Carga_Térmica

Capitulo 5

Clculo de Carga Trmica

Prof. Joo Pimenta

Universidade de Braslia, Faculdade de TecnologiaDepartamento de Engenharia Mecnica

Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigerao

Curso de Graduao em Engenharia Mecnica168050 - Instalaes Termomecnicas II (Ar Condicionado)

Universidade de Braslia, Departmento de Engenharia MecnicaLaAR, Laboratorio de Ar Condicionado e Refrigerao

168050 - Instalaes Termomecnicas II (Ar Condicionado)

Capitulo 5. Clculo de Carga TrmicaProf. Joo Pimenta

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Este material foi desenvolvido pelo Prof. Joo Pimenta,

para aulas na disciplina obrigatria de graduao em

engenharia mecnica Instalaes Termomecnicas I (Ar

condicionado).

Para fazer referncia a este material, por favor utilize o

seguinte :

PIMENTA, Joo. Ar Condicionado: Clculo de Carga Trmica.Julho a Dezembro de 2009. 237 slides. Notas de Aula.Apresentao MS PowerPoint.

Crticas, comentrios, sugestes, etc. para

[email protected]

Universidade de Braslia, Faculdade de Tecnologia

ENM - Departamento de Engenharia Mecnica

Braslia, Setembro-2009




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1. Introduo

2. Mtodos de Clculo de Carga Trmica

3. Noes de Radiao Solar

4. Ganho de Calor por Superfcies Transparentes

Contedo

5. Ganho de Calor por Superfcies Opacas

6. Ganho de Calor Devido a Gerao Interna

7. Ganho de Calor Devido a Ventilao e Infiltrao

8. Exemplo de Clculo




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1Introduo




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Como dimensionar a

capacidade de refrigerao

necessria do sistema de ar

condicionado

1. Introduo




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htt

p:/

/ww

w.m

att

ward

man.c

om

/blo

g/w

p-c

onte

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-man-t

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libaba.c

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/11779623/W

indow

_Air_Conditio

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jpg

6000, 9000, 12000,....

BTU/h

???

1. Introduo




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100, 250, 500, 1000, 2000, ... TR

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com

/im

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r.jp

g

1. Introduo




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1. Introduo

As condies climticas externas e a radiao solar se combinam para

produzir uma carga trmica de resfriamento (ou aquecimento) que

transferida atravs da envoltria/envelope da edificao.

Alm disso, cargas internas, ar de ventilao e infiltraes contribuem

para definir uma carga trmica de resfriamento.htt

p:/

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housin

g/c

ooly

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om

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ola

rgain

s.g

if




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1. Introduo

Das caractersticas de paredes, teto, infiltrao, piso,

decorao, mveis, etc.;

A grandeza dessa carga trmica depende basicamente,

Do potencial resultante da diferena entre condies

internas e externas;

O clculo de carga trmica prov a informao bsica

para a seleo de um sistema de ar condicionado e seus

componentes.




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1. Introduo

A anlise da carga trmica quando do projeto de uma

edificao pode ser til na obteno de uma soluo

construtiva tima que minimize a carga trmica e por

conseguinte o consumo de energia.

ProjetoArquitetnico

Clculo deCarga Trmica

Anlise

Melhoramentos possveis




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1. Introduo

Que tipos de ganhos de calor

devemos distinguir




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1. Introduo

No projeto de uma aplicao de ar condicionado, 3 taxas distintas

de transferncia de calor inter-relacionadas esto em jogo:

Ganho (ou perda) de calor;

Carga trmica de resfriamento (ou aquecimento);

Extrao (ou adio) de calor.

Ganho de

Calor

Carga

Trmica

Extrao

de Calor

Moblia,

Estrutura,

etc.

Radiao Conveco

(com atraso)

Conveco

Swing




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1. Introduo

Ganho de calor:

Ganho de

Calor

Carga

Trmica

Extrao

de Calor

Moblia,

Estrutura,

etc.

Radiao Conveco

(com atraso)

Conveco

Swing

Taxa instantnea segundo a qual o entra ou gerado no

espao. A entrada de calor se d a partir das superfcies

expostas ao meio externo, ocupantes, iluminao, equipamentos e

infiltrao. Esse ganho pode ser tanto sensvel quanto latente.




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1. Introduo

Carga Trmica:

Ganho de

Calor

Carga

Trmica

Extrao

de Calor

Moblia,

Estrutura,

etc.

Radiao Conveco

(com atraso)

Conveco

Swing

Taxa segundo a qual calor deve ser removido do espao para

manter a temperatura do ar constante. A carga trmica total de

resfriamento sensvel geralmente menor que o ganho de calor

instantneo a capacidade do equipamento de AC menor que

a indicada pelo ganho de calor.




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1. Introduo

Taxa de Extrao de Calor:

Ganho de

Calor

Carga

Trmica

Extrao

de Calor

Moblia,

Estrutura,

etc.

Radiao Conveco

(com atraso)

Conveco

Swing

Taxa segundo a qual o calor removido do espao condicionado

iguala a carga trmica apenas se a temperatura do ar

mantida constante. Em conjunto com a operao intermitente do

equipamento o sistema de controle usualmente permite uma

pequena variao cclica (ou swing) na temperatura do ar.




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2Mtodos de Clculo de

Carga Trmica




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A estimativa da carga trmica para um recinto

envolve o clculo do balano de calor na conduo,

conveco e radiao superfcie-por-superfcie para

cada local bem como um balano de calor convectivo

para o ar.

Fundamentos do Balano de Calor (Heat Balance Fundamentals)

Tal procedimento por vezes denominado a soluoexata




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O clculo da carga trmica dessa forma laborioso

e envolve equaes de balano para o ar, paredes e

janelas vizinhas, ar de infiltrao e ventilao e

fontes de energia interna.


Para demonstrar o principio de clculo, vamos

considerar uma sala simples com quatro paredes,

um teto, um piso, com ar de infiltrao e ventilao e

fontes internas normais.




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A equao que governa a troca instantnea de calor

em cada face interna ,


,,,,1

,,,,, iiii

m

ijj

ijijiacii RERLRSAttgtthq

(1)





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,,,,1

,,,,, iiii

m

ijj

ijijiacii RERLRSAttgtthq

iqi superficie da face na tempono conduzidocalor de taxa,

ihci parede da interna face na convectivo ecoeficient

instante noar do interna atemperatur, at

instante no superf. da mdia atemperatur, iti

instante no interna superf. da mdia tempertura, jt j

jig ij interna superf. a e interna superf. a entre radiante transf.defator

mi 6,5,4,3,2,1

iAi superficie da rea

instante no superf. pela absorvida janelas, desolar radiao de taxa, iRS i

instante no superf. pela absorvido lampadas, de rdiao de taxa, iRLi

caso) neste (6 sala da ssuperficie de nmerom

(1)

instante no superf. pela absorv. ocupantes, e equip. de radiao de taxa, iRE i





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As trocas de calor no interior do recinto afetam a conduo de

calor atravs de suas paredes.


M

m

minm

M

m

minmk

M

m

momkin qFtZtYq1

,

1

1,,

1

1,,, (2)

Assim, as seis equaes formadas a partir da Eq. (1) tem de ser

resolvidas simultaneamente com a equao governante da

conduo nas 6 paredes.

Tipicamente tais equaes so formuladas em termos de funes

de transferncia da conduo (conduction transfer functions) na

forma:





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M

m

minm

M

m

minmk

M

m

momkin qFtZtYq1

,

1

1,,

1

1,,, (2)

instante num superficie uma araconduzidopcalor de taxaq

interna superficiein

function) transfer (cooling CTF da ordemk

temporal varivelda ndicem

CTF da nulos no valoresde nmeroMexterno ladoo

tempo

CTF de exteriores valoresxCTF de ais transversvaloresY

calor) de fluxo de (taxa fluxo de histricos escoeficientmF

CTF de interiores valoresZ





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As temperatura internas na Eq. (1) e na Eq. (2) requerem

uma soluo simultnea.


,,,

,,,,,,

1

,,,,

aaa

aVVaoLi

m

i

aiicL

RERLRS

ttCVttCVAtthQ

(3)

,it ,int

Alm disso, necessrio representar um balano de energia para

o ar no recinto, resolvendo simultaneamente a seguinte equao





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ar do densidade

ar do especficocalor C

instante no sala na infiltradoar de ca volumtrivzo, LV

instante no o ventiladear do atemperatur, Vt

instante noar do externa atemperatur, ot

instante no o ventiladear de ca volumtrivazo, VV

instante noar ao convectada janelas, desolar radiao de taxa, iRS

instante noar ao convectada lampadas, de radiao de taxa, iRL

instante noar ao convectada ocupantes, e equip. de radiao de taxa, iRE

,,,

,,,,,,

1

,,,,

aaa

aVVaoLi

m

i

aiicL

RERLRS

ttCVttCVAtthQ

(3)





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Metodologias de Clculo

As seguintes metodologias de clculo podem ser usadas no

clculo da carga trmica:

Mtodo da TFM (da funo de transferncia)TFM Transfer Function Method, TFM

Mtodo TETD/TATETD Total Equivalent Temperature DifferenceTA Time Averaging

Mtodo CLTD/SCL/CLFCLTD Cooling Load Temperature DifferenceSCL Solar Cooling LoadCLF Cooling Load Factor





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Metodologias de Clculo:

Mtodo da Funo de Transferncia

o procedimento de clculo que mais se aproxima do

conceito do balano de calor.

Requer uma aplicao computacional em dois passos:

1) estabelecer o ganho de calor de todas as fontes, e

2) determinar a converso desse ganho de calor em

carga trmica.

Desenvolve-se num clculo hora-a-hora par simular o

uso anual de energia.





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TETD/TAAlternativa mais simples ao balano de calor, usando valores totais

equivalentes diferenciais de temperatura e uma mdia temporal

para calcular cargas trmicas.

Requer uma soluo computacional em dois passos: 1) definio

do ganho de calor e, 2) carga trmica.


A falta de validao cientfica do processo de mdia temporal

nesse mtodo levou a suspenso de um maior desenvolvimento.

A necessidade de alternativa mais simples que o balano de calor,

conduziu ao estudo de coeficientes de sries radiantes temporais

(Radiant Time Series, RTS) para converter o ganho de calor por

radiao em carga trmica de resfriamento (ASHRAE, 1997)




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CLTD/SCL/CLF

Trata-se de uma verso simplificada do TFM,

aplicvel a certos tipos de edifcios.

Faz uso dos seguintes fatores: CLTD (cooling load

temperature differences), SCL (solar cooling load) e

CLF (cooling load factor) para calcular cargas de

resfriamento aproximadas ao TFM.





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CLTD/SCL/CLF

Os valores de CLTD, SCL e CLF incluem o efeito da (1)

defasagem temporal no ganho condutivo atravs de

paredes e (2) defasagem temporal devido a

acumulao trmica na converso do ganho radiante

para a carga trmica.

Tal simplificao permite o clculo manual da carga

trmica com resultados consistentes com o TFM,

tornando este mtodo popular.





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A abordagem dos mtodos descritos pode agora ser apreciada em

relao aos distintos ganhos de calor conforme a figura abaixo.

Ganho de

Calor

Carga

Trmica

Extrao

de Calor

Moblia,

Estrutura,

etc.

Radiao Conveco

(com atraso)

Conveco

Swing

CLTD/SCL/CLF

TETD TA

TFM(Funo detransf. porconduo)

Funo detransf. do

espao de ar





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ABNT/CB-55 Projeto 55.002.03-001/1 (Fev 2008)




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Qual a informao bsica

requerida para iniciar um

clculo de carga trmica





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Informao necessria para o clculo de carga trmica

Para uma estimativa adequada de carga trmica antes

necessrio reunir uma srie de informaes sobre o edifcio. A

adequao de tal estimativa ser to melhor quanto mais

completas e precisas forem as informaes obtidas.

Caractersticas do edifcio

Localizao, orientao, ventos predominantes, sombreamento

de elementos adjacentes, materiais, dimenses, cores e formas

de superfcies externas, construo de paredes, brises,

cortinas, tipos de vidros, vedaes ( afeta infiltrao) etc.

Condies externas de projeto

Temperaturas, umidade, velocidade e direo dos ventos, etc.





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Informao necessria para o clculo de carga trmica

Condies internas de projeto

Variveis de conforto a manter nos ambientes. Taxas de

ventilao. Variaes permissveis e limites.

Agendamento

Programao de uso da iluminao, ocupantes, equipamentos

internos, etc., contribuindo para a carga interna. Perodos de

funcionamento.

Data e Hora

Selecionar a hora, dia e mes do ano para o clculo de carga

trmica. Com frequencia, diferentes dias e horas devem ser

considerados para determinar a carga trmica de pico.





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Que resultados so obtidos do

clculo de carga trmica





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Resultados do clculo de carga trmica

O resultado do clculo de carga trmica baseado nos dados de

entrada descritos a carga trmica total (resfriamento ou

aquecimento) para um recinto, zona ou grupo de zonas.

Tal resultado deve ser preciso o suficiente para permitir uma

seleo adequada do equipamento de ar condicionado.

As cargas trmicas calculadas devem ser separadas em seus

componentes sensvel e latente para cada sala ou espao de tal

forma que espaos com resultados similares sejam agrupados

numa mesma zona.





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Prximoslide




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Resultados do clculo de carga trmica

Exemplo de Resultado





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3Noes sobre o Clculo da Radiao Solar Incidente




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Noes sobre o clculo da radiao solar.

Entre os ganhos de calor externos a radiao solar tem influencia

significativa para a carga trmica, segundo dois componentes:

Radiao solar sobre superfcies transparentes

Radiao solar sobre superfcies opacas

A irradiao solar (It, ) que incide sobre uma superfcie na Terra,segundo um ngulo , pode ser calculada por,

rdDNt IIII cos, (4)

direto componenteDNI

difuso componenteDNI

curtas ondas de refletido componenterI

W/m2




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IDN

I1200 W/m2

Id+Ir

Terra





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Constante solar:

Valor de referncia = 1367 W/m2 (1224 kcal/hm2)

rdDNt IIII cos,

Na superfcie da Terra It, raramente excede 950 W/m2.

Como vemos, para calcular o fluxo de calor total incidindo sobre

uma superfcie na Terra necessrio obter os componentes IDN, ,

Id e Ir.





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Noes sobre o clculo da radiao solar: ngulo de incidncia.

O conhecimento preciso de depende basicamente de:

Posio aparente do sol no cu;

Orientao da superfcie.

A posio aparente do Sol no cu, definida em termos do ngulo

de altitude solar () e do ngulo de azimute solar ().





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Hora do dia;

Latitude (localizao geogrfica), e;

Os valores de e por sua vez variam de acordo com:

Dia do ano.

que, juntamente com a orientao da superfcie, devem ser

computadas para finalmente obter o ngulo de incidncia.





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A influncia do dia do ano deve-se ao movimento de translao da

Terra em torno do Sol que causa a variao do ngulo de

declinao diariamente.

Solstcio de Vero

= 23,47

Solstcio de Inverno

= -23,47

Equincio de Primavera

= 0

Equincio deOutono

= 0





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A variao diria do ngulo de declinao pode ser obtida de,

25,365284360sin45,23 n (5)

onde n o dia do ano (1/Jan n=1; 31/Dez n=365)


25.365

2842sin

18045.23

n

(5b)Em radianos




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A influncia da hora do dia expressa em termos do ngulo

horrio (H) definido como,

(6)H =

Diferena de horas entre o meio dia solar

Diferena de minutos entre o meio dia solar

( ) X 15 /4( )

1 rotao da Terra 24 horas 360 360 / 24 horas 15 /hora

1 rotao da Terra 24 x 60 minutos 360 360 / 24x60 1 / 4 min

No clculo do ngulo horrio (H) deve-se empregar o temo solar

aparente (AST, apparent solar time) dado por,

localMeridiano LongLSTEoTLSTAST min4 (7)





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onde,

localMeridiano LongLSTEoTLSTAST min4 (7)

local padro tempoLST

time)of(equation tempode EquaoEoT

local horrio fuso de zona a afeta que meridiano do longitudeMeridianoLST

observao de local do precisa longitudelocalLong

Valor em minutos que representa o montante segundo o qual o tempo solar (relgio de sol) transcorre mais rpido ou mais devagar que o LST (tabelas 1 e 2)





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A Equao de Tempo (EoT, Equation of time) tem em conta que a

velocidade orbital da Terra varia ao longo do ano, fazendo com

que o tempo solar aparente (tal como seria indicado num relgio

solar) varie ligeiramente com respeito ao tempo mdio obtido de

um relgio funcionando numa taxa constante.

Essa variao pode ser calculada de acordo com Carruthers,

t.t.t.t.t.

t.t.-.Eot

3cos25182cos502412

cos8474304sin47123sin68583

2sin275595sin97610003235

(8)

* DiaAno. .t 9856470134279 onde,





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EoT





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Zonas de Tempo Padro(Fusos Horarios)




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Exemplo:

Determine AST e H em Braslia as 10:00 LST do dia 12/Abril.


localMeridiano LongLSTEoTLSTAST min4Da equao (7), temos,

Dia 12/Abril o dia N=102. Ento, da equao (7), temos,

min3,1EoT

O valor de LSTMeridino para Braslia, da carta de fusos horrios :0

, 45BSBMeridianoLST

A longitude de Braslia fornece,00 48'5547 localLong

Ento...

h 22,103,13:10min3,1300:10

min12min3,100:104845min4min3,100:10

AST

Finalmente, o valor de H ser,

lesteH 00 7,261522,100,12




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Os ngulos que definem a posio aparente do sol no cu podem

ento ser calculados por,

sin.sincos.cos.cossin LATHLat (9)e,

cossin.cossin H (10)





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Exemplo:

Determine a posio aparente do Sol no cu de Braslia s 10:00

LST do dia 12/Abril.

Devemos calcular os ngulos e segundo as Eqs (9) e (10). Para talprecisamos definir Lat, e H (do exemplo anterior H=26,70 Leste)

Dia 12/Abril o dia N=111 ento, da Eq (5) a declinao vale,

00000 3,8sin.16sin7,26cos.3,8cos.16cossin

cossin.cossin H

A latitude de Braslia 15052.

03,8365111284360sin45,23

Assim,




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Uma vez conhecida a posio relativa do Sol no cu, a

determinao do ngulo de incidncia da radiao solar ()

depende apenas do posicionamento da superfcie.

o90 (11)

Para uma superfcie horizontal, temos simplesmente,





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Para uma superfcie vertical porm, necessrio conhecer a

orientao da mesma de acordo com os seguintes ngulos:

(12)

Azimute de superfcie,

Azimute superfcie-sol,

W

S

N

E

cos.cosV





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Deve-se notar que:


Se a superfcie est voltada para o sul, =0 e =

Se a superfcie est voltada para SE, pela manh =-

Se a superfcie est voltada para SE, a tarde =+

Se a superfcie est voltada para SO, pela manh =+

Se a superfcie est voltada para SO, a tarde =-


varia com




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Oeste

Sul

Norte

Leste


Superfcie vertical

voltada para SE, a tarde

=+




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Para uma superfcie inclinada de um ngulo temos,


(12) cos.sinsincos.coscos





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Conhecido o ngulo de incidncia resta determinar os valores da

intensidade da radiao direta (IDN), difusa (Id) e refletida (Ir).

Noes sobre o clculo da radiao solar: Radiao direta (IDN)

A seguir apresentado um grfico da variao de IDN e Id em

funo da poca do ano (hemisfrio norte) e da altitude solar.

Para cu limpo, a irradiao solar direta (IDN), sobre a superfcie da

Terra dada por (Stephenson, 1967)

(12)

sinexp.

BAIDN

A e B constantes da tabela 1 (variao sazonal da distancia

Terra-Sol e o vapor dgua na atmosfera, ao nvel do mar.





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Irra

dia

o [

W/m

2]




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A radiao difusa (Id) por sua vez, pode ser calculada atravs de,

Noes sobre o clculo da radiao solar: Radiao difusa (Id)

(13)SSDNd FICI ..

onde C representa um ndice de limpidez do cu (clearness

number Tabela 1) dado pela razo entre a radiao difusa e aradiao normal direta sobre uma superfcie horizontal e radiao,

(14)SSDNd FICI ..

e FSS um fator angular entre a superfcie e o cu

(15) 2cos1 SSF





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A irradiao refletida (Ir) por fim, pode ser calculada pela seguinte

equao,

Noes sobre o clculo da radiao solar: Radiao refletida (Ir)

(16)sggTHr FII .

onde,

totalhorizontal irradiaoTHI

solo do aderefletividg

2cos1 solo o e superfcie a entreangular fator sgF

Neve fresca =0,87Concreto =0,21 ~ 0,33

funo de





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4Ganho de Calor por

Superfcies Transparentes




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Como calcular o ganho de

calor atravs de superfcies

transparentes

4. Ganhos de Calor por Superfcies Transparentes




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to ti

Que fatores afetam

o ganho de calor

para o ambiente,

atravs de uma

janela

qvidro = ?




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to

ti

qS

qRqT

qRCo qRCi

to

ti

Et




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qRCo qRCi to

ti qS

qR qT

Et




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A radiao solar incidente sobre uma superfcie transparente

parcialmente transmitida (), absorvida () e refletida ().

sendo os valores de , e dependentes do comprimento de

onda e direo da radiao incidente.

(17)1

Radiao direta, difusa e totalpara atmosfera padro commassa de ar = 1,5





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http://www.diydoubleglaze.com.au/theory.shtml




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Variao de , e com o ngulo de incidncia (direo)




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Variao de com o comprimento de onda.




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Num dado instante, um balano de energia por unidade de rea

fornece,

(18) RCiRCoTSRit qqqqqttUE 0


qS

qRqT

qRCo qRCi

to

ti

Et




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Num dado instante, um balano de energia por unidade de rea

fornece,

(18) RCiRCoTSRit qqqqqttUE 0onde,

incidentesolar irradiaotE

interior eexterior ar entrecalor de transf.de global ecoeficientU

respect. interno, e externoar do astemperatur,0 itt

respect. do, transmitie arazenado refletido,calor ,, TSR qqq

respect. conveco, e radiao a devido interno e externocalor de fluxos, RCiRCo qq

Observa-se em geral que qS relativamente reduzido e pode ser

desprezado.





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Por outro lado, a taxa total instantnea de ganho de calor atravs

do vidro pode tambm ser expressa como,

(18)RCiddDDA qEEq

onde,

direta radiaoD

da transmitiporo

difusa radiaod

Calor total admitido atravs do vidro

Radiao transmitida atravs do vidro

Calor transmitido por conveco e radiao

entre a face interna e o ar interior





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Para uma janela de vitragem simples (1 placa de vidro) temos,

(19) ititA ttUENEq 0

onde Ni a frao da radiao absorvida, transferida ao ambiente.





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Para uma vitragem dupla, uma transmissividade mdia definida

por,

(20) 320 1. i





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Combinando as Eqs. (19) e (20) temos,

(21) iiijtA ttUENENEq 000

que reescrita na forma,

(22) itA ttUESHGCq 0.

Taxa instantnea de calor admitido [W/m2]

Solar Heat Gain CoefficientRazo entre ganhos solares e radiao incidente





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O coeficiente de ganho solar SHGC caracterstico de cada tipo

de sistema e varia com o ngulo de incidncia pois e

dependem de .

Para uma vitragem simples,

(23)0hUSHGC

Para uma vitragem dupla,

itA ttUESHGCq 0.

(24) ishUhUhUSHGC 0000


(22)




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http://buildingindustry.org/web/solar-heat-gain-coefficient




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Alm disso, definimos ainda um coeficiente de sombreamento

(Shading Coefficient, SC) definido como,

O ganho de referencia diz respeito a uma placa de vidro com

=0,86 =0,06 e =0,08 com =0, em condies bem definidas.

(23) ref

test

SHGC

SHGCSC

referncia desolar calor de ganho

sistema dosolar calor de ganho

O ganho do sistema medido nas mesmas condies.

Os valores de SC devem ainda considerar a influencia de

dispositivos de sombreamento internos como persianas, cortinas,

etc.

A tabela a seguir fornece valores tpicos para SC.





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Valores tpicos para SC (Stoecker e Jones, 198...).




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Finalmente, um fator de ganho solar direto-difuso combinado

SHGC obtido, calculando-se o ganho instantneo atravs do

vidro por,

iA ttUSHGCSCq 0. (24)

A tabela a seguir apresenta valores mximos de SHGF para vidro

ao sol (Stoecker e Jones, 198...).




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Valores mximos de SHGF para vidro ao sol (Stoecker e Jones,

198...).





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5Ganho de Calor por Superfcies Opacas




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Como calcular o ganho

de calor atravs de uma

parede


http://gmethod.blogspot.com/2007_01_01_archive.html




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5. Ganhos de Calor por Superfcies Opacas

Neste caso, a transmissividade nula (=0) assim, temos,

(25)1

(26) iwtw

w ttUEh

Uq 0

0

Desprezando ento a parcela refletida, com base na Eq.(20),

temos,

ParcelaAbsorvida

ParcelaTransmitida

que pode ser re-escrita como,

(26)

i

tww t

h

EtAUq

0

0

Temperatura ar-sol, Te




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(26)

i

tww t

h

EtAUq

0

0

Temperatura ar-sol, Te

(27) ieww ttAUq

Temperatura ar-sol: Definio

Temperatura do ar exterior que, na ausncia de qualquer cargaradiante, fornece a mesma taxa de transferncia de calor para oambiente que seria resultante da combinao da radiao solarincidente, trocas radiantes com cu/superfcies e trocas convectivas.




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O efeito do armazenamento trmico em uma parede pode ser

significativo, resultando numa estimativa exagerada da carga

trmica se considerarmos simplesmente a diferena de

temperatura (te-ti)

0 244 8 12 16 20

Flu

xo

de

Calo

r W

/m2

Te

mp

era

tura

oC

Temperatura Externa

Parede Estrutural

(Massa Menor)

Parede de Tijolo

(Massa Maior)




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Para ter em conta a inrcia trmica da parede, faz-se uso de uma

diferena de temperatura de carga trmica, CLTD.

(28)CLTDAUq ww ..

Com isso, a Eq. (27) re-escrita como,

Os valores de CLTD so obtidos de tabelas como as mostradas a

seguir, que so vlidas nas seguintes condies gerais:

CtCtCtCt odiaoo

o

o

o

o

i 12 , 29 , 35 , 25 ,max,

Se ti e to diferem desses valores, a CLTD deve ser corrigida

fazendo,

(28b) 2925 oicorr ttCLTDCLTD




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CLTD para telhados planos com e sem forro.




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CLTD para paredes.




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CLTD para paredes.

Algumas anlises

desses valores ...




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CLTD para paredes.

Conforme a massa da parede aumenta CLTD diminui e ocorre mais tarde.




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CLTD para paredes.

Orientao da parede: Parede Oeste tem valores maiores de CLTD que ocorrem mais tarde, que parede Leste.




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0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 5 10 15 20 25Hora solar

CL

TD

N

NE

L

SE

S

SO

O

NO

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 5 10 15 20 25Hora solar

CL

TD

N

NE

L

SE

S

SO

O

NO

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 5 10 15 20 25Hora solar

CL

TD

N

NE

L

SE

S

SO

O

NO

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 5 10 15 20 25Hora solar

CL

TD

N

NE

L

SE

S

SO

O

NO




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0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

Hora solar

CL

TD

Parede G, 15kJ/m2.K

Parede F, 130kJ/m2.K

Parede E, 230kJ/m2.K

Parede D, 350kJ/m2.K

CLTD para paredes orientadas para Oeste.




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http://www.itw.uni-stuttgart.de/ITWHomepage/Literatur/Passys3.jpg

http://www.gem.es/MATERIALES/DOCUMENT/DOCUMEN/G05/d05211/imagenes/psa_fig8.JPG

O Projeto Europeu PASSYS




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Nas equaes anteriores, necessrio conhecer o coeficiente global de

transferncia de calor para a parede Uw.

A transferncia de calor atravs de uma parede envolve parcelas

condutivas, radiantes e convectivas (figura).

qCONV,O

to

ti

qRAD,O

qCONV,O

qRAD,O

qCOND




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qCONV,O

to

ti

qRAD,O

qCONV,O

qRAD,O

to ti

T=to-ti

ti,wto,w

Ro,R

Ro,c

Ri,R

Ri,c

Lei de Ohm

R

Vi

termicaR

Tq

'

RTOTAL




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O valor do coeficiente global Uw ento dado por,

(28)

iTotal

wRR

U

11




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http://www.plymouthfoam.com/building_products/duraspec/multi_purpose_insulation.shtml




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http://manual.knaufdrywall.co.uk/themanual/home.html

Divisrias tipo DryWall




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6Sombreamento

Externo




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Sombreamento Externo

http://wiki.naturalfrequency.com/files/wiki/ChurchHouseSunPath.png




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Um objeto posicionado entre os raios solares e uma superfcie coletora

projetar uma sombra sobre esta ltima.

O sombreamento causa reduo da carga trmica sendo essencial

considerar seu efeito.

http://www.fsec.ucf.edu/en/consumer/buildings/homes/windows/images/ShadeOptions.gif




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http://drama16.info/wordpress/wp-content/uploads/2011/03/instanttiger.jpg




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http://bitsandpieces.us/wp-content/uploads/2009/10/imagesshadow_small.jpg




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http://www.jokeslab.com/mag/local/cache-vignettes/L520xH377/shadows-001-c61b4.jpg




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http://www.gangiteach.com/practice%20tests/celestial01a.jpg




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Sombreamento ExternoEdifico DNIT, Brasilia/DF

http://www.arcoweb.com.br/especiais/fotos/42/sede-dner-1974.jpg




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http://cacom.blogspot.com/2007/05/explorando-bce.html

Sombreamento ExternoBiblioteca Central UnB, Brasilia/DF




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Se o objeto for completamente opaco, nenhuma radiao direta ser

recebida pela superfcie apenas a radiao difusa ou celeste.

Se o objeto for parcialmente opaco (plstico translcido, etc.) uma

parcela da radiao direta incidir sobre a superfcie.

http://www.louvresandsolarshading.co.uk/portfolio/sunbreakers/vertical.jpg

http://www.levolux.com/L_Images/case_studies/bexley1.jpg

http://www.damasiotoldosepaineis.com.br/?link=produtos&cd_produto=1





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Sul

x

d

h

y

w http:/

/ww

w.a

rtseditor.

com

/htm

l/fe

atu

res/0

804_carp

ente

r.shtm

l





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Sul

x

d

h

y

w tan tan dxx

d

d

d

x





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Sul

x

d

h

y

w tany tan d

d

y

y

d





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A fachada abaixo mostrada em corte est voltada para o Sul nalatitude 40 N. Se desejarmos que a janela fique completamente asombra ao meio-dia de 21/Abril e completamente ao sol em 21/Dez,qual deve ser o valor das cotas x e y ?

1,20

y = ?

x = ?

Sombreamento Externo - EXEMPLO




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O ngulo de altitude solar ,

sin.40sin0cos.cos.40cossin

Dezembro2145,23

Abril2190,110

0

Dezembro215,26

Abril215,610

0

Para 21/Dez, temos:

499,0tan x

y

x

y

Para 21/Abril, temos:

84,12,12,1

tan

x

y

x

y

21/Dez

21/Abr

Resolvendo simultaneamente, vem,

m 447,0 e m 895,0 yx





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6Ganho de Calor devido a

Gerao Interna




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Em relao a gerao interna de calor as seguintes 3 parcelas devem

ser consideradas:

Iluminao;

Equipamentos, e;

6. Ganhos de Calor Devido a Gerao Interna

Ocupao.

Informaes necessrias par o clculo podem ser obtidas da Norma

ABNT NBR 6401(1980)*, dos Handbooks ASHRAE ou de outra fonte

credvel de reputao reconhecida.

Os conceitos relativos a quantificao desses elementos de carga

trmica so apresentados a seguir.

* Revisada e substituda pelo Projeto 55.002.03-001/1 (Fev 2008) ABNT/CB-55.




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(29)CRRL FFFPq ...


A carga trmica devido a iluminao, pode ser calculada pela seguinte

equao:

lmpada da nominal potnciaP

usada que existentes lampadas das frao i.e., ,utilizao defator F

tesfluorescen lmpadas para 1,2 reator dofator RF

(tabela) trmicacarga defator CRF

Para equipamentos, a Eq. (29) pode ser usada com FCR=1

Iluminao e Equipamentos




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O fator FCR na Eq.(29) leva em conta efeito transiente da radiao

emitida pela iluminao que armazenada na estrutura. A figura abaixo

ilustra tal efeito.

A tabela a seguir apresenta valores para FCR.




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* Em fase final de reviso, devendo ser substituda pelo Projeto 55.002.03-001/1 (Fev 2008)ABNT/CB-55.

Iluminao e Equipamentos: NBR 6401 (1980)*




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*ABNT/CB-55 Projeto 55.002.03-001/1 (Fev 2008)

Iluminao e Equipamentos: ABNT/CB-55*




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*ABNT/CB-55 Projeto 55.002.03-001/1 (Fev2008)





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*ABNT/CB-55 Projeto 55.002.03-001/1 (Fev2008)





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Iluminao e Equipamentos: ASHRAE Handbook




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Iluminao e Equipamentos: ASHRAE Handbook





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Ocupantes




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Na estimativa da carga trmica devido a ocupantes, as

informaes do captulo sobre conforto trmico, ou a tabelasimplificada abaixo (ASHRAE), podem ser usadas.

Ocupantes




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Ocupantes: NBR 6401 (1980)*

* Em fase final de reviso, devendo ser substituda pelo Projeto 55.002.03-001/1 (Fev 2008)ABNT/CB-55.




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?






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Se o nmero de ocupantes no conhecido, pode-se usar a

tabela abaixo, da NBR6401 que apresenta taxas de ocupao

usuais.

Ocupantes




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Uma parcela do componente sensvel da carga trmica

transmitido por radiao, o que requer a aplicao de um fator de

correo FCR,ocup (similar ao FCR para iluminao).

Ocupantes

(30)ocupCRocupocupss FNqq ,, ..

A estimativa simplificada das cargas sensvel (qs) e latente (ql)

devidas a ocupao ento dada por,

(31)ocupocupll Nqq .,

A tabela a seguir apresenta fatores de correo FCR,ocup.




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Ocupantes




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7Ganho de Calor devido a Ventilao e Infiltrao




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7. Ganhos de Calor de Ventilao e Infiltrao

A penetrao de ar externo no ambiente climatizado representa

uma carga trmica adicional a ser removida.

Tal componente de ar externo pode ser intencional (ventilao de

renovao) ou involuntria (infiltraes).

(32)TcmTcVq ppS .....

Em qualquer caso, as cargas latente e sensvel devido ao ar

externo podem ser obtidas por,

wVwVqL ..3010..2500.20,1 (33)

Carga Sensvel

Carga Latente




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(32)TcmTcVq ppS .....

externoar ao devido sensvel cargaSq

]sm[ externoar de ca volumtrivazo 3V

]mkg[ externoar do densidade 3

]kg.KkJ[ externoar do especficocalor pc

[K] internoar -externoar ra temperatude diferenaT

]skg[ externoar de mssica vazom

Em geral, para condies tpicas assume-se =1,2 kg/m3 e

cp=1,006+1,84.w, com w=0,01 kg/kg. Ento .cp1,23 e a Eq.(32)

re-escrita como,

(34)TVqS ..23,1

Calor Sensvel do Ar Externo




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interno-externoar do absoluta umidade de variaow

Na Eq. (33) o valor 2500 representa o calor latente padro do

vapor dgua a =50% e TBS=24 C, menos o calor latente da guaa 10 C.

Calor Latente do Ar Externo

wVwVqL ..3010..2500.20,1 (33)




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Vazo de Renovao e Infiltrao

As Eqs. (32) e (33) no distinguem no valor de as parcelas

devido ao ar externo de renovao (ventilao) e devido ao ar

infiltrado. Devemos ento considerar,

V

oinfiltrarenovao VVV (35)

A vazo de ar de renovao mais facilmente determinada a partir

de exigncias relativas a diluio de poluentes para manuteno

da qualidade do ar.

A vazo de ar infiltrado por outro lado est sujeita a uma certa

incerteza e requer uma abordagem diferenciada.

A necessidade de ar de renovao ser estudada no prximo

captulo.

Universidade de Braslia, Departmento de

Carga_Térmica

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