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Desempenho Térmico de edificações Aula 10: Eficiência energética em janelas

PROFESSORES

Roberto Lamberts

Deivis Luis Marinoski ECV 5161 UFSC FLORIANÓPOLIS Unidade deportiva Atanasio Girardot - Medellín

Desempenho térmico

estru

tura

Tecnologias disponíveis

Eficiência energética introdução

2 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 10: Eficiência energética em janelas

P & D novos produtos

+ Importância + Histórico + Características

+ Fechamento + Fluxo de calor + Propriedades + Radiação solar + Exemplo

+ Vidros duplos; + Vidros e filmes múltiplos + Vidros tingidos + Vidros e filmes reflexivos + Camadas de baixa emissividade e espectralmente seletivas + Gás de baixa condutividade + Espaçadores termicamente melhorados + Materiais para esquadrias e para vedação

+ Impacto no consumo de energia

+ Novas tecnologias

Janelas no Brasil

Seleção de janelas

Certificação e Selagem

+ NFRC + Considerações principais

+ Normas + Mercado + Brasil x Exterior

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INTR

OD

UÇ

ÃO

+

3 3 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 10: Eficiência energética em janelas

Importância das janelas para a edificação

“Janelas são os olhos da casa”

Controle da entrada de luz e do

fluxo de ar;

Contato visual;

Proporcionam isolamento,

segurança e privacidade;

Atribuem estética e beleza ao projeto;

Influenciam no consumo de energia da edificação;

+ Importância + Histórico + Características

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4

Um breve histórico In

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D – C

ertificação–

Seleção – B

rasil

•As casas primitivas não tinham janelas;

•Um buraco para saída de fumaça pode ser considerado como sendo a primeira forma de janela;

•A saída de fumaça melhorava a qualidade do ar interno;

•Este buraco proporciona entrada de luz, mas também a perda de calor;

•Uma folha de fechamento - transformando a janela em uma espécie de

segunda porta;

Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 10: Eficiência energética em janelas

48


Um breve histórico

•Uma abertura na parede - poderia tanto ser aberta para entrada de ar e

luz, ou fechada para segurança e proteção;

•A primeira janela de vidro transparente foi usada nos tempos romanos;

•No século XVII a produção de chapas de vidro é tem um grande desenvolvimento na França;

•A partir do século XIX muitas inovações foram vistas e

disponibilizadas para o público em geral (vidros maiores, mais resistentes, de maior qualidade);

Intro

du

ção – D

esemp

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ho

– Tecno

logia – EE – P

&D

– Certificação

– Seleção

– Brasil

48


•Edificações usavam essencialmente um tipo de vidro: o

vidro claro de pano único;

•Anos 50 – Inglaterra: técnica de produção

de vidro “float”;

•Nos anos de 1965 à 1990: um grande avanço tecnológico

com o aumento da qualidade das superfícies e melhora da isolação.

Um breve histórico In

trod

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gia – EE – P&

D – C

ertificação–

Seleção – B

rasil

48

7

Pode-se considerar três tipos de fluxo de energia através das janelas como sendo principais:

• Perdas e ganhos de calor (não solar) na

forma de condução, convecção e radiação;

•Ganho de calor solar na forma de

radiação;

•Trocas de ar (ventilação e infiltração).

Características energéticas das janelas

Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 10: Eficiência energética em janelas

Intro

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logia – EE – P

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– Certificação

– Seleção – B

rasil

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DES

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ENH

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ÉRM

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DE

JAN

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S

+

+ Fechamento transparentes + Fluxo de calor em janelas + Propriedades térmicas + Radiação solar + Exemplo

As principais trocas térmicas em uma edificação acontecem geralmente nas janelas, claraboias, ou outro elemento transparente da arquitetura;

Entre as formas trocas térmicas da edificação com o meio externo por condução, por convecção e por radiação, está última se diferencia dos processos observados em superfícies opacas devido à parcela de radiação que é transmitida para o ambiente, descrita pela propriedade transmissividade do vidro.

Fechamentos transparentes

Radiação transmitida, refletida e absorvida pelo vidro. Fonte Lamberts et al, 2014

48

9 9


Do balanço térmico, temos:

Fluxo de calor através da janela

Radiação

transmitidaRadiação

refletida

Radiação

Solar

incidente (RS)

Condução e irradiação

após a absorção

a.RS/2

t.RS

r.RS

a.RS/2

Radiação solar em superfícies transparentes

α × RS + ρ × RS + σ × RS = RS

α + ρ + σ = 1

Onde: é a absortividade do vidro; é a refletividade do vidro; é a transmissividade do vidro.

Intro

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ertificação –

Seleção – B

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Fluxo de calor através da janela

q = U × Text + α × RS × Rse − Tint + α × RS

q = U × Text − Tin) + (U × α × Rse + α × RS

q = U × Text − Tin + FS × RS

O fluxo de calor que atravessa a janela é dado por:

Onde: U é a transmitância térmica; Rse é a resistência superficial externa; RS é a radiação solar incidente; FS é o fator solar.

Intro

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ertificação –

Seleção – B

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Propriedades térmicas do vidro

Comportamento térmico de alguns vidros segundo RIVERO (1986)

Tipo de vidro

Comum 0,85 0,07 0,08

Absorvente claro 0,52 0,41 0,07

Absorvente médio 0,31 0,63 0,06

Absorvente escuro 0,09 0,86 0,05

Refletor médio 0,25 0,42 0,33

Refletor escuro 0,11 0,42 0,47

Intro

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ertificação –

Seleção – B

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Propriedades térmicas do vidro

Fator solar para alguns tipos de superfícies transparentes. Fonte LAMBERTS et al (2014). In

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Tecno

logia – EE – P

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– Certificação

– Seleção

– Brasil

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Fator solar para alguns tipos de proteções solares segundo LAMBERTS et al (2014)

Propriedades térmicas do vidro In

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Tecno

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– Certificação

– Seleção

– Brasil

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14 14


Anexo geral v do RAC


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Tecno

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– Certificação

– Seleção

– Brasil

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Anexo geral v do RAC Propriedades térmicas do vidro

Intro

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Seleção – B

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Anexo geral v do RAC


trod

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Tecno

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– Certificação

– Seleção

– Brasil

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Radiação solar incidente em planos verticais e horizontais para o dia 22 de dezembro na latitude 30° Sul segundo FROTA & SCHIFFER (1995)

Radiação solar

Orientação Radiação solar (W/m2) 6h 7h 8h 9h 10h 11h 12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h

Sul 142 188 143 78 63 68 65 68 63 78 143 188 142

Sudeste 330 563 586 502 345 116 65 68 63 58 50 43 25

Leste 340 633 715 667 517 309 65 68 63 58 50 43 25

Nordeste 165 357 456 475 422 311 146 68 63 58 50 43 25

Norte 25 43 50 58 117 170 179 170 117 58 50 43 25

Noroeste 25 43 50 58 63 68 146 311 422 475 456 357 165

Oeste 25 43 50 58 63 68 65 309 517 667 715 633 340

Sudoeste 25 43 50 58 63 68 65 116 345 502 586 563 330

Horizontal 114 345 588 804 985 1099 1134 1099 985 804 588 345 114

Intro

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ertificação –

Seleção – B

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Determine a densidade de fluxo de calor máximo (considerando latitude 30° sul) para uma janela orientada para oeste, com vidro transparente comum 3 mm (U=5,8 W/m²K), sem proteção, com veneziana, com persiana fechada e com persiana inclinada 45°. Considere a temperatura externa em 33°C e a interna em 27°C

Exemplo

Dados: Orientação = oeste (latitude 30º sul) Pior situação de verão: 22/12, 16 h RS = 715 W/m² FS sem proteção= 0,87 FS com veneziana= 0,09 FS com persiana fechada= 0,54 FS com persiana inclinada 45°= 0,64

q = U × Text − Tin + FS × RS

q = 5,8 × 6 + FS × 715

q = 656,8 W/m²

q = 99,1 W/m²

q = 420,9 W/m²

q = 492,4 W/m²

(sem proteção)

(com veneziana)

(com persiana fechada)

(com persiana inclinada 45°)

Intro

du

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ertificação –

Seleção – B

rasil

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TEC

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LOG

IAS

DIS

PO

NÍV

EIS

+

+ Vidros duplos; + Vidros e filmes múltiplos + Vidros tingidos + Vidros e filmes reflexivos + Camadas de baixa emissividade e espectralmente seletivas + Gás de baixa condutividade + Espaçadores termicamente melhorados + Materiais para esquadrias e para vedação

Características:

•Aumento da resistência térmica

•Pequena redução da transmissão de luz

•Melhor desempenho térmico com espaço

igual a 12mm entre os panos quando preenchidos por ar

Aplicações:

•Construções com necessidades de aquecimento ou resfriamento (uso freqüente do ar-condicionado)

Vidros duplos

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20 20


Características:

•Aumento da resistência térmica (maior

que os vidros duplos)

•Menor condensação durante o inverno

•Visibilidade é reduzida com cada camada adicional

•Redução do Ganho de calor solar

•Problema: aumento da espessura da janela

Aplicações:

•Climas Frios (onde a redução da perda de calor é a prioridade)

•Climas bastante quentes

Vidros e filmes múltiplos In

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– Certificação

– Seleção – B

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21 21 21


Características:

•Absorvedores de calor

•Menor transmissão de luz,

(tradicionais – bronze e cinza)

•Vidros com cores alternativas podem manter a passagem de luz (espectralmente seletivos – azul e verde)

Aplicações:

•Edificações comerciais •Climas quentes (redução do ganho de calor solar quando associados a outras tecnologias)

•Situações onde a redução do brilho do ambiente externo é desejável

Vidros tingidos In

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– Certificação

– Seleção – B

rasil

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22 22 22 22


Características:

•Redução do ganho de calor solar

•Redução da passagem de luz

•Problema: podem produzir efeito exterior de espelho

Aplicações:

•Edificações comerciais

•Climas quentes (redução do ganho de calor solar)

•Situações onde a redução da claridade é

desejável

Vidros e filmes reflexivos In

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– Desem

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gia – EE – P

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– Certificação

– Seleção – B

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23 23 23 23 23


Características:

•Reflexão de radiação em onda longa (redução da perda de calor no inverno)

•Redução da ocorrência de condensação

•Reflexão da radiação solar (redução do ganho de calor no verão)

•Mantêm boa visibilidade

Aplicações:

•Climas frios: camadas de Baixa emissividade

•Climas quentes: camadas de seleção espectral

Camadas de baixa emissividade e espectralmente seletivas

Intro

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– EE – P&

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ertificação – Seleção

– Brasil

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24 24 24 24 24 24


Camadas de baixa emissividade e espectralmente seletivas

Vidro claro

Alta Transmissividade

Espectralmente seletiva

Intro

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– EE – P&

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– Brasil

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25 25 25 25 25 25


Características:

•Aumento da resistência (redução da

perda/ganho de calor por condução)

•Aumento Redução da ocorrência da condensação

•Não afeta a transmissão da luz visível

Aplicações:

•Climas frios onde a redução da perda de

calor seja a prioridade

Gás de baixa condutividade (Argônio, Kriptônio, hexafluoreto de enxofre e dióxido de carbono)

Intro

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– EE – P&

D – C


– Brasil

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26 26 26 26 26 26 26


Características:

•Redução da perda de calor pela por condução

•Mantêm a temperatura mais elevada na borda

dos vidros reduzindo a condensação

Aplicações:

•Climas frios (onde a redução

da perda de calor é a prioridade)

Espaçadores termicamente melhorados In

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– Certificação

– Seleção – B

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27 27 27 27 27 27 27 27


Esquadrias: •Alumínio (thermal break)

•Alumínio com madeira

•Madeira e vinil (PVC)

•Vinil

•Fibra de vidro

Vedações:

•Mais duráveis e com melhor desempenho

Novos materiais para esquadrias e vedação In

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– Certificação

– Seleção – B

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28 28 28 28 28 28 28 28 28


O aumento da eficiência das janelas gera influências a curto e longo prazo:

Custo Prazo:

• Melhoria do conforto;

• Redução do valor da conta de energia.

Longo Prazo (a nível nacional e global):

• Maior oferta de energia;

• Redução do custo da energia;

• Redução da emissão de poluentes e aquecimento global.

EFIC

IÊN

CIA

EN

ERG

ÉTIC

A

+

Impacto no consumo de energia + Impacto no consumo de energia

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29 29 29 29 29 29 29 29 29 29


Desempenho energético anual com diferentes tipos de janelas em 4 climas dos EUA (aquecimento)

1 Btu = 0,293 kWh Estação Fria

Impacto no consumo de energia In

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ertificação –

Seleção – B

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30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30


Desempenho energético anual com diferentes tipos de janelas em 4 climas dos EUA (aquecimento)

Estação quente


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Seleção – B

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31 31 31 31 31 31 31 31 31 31 31 31


Para o EUA:

As janelas geram um custo adicional de energia de U$ 9,3 bilhões.

• Estima-se que se todas as janelas compradas de 1996 à 2010 (15 anos) incorporassem filmes de baixa emissividade, gás de baixa condutividade ou outras tecnologias disponíveis, esta conta poderia

ser reduzida em 25% ou seja mais de U$ 2 bilhões até 2010

(LBNL).

De maneira geral percebe-se:

• Um grande potencial de conservação de energia

• Fonte de suprimento sem grandes investimentos e impactos ambientais


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Seleção – B

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32 32 32 32 32 32 32 32 32 32 32 32 32


•Nos últimos anos tem ocorrido um grande progresso na melhoria da eficiência energética de janelas;

•Na década de 70 o uso de camadas especiais e gás de baixa condutividade ainda eram vistas como algo distante, no entanto hoje são produtos comuns;

•Tempo de pesquisa e desenvolvimento tem sido encurtado e a introdução do novos produtos no

mercado tem sido acelerada;

•É difícil dizer agora quais das muitas pesquisas de produtos que estão sendo realizadas hoje, irão encontrar lugar no mercado futuramente.

P &

D D

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OV

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S

+

Novas tecnologias + Novas tecnologias

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33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33


“SUPERWINDOWS”: Janela com todos os elementos

disponíveis para aumentar o isolamento

Características:

• Alta resistência térmica

• Reduz a perda de calor no inverno e ganhos no verão

• Visibilidade é significativamente diminuída com o adição do maior número de camadas

Aplicações:

• Climas frios (redução da perda de calor)

• Grandes áreas envidraçadas

Novas tecnologias In

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– Brasil

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34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34 34


“COOL WINDOWS”: Janelas que admitem a passagem da luz visível enquanto

rejeitam grande parte do calor solar da porção infra vermelha.

AEROGEL: Material na forma de espuma, a base de sílica ( 4% sílica e

96% ar) com características de isolamento e transparência.

“SMART WINDOWS”: São janelas capazes de mudar dinamicamente suas

propriedades para controle da passagem de luz e fluxo de calor. Utilizam camadas microscopicamente finas que mudam suas propriedades em resposta a luz, calor e sinais elétricos.

Novas tecnologias In

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– Brasil

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NFRC (National Fenestration Rating Council)

• Organização sem fins lucrativos, de parceria pública e privada, criada para a indústria de janelas, portas e aberturas dos EUA.

• Tem por objetivo principal fornecer informações precisas de desempenho

energético de janelas, portas e aberturas.

• Desde de seu início em 1989, o NFRC tem tido sucesso na análise e certificação do desempenho de aberturas residenciais.

Atualmente existem mais de 81 mil produtos cadastrados.

CER

TIFI

CA

ÇÃ

O E

SEL

AG

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+

+ NFRC

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36 36 36 36 36 36 36 36 36 36 36 36 36 36 36 36


Sistema de selagem

O NFRC estabeleceu um sistema nacional voluntário de avaliação e selagem energética de aberturas. Este sistema

avalia as seguintes propriedades:

1. Transmitância térmica;

2. Coef. de ganho de calor solar (SHGC);

3. Transmissão de luz visível;

4. Infiltração de ar.

O NFRC não faz:

• Separação entre boas janelas e más janelas;

• Estabelecer padrões mínimos de desempenho.

NFRC In

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ertificação– Seleção

– Brasil

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Como é realizada a certificação?

O NFRC :

1. desenvolve padrões (normas) para que as avaliações dos produtos

ocorram de maneira uniforme;

2. revê e aprova ferramentas de simulação computacionais e

procedimento de testes para obtenção de avaliações térmicas precisas;

3. mantêm uma listagem de laboratórios qualificados para realizarem testes e simulações a fim de determinar o desempenho térmico dos produtos;

4. fornece os resultados para um agente independente avaliar e rever

a documentação, conduzir inspeções e aprovar a certificação e selagem;

5. licencia fabricantes a utilizarem os selos de certificação em seus

produtos.

NFRC In

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– Brasil

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38 38 38 38 38 38 38 38 38 38 38 38 38 38 38 38 38 38


Programas Computacionais para simulação

•WINDOWS

Programa realiza o cálculo de índices de desempenho térmico em janelas (Transmitância, SGHC, SC,VT). Este programa atende aos padrões da NFRC para realização de avaliação de produtos.

•RESFEN

Realiza o cálculo do consumo e o custo anual de energia para aquecimento e resfriamento devido ao sistema de aberturas. Também calcula a contribuição das janelas para o pico de carga de térmica.

NFRC In

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– Brasil

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39 39 39 39 39 39 39 39 39 39 39 39 39 39 39 39 39 39 39


Programas Computacionais para simulação

•THERM

Programa utilizado para análise bidimensional da transferência de calor em componentes de construção como: janelas, paredes, fundações, portas, tetos, etc.

•OPTICS

Programa para análise da propriedades óticas dos sistemas envidraçados.

NFRC In

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Ce

rtificação e

selage

m

Quando um fabricante decide certificar seus produtos, ele os submete a uma avaliação mais precisa em relação ao desempenho energético. Isso ajuda tanto consumidores, projetistas, construtores bem como o próprio fabricante.

Benefícios:

• Consumidor: economia de energia e dinheiro;

• Projetista: especificação de produtos para minimizar a carga térmica de resfriamento e aquecimento, aproveitamento da luz natural;

• Construtores: proporcionar conforto e eficiência energética.

NFRC In

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41 41 41 41 41 41 41 41 41 41 41 41 41 41 41 41 41 41 41 41


O selo NFRC

• O selo NFRC tem a função de ajudar a determinar qual produto

apresenta melhor desempenho em relação ao aquecimento, resfriamento, isolação ao vento, resistência à condensação, etc.

• Com isso é possível compara os produtos e tomar a melhor decisão na hora

da compra.

Intro

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– Certificação

– Seleção – B

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42 42 42 42 42 42 42 42 42 42 42 42 42 42 42 42 42 42 42 42 42


Marca da NFRC

Nome do fabricante

Nome da agência independente

Descrição do produto

Intro

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– Certificação

– Seleção – B

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43 43 43 43 43 43 43 43 43 43 43 43 43 43 43 43 43 43 43 43 43 43


Transmitância:

(1 Btu/h/ft² °F = 5.678 W/m² °C)

Coef. Ganho de calor solar:

É a medida do calor solar que é transmitida para o interior do ambiente (valor entre 0 e 1)

Transmissão de luz:

É o percentual ou fração do espectro visível, sensível ao olho, que é transmitido pelo vidro (valor entre 0 e 1)

Infiltração de ar:

(1 cfm/ft² = 0,305 m³min/m²)

Valores adicionais de desempenho: Resistência a condensação (valor expresso entre 0 e 100)

Intro

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– Certificação

– Seleção – B

rasil

48

44 44 44 44 44 44 44 44 44 44 44 44 44 44 44


SELE

ÇÃ

O D

E JA

NEL

AS

+

APARÊNCIA

• Tamanho e forma

• Estilo

• Materiais da esquadrias

• Tipos de Vidros

FUNÇÃO

• Iluminação natural

• Controle de luminosidade

• Conforto térmico

• Resistência a condensação

• Ventilação

• Controle sonoro

• Manutenção e durabilidade

PERFORMANCE ENERGÉTICA

• Propriedades energéticas básicas

• Desempenho durante os períodos quentes e frios

• Impactos no o pico de carga

• Potencial de manter a desempenho energético a longo prazo

CUSTO

• Custo inicial da janela e instalação

• Custo de manutenção

• Freqüência de substituição

• Custo inicial do sistema de aquecimento/resfriamento

• Custo anual de energia com aquecimento/resfriamento

?

Considerações principais + Considerações principais

48

45 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45


JAN

ELA

S N

O B

RA

SIL

+

Normas técnicas a serem consideradas em projetos de caixilharia

NBR 10821 - Caixilhos para edificação - Janelas - Especificação NBR 6485 - Caixilhos para edificação - Janela, fachada-cortina e porta externa - Verificação da penetração de ar - Método de Ensaio NBR 6486 - Caixilhos para edificação - Janela, fachada-cortina e porta externa - Verificação da estanqueidade à água - Método de Ensaio NBR 6487 - Caixilhos para edificação - Janela, fachada-cortina e porta externa - Verificação do comportamento quando submetido a cargas uniformemente distribuídas - Método de Ensaio

+ Normas + Mercado + Brasil x Exterior

No Brasil, projetistas, proprietários e construtores tratam com baixa prioridade a eficiência energética das aberturas

Normas

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Jane

las no

Brasil

Lentidão no cumprimento das normas:

•Dificuldade de levar a informação a milhares de pequenos fornecedores e construtores.

•A mentalidade de muitos empresários que não investem em mudanças uma vez que o mercado continua fiel.

Problema: Desconhecimento técnico dos fabricantes:

•O mercado brasileiro é compartilhado por milhares de pequenas empresas espalhadas pelo país

Mercado

Intro

du

ção – D

esemp

en

ho

– Tecno

logia – EE – P

&D

– Certificação

– Seleção –

Brasil

48

47 47 47 47 47 47 47 47 47 47 47 47 47 47 47 47 47 47


•Esquadrias : Aço e madeira tem as linhas mais populares e preços

mais acessíveis.

•O setores PVC e alumínio são os setores mais organizados.

Estima-se:

Mercado

Intro

du

ção – D

esemp

en

ho

– Tecno

logia – EE – P

&D

– Certificação

– Seleção –

Brasil

48

48 48 48 48 48 48 48 48 48 48 48 48 48 48 48 48 48 48


Brasil x Exterior

1.Pesquisa, desenvolvimento, e uso de novas tecnologias estão bastante avançados no exterior, associada à uma preocupação com conservação de energia;

2.No Brasil o processo ainda está iniciando.

•Chegada de novas tecnologias (que precisam ser adaptadas a nossa realidade)

•Desenvolvimentos de Normas e padronizações

•Organização dos setor

•Conscientização

Intro

du

ção – D

esemp

en

ho

– Tecno

logia – EE – P

&D

– Certificação

– Seleção –

Brasil

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Desempenho Térmico de edificações - labeee.ufsc.br · esquadrias e para vedação + Impacto no...

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