma, sob o ttulo geral Desempenho trmico de edificaes, tem previso de conter as seguintes partes: Parte 1: Definies, smbolos e unidades; Parte2:Mtodosdeclculodatransmitnciatrmica,dacapacidadetrmica,doatrasotrmicoedofatorsolarde elementos e componentes de edificaes; Parte 3: Zoneamento bioclimtico brasileiro e diretrizes construtivas para habitaes unifamiliares de interesse social; Parte 4: Medio da resistncia trmica e da condutividade trmica pelo princpio da placa quente protegida; Parte 5: Medio da resistncia trmica e da condutividade trmica pelo mtodo fluximtrico. Desempenho trmico de edificaes Parte 3: Zoneamento bioclimtico brasileiro e diretrizes construtivas para habitaes unifamiliares de interesse social Projeto 02:135.07-001/3:2004 2Esta parte da NBR contm os anexos A e B, de carter normativo, e os anexos C e D, de carter informativo. Introduo A avaliao de desempenho trmico de uma edificao pode ser feita tanto na fase de projeto, quanto aps a construo. Em relao edificao construda, a avaliao pode ser feita atravs de medies in-loco de variveis representativas do desempenho,enquantoquenafasedeprojetoestaavaliaopodeserfeitapormeiodesimulaocomputacionalou atravs da verificao do cumprimento de diretrizes construtivas. EstapartedaNBRapresentarecomendaesquantoaodesempenhotrmicodehabitaesunifamiliaresdeinteresse socialaplicveisnafasedeprojeto.AomesmotempoemqueestabeleceumZoneamentoBioclimticoBrasileiro,so feitas recomendaes dediretrizes construtivas e detalhamento de estratgias de condicionamento trmico passivo, com base em parmetros e condies de contorno fixados. Props-se, ento, a diviso do territrio brasileiro em oito zonas relativamente homogneas quanto ao clima e, para cada uma destas zonas, formulou-se um conjunto de recomendaes tcnico-construtivas que otimizam o desempenho trmico das edificaes, atravs de sua melhor adequao climtica. Adaptou-seumaCartaBioclimticaapartirdasugeridaporGivoni(ComfortClimateAnalysisandBuildingDesign Guidelines. Energy and Building, 18 (1), 11-23, 1992), detalhada no anexo B. EstaNormanotratadosprocedimentosparaavaliaododesempenhotrmicodeedificaes,osquaispodemser elaborados atravs de clculos, de medies in loco ou de simulaes computacionais.1 Objetivos e campo de aplicao 1.1 Esta parte da NBR estabelece um Zoneamento Bioclimtico Brasileiro abrangendo um conjunto de recomendaes e estratgias construtivas destinadas s habitaes unifamiliares de interesse social. 1.2EstapartedaNBRestabelecerecomendaesediretrizesconstrutivas,semcarternormativo,paraadequao climtica de habitaes unifamiliares de interesse social, com at trs pavimentos. 2 Referncias normativas As normas relacionadas a seguir contm disposies que, ao serem citadas neste texto, constituem prescries para esta partedaNBR.Asediesindicadasestavamemvigornomomentodestapublicao.Comotodanormaestsujeitaa reviso,recomenda-sequelesquerealizamacordoscombasenestaqueverifiquemaconveninciadeseusaremas edies mais recentes das mesmas. A ABNT possui a informao das normas em vigor em um dado momento. Projeto 02:135.07-001/1:2003 - Desempenho trmico de edificaes - Parte 1: Definies, smbolos e unidades. Projeto02:135.07-001/2:2003-Desempenhotrmicodeedificaes-Parte2:Mtodosdeclculodatransmitncia trmica, da capacidade trmica, do atraso trmico e do fator solar de elementos e componentes de edificaes. Projeto 02:135.07-001/4:2003 - Desempenho trmico de edificaes - Parte 4: Medio da resistncia trmica e da condutividade trmica pelo princpio da placa quente protegida. Projeto 02:135.07-001/5:2003 - Desempenho trmico de edificaes - Parte 5: Medio da resistncia trmica e da condutividade pelo mtodo fluximtrico. ASHRAE: 1996 - Algorithms for Building Heat Transfer Subroutines.3 Definies ParaosefeitosdestapartedaNBR,aplicam-seasdefinies,smboloseunidadesdosprojetos02:135.07-001/1, 02:135.07-001/2, 02:135.07-001/4 e 02:135.07-001/5. 4 Zoneamento bioclimtico brasileiro O zoneamento bioclimtico brasileiro compreende oito d