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PROJETO DE ARQUITETURA BIOCLIMÁTICA
Modelo de cálculo de desempenho térmico da edificação
Profa. Anna Christina Miana
PROJETO DE ARQUITETURA BIOCLIMÁTICA
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
PROJETO DE ARQUITETURA BIOCLIMÁTICA
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.
PROJETO DE ARQUITETURA BIOCLIMÁTICA
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.
PROJETO DE ARQUITETURA BIOCLIMÁTICA
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
PROJETO DE ARQUITETURA BIOCLIMÁTICA
Desempenho térmico de materiais e componentes construtivos
PROJETO DE ARQUITETURA BIOCLIMÁTICA
Trocas térmicas
• Trocas térmicas sensíveis: envolvem diferença de temperatura
– Condução– Convecção– Radiação
• Trocas térmicas latentes: envolvem mudança de estado físico
– Evaporação– Condensação
PROJETO DE ARQUITETURA BIOCLIMÁTICA
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)
PROJETO DE ARQUITETURA BIOCLIMÁTICA
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)
PROJETO DE ARQUITETURA BIOCLIMÁTICA
Características Termofísicas dos Materiais
PROJETO DE ARQUITETURA BIOCLIMÁTICA
Características Termofísicas dos Materiais
PROJETO DE ARQUITETURA BIOCLIMÁTICA
Características Termofísicas dos Materiais
PROJETO DE ARQUITETURA BIOCLIMÁTICA
Características Termofísicas dos Materiais
PROJETO DE ARQUITETURA BIOCLIMÁTICA
Características Termofísicas dos Materiais
PROJETO DE ARQUITETURA BIOCLIMÁTICA
Características termofísicas dos materiais.
Fonte: CSTB - Régles de Calcule (1958)Gomes, R. José (1962); Puppo E. & Puppo, O. (1979)
Características Termofísicas dos Materiais
PROJETO DE ARQUITETURA BIOCLIMÁTICA
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).
PROJETO DE ARQUITETURA BIOCLIMÁTICA
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)
PROJETO DE ARQUITETURA BIOCLIMÁTICA
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)
PROJETO DE ARQUITETURA BIOCLIMÁTICA
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
PROJETO DE ARQUITETURA BIOCLIMÁTICA
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.
PROJETO DE ARQUITETURA BIOCLIMÁTICA
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)
PROJETO DE ARQUITETURA BIOCLIMÁTICA
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
PROJETO DE ARQUITETURA BIOCLIMÁTICA
K para componentes homogêneos
RT = RSE + RSI + RM
1/K = 1/he + 1/hi + e/λ → K
PROJETO DE ARQUITETURA BIOCLIMÁTICA
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
PROJETO DE ARQUITETURA BIOCLIMÁTICA
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
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Resistência térmica de espaço de ar confinado
PROJETO DE ARQUITETURA BIOCLIMÁTICA
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
PROJETO DE ARQUITETURA BIOCLIMÁTICA
K para componentes heterogêneos em superfície
PROJETO DE ARQUITETURA BIOCLIMÁTICA
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.