Universidade Federal do Rio Grande ÉLIDA AMARAL DA SILVEIRA

Universidade Federal do Rio Grande
ÉLIDA AMARAL DA SILVEIRA E GISLAINE MORAES DA SILVA
A importância de uma análise aprofundada na edificação antes de optar
por um aparelho de climatização
Rio Grande, 06 de Julho de 2011
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS ................................................................................................................. 3
RESUMO .................................................................................................................................. 4
ABSTRACT .............................................................................................................................. 5
INTRODUÇÃO.......................................................................................................................... 6
1. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................................. 7
1.1 Aspectos Arquitetônicos ........................................................................................... 8
1.2 Aspectos Climáticos.................................................................................................. 8
1.3 Aspectos Humanos ................................................................................................... 9
2. CÁLCULO DA CARGA TÉRMICA ...................................................................................... 11
2.1 Estratégias Bioclimáticas ........................................................................................ 16
2.1.1 ZONA DE CONFORTO...................................................................................... 16
2.1.2 VENTILAÇÃO ................................................................................................... 16
2.1.3 RESFRIAMENTO EVAPORATIVO .................................................................... 17
2.1.4 INÉRCIA TÉRMICA PARA RESFRIAMENTO ................................................... 17
2.1.5. RESFRIAMENTO ARTIFICIAL ......................................................................... 18
2.1.6. UMIDIFICAÇÃO ............................................................................................... 18
2.1.7. INÉRCIA TÉRMICA E AQUECIMENTO SOLAR............................................... 19
2.1.8. AQUECIMENTO SOLAR PASSIVO.................................................................. 19
2.1.9. AQUECIMENTO ARTIFICIAL ........................................................................... 20
3. MÉTODOS E RESULTADOS ............................................................................................. 21
CONCLUSÕES....................................................................................................................... 21
REFERÊNCIAS ...................................................................................................................... 22
APÊNDICE ............................................................................................................................. 23
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Atividade física e respectivo metabolismo
Figura 2. As três fases da transmissão de calor nos fechamentos opacos
Figura 3. Variáveis da abertura
Figura 4. Zona de conforto
Figura 5. Ventilação
Figura 6. Resfriamento evaporativo
Figura 7. Massa térmica para resfriamento
Figura 8. Ar condicionado
Figura 9. Umidificação
Figura 10. Massa térmica e aquecimento solar
Figura 11. Aquecimento solar passivo
Figura 12. Aquecimento artificial
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RESUMO
Normalmente tende-se a optar por um aparelho de climatização, quando
se percebe um nível de desconforto térmico um pouco incômodo. Porém, não é
feito uma análise aprofundada dos fatores incidentes na edificação, que podem
ser aproveitados consideravelmente, sem que haja até mesmo a necessidade
de adquirir o aparelho. A ausência desta análise ocasiona muitas vezes em
uma aquisição errônea, resultando em um aumento significante no gasto de
energia elétrica, afetando o desempenho energético da edificação. O decorrido
artigo tem por fim demonstrar detalhadamente o cálculo da carga térmica, que
analisa a quantidade de calor que deve ser retirada ou inserida no ambiente,
abrangendo todos os conceitos envolventes neste cálculo, para um melhor
entendimento de sua importância.
Palavras-chave: carga térmica, análise e climatização.
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ABSTRACT
It is usually tended to opt for a climatization apparel, when it is noticed a
level of thermal desconforto a little uncomfortable. Even so, it is not made a
deepened analysis of the incident factors in the construction, that you/they can
be taken advantage of considerably, without there is even the need of acquiring
the apparel. The absence of this analysis causes many times in an erroneous
acquisition, resulting in a significant increase in the expense of electric energy,
affecting the energy acting of the construction. Elapsed him article has to
demonstrate the calculation of the thermal load finally in full detail, that analyzes
the amount of heat that should be removed or inserted in the atmosphere,
embracing all the concepts envolventes in this calculation, for a better
understanding of its importance.
Keywords: thermal load, analysis and climatization.
INTRODUÇÃO
O homem é um ser homeotérmico, ou seja, a temperatura interna do
organismo tende a permanecer constante independentemente das condições
do clima. Com o uso do oxigênio, o organismo promove as queimas das
calorias existentes nos alimentos (processo conhecido como metabolismo),
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transformando-as em energia. Assim é gerado o calor interno do corpo.
Entretanto, sempre existem trocas térmicas entre o corpo humano e o meio. E
se o balanço de todas estas trocas de calor à que está submetido o corpo for
nulo e a temperatura da pele e suor estiverem dentro de certos limites, pode-se
dizer que o homem sente conforto térmico. No entanto, dependendo da região
em que esta localizada, uma edificação dificilmente consegue proporcionar aos
seus usuários, um nível de conforto térmico adequado sem o uso de sistemas
artificiais de climatização.
Atualmente, os profissionais na área da construção civil, estão cada vez
mais voltados para o quesito sustentabilidade, buscando construir edificações
Com desempenho energético mais eficiente, sem afetar no conforto
térmico. Entretanto, as edificações já existentes necessitam se encaixar neste
quesito também.
Umas das causas que mais influenciam no gasto de energia elétrica em
edificações são os sistemas de climatização. Muitas vezes ao optar por um
aparelho de climatização, é levado em conta apenas o desejo de melhora de
conforto térmico, ficando em segundo plano a necessidade real, deixando de
ser analisados alguns fatores já existentes, como a posição das aberturas
quanto ao sol e aos ventos, se há incidência de vegetação no entorno da
edificação, a atividade que é realizada, os tipos de aparelhos já existentes no
local, o clima da região, dentre outros, que podem ser aproveitados para
melhorar o conforto térmico. Isso implica na escolha errada do aparelho de
climatização e, conseqüentemente, afeta o consumo energético da edificação.
Em 1982, o Comitê Técnico da Organização Mundial da Saúde definiu
a síndrome do edifício doente (SED), onde, foram analisados os níveis de
conforto ambiental de trabalhadores expostos a ambientes fechados, ou seja,
com ventilação e iluminação artificiais. Na qual se concluiu que esses edifícios
tornaram-se dependentes de um amplo consumo de energia para o seu
sistema de ventilação mecânica e iluminação artificial, criando uma demanda
por novas fontes e transferindo aos consumidores o excesso de gasto com
energia. Tentativas de minimizar os custos levam a um aumento na proporção
de ar reciclado e diminuição da troca de filtros e limpeza de ductos de
ventilação, levando a aumento da poluição do ambiente interno e o
aparecimento de microorganismos que passam a se desenvolver em
quantidade no sistema de refrigeração e umidificação, conseqüentemente,
causando danos à saúde dos trabalhadores.
Calcular a carga térmica de um determinado local implica em conhecer
todos os principais fatores ou fontes térmicas incidentes na edificação.
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Resultando na quantidade de calor que deve ser retirada ou inserida ao ar do
ambiente para se poder mantê-lo em condições necessárias de temperatura e
umidade.
1. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Com o passar dos anos, a sociedade começou a cada vez mais poluir o
meio em que vive. Em relação à construção civil não foi diferente. Com o
avante da industrialização, de novas tecnologias e as descobertas em diversos
campos do conhecimento, houve um aumento no consumo de energia, água e
de recursos não renováveis, com o objetivo de obter mais conforto e
demonstrar mais poder aquisitivo.
Atualmente, os indivíduos se voltaram para a sustentabilidade e a
reciclagem de produtos, para assim minimizar a poluição e os resíduos
gerados, não sendo diferente na construção civil. Em relação, ao conforto nas
edificações, houve novos pensamentos e métodos de se obtê-lo sem prejudicar
o meio em que se vive.
Segundo a ASHRAE (American Society of Heating Refrigeration and Air
Conditionning Engineers), conforto térmico é um estado de espírito que reflete
a satisfação com o ambiente térmico que envolva a pessoa. Quando as trocas
de calor entre o corpo e o meio ambiente são prejudicadas causa o estresse
térmico. No estresse térmico, o excesso de calor, umidade, vento, ruído, etc.,
afetam a saúde e o bem-estar das pessoas. O calor em excesso pode, por
exemplo, afetar o desempenho das pessoas, causando inquietação e perda de
concentração. A umidade provoca desconforto, sonolência, aumento de suor. O
ruído em excesso causa a perda do sossego, a concentração, etc. Essas e
outras perturbações que ocorrem, muitas vezes, sem que você perceba,
causam o estresse e depois de certo tempo, provocam doenças mais
complexas, como diabetes, doenças cardiovasculares, respiratórias, etc.
Por isso, o conceito de conforto térmico deve estar presente no projeto
da edificação, onde o profissional responsável por projetar, precisa conhecer
todos os conceitos relativos ao desempenho energético de edificações para
tornar possível e eficiente a multidisciplinaridade do seu projeto. Onde é
necessário levar em conta os aspectos arquitetônicos, climáticos e humanos.
1.1 Aspectos Arquitetônicos
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No aspecto arquitetônico, os materiais de construção têm forte influência
sobre as condições de conforto do ambiente interior. A especificação dos
materiais exige o entendimento de suas propriedades e de sua adequação as
características plásticas do projeto. A forma arquitetônica, também tem grande
influência no conforto ambiental em uma edificação e no seu consumo de
energia, visto que interfere diretamente sobre os fluxos de ar no interior e no
exterior, e na quantidade de luz e calor solar recebidos pelo edifício. Por tanto,
a função arquitetônica interage com a forma e com a eficiência energética de
um edifício. Por tanto, o uso de isolamento térmico ou proteção solar em
paredes, janelas e telhados, o tipo de telha e o tipo de vidro empregado nas
janelas devem ser estudados a fim de se evitar ganhos térmicos excessivos e
obter melhorias nas condições de conforto no interior.
Na questão climática e humana, segundo os arquitetos Ricardo Muratóri
e Ricardo Sabóia, o efeito conjugado da produção de calor metabólico e do
nível de fatores ambientais é que define o grau de conforto ou desconforto
térmico sentido pelas pessoas. Os parâmetros mais importantes do conforto
térmico são de classes individuais e ambientais.
1.2 Aspectos climáticos
O clima é a condição média das condições atmosféricas de uma
determinada região em um longo período de tempo. Os elementos que
influenciam variações climáticas são: proximidade da água, altitude, barreiras
de montanhas e correntes oceânicas. Com relação ao clima deve-se analisar e
buscar aproveitar a radiação solar, temperatura, ventos e umidade, no intuito
de obter o conforto térmico.
A radiação solar é a principal fonte de energia do planeta. Tanto como
forma de calor quanto como fonte de luz, o Sol é um elemento de extrema
importância no estudo da eficiência energética na arquitetura. A radiação solar
pode ser dividida em direta ou difusa, pois após sua penetração na atmosfera,
a radiação começa a sofrer interferências no seu trajeto em direção à superfície
terrestre. A parcela que atinge diretamente a Terra é chamada de radiação
direta e sua intensidade depende da altitude solar e do ângulo de incidência
dos raios solares em relação à superfície receptora, e dependem de três
fatores, a lei do cosseno, a dissipação atmosférica e a duração da luz do dia. A
parcela difusa é quando uma parte da radiação global incidente na atmosfera
sofre um espalhamento, tendo sua direção alterada. Os dados relativos à
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intensidade da radiação solar incidente sobre as superfícies podem ser
calculadas por meio de formulas, sendo função da latitude, da data, da altitude,
da nebulosidade, da poluição do ar e também do plano de incidência. Esses
dados podem ser apresentados sob a forma de tabelas e de gráficos.
A ventilação proporciona a renovação do ar do ambiente, sendo de
grande importância para a higiene em geral e para o conforto térmico de verão
em regiões de clima temperado e de clima quente e úmido. A renovação do ar
dos ambientes proporciona a dissipação de calor e a desconcentração de
vapores, fumaça, poeiras, poluentes. A ventilação pode ser feita de forma
natural ou por meios mecânicos.
Um melhor aproveitamento do clima pode ser obtido pelo planejamento
apropriado de detalhes da edificação. O paisagismo, a orientação e a escolha
da tipologia arquitetônica são fundamentais na adequação do edifício ao clima.
A localização adequada das aberturas, por exemplo, pode melhorar a
ventilação cruzada de um ambiente e o ganho de calor solar no inverno. Os
dispositivos de sombreamento devem ser usados de maneira a evitar a
penetração de radiação solar durante o verão, e permitir a entrada de radiação,
aquecendo passivamente o ambiente, nos períodos frios.
1.3 Aspectos humanos
O organismo do ser humano possui por si próprio, um mecanismo
chamado de termo-regulação, que é a manutenção da temperatura interna do
organismo relativamente constante, em ambientes cujas condições termohigrométricas são as mais variadas possíveis. Isso se faz por intermédio de seu
aparelho termo-regulador, que comanda a redução ou o aumento das perdas
de calor através de alguns mecanismos de controle. A termo-regulação pode
ser dividida em respostas comportamentais (voluntárias) e fisiológicas
(involuntárias) aos estímulos externos, como o movimento, a postura, a
ingestão e a construção de abrigos entre outros. As reações fisiológicas ao
estresse térmico incluem mudanças no metabolismo, dilatação e contração de
vasos sanguíneos, aumento ou diminuição da pulsação cardíaca, suor, entre
outros.
A pele é o principal órgão termo-regulador do organismo humano, e é
através dela que se realizam as trocas de calor. A temperatura da pele é
regulada pelo fluxo sanguíneo que a percorre. Ao sentir desconforto térmico o
primeiro mecanismo fisiológico a ser ativado é a regulagem vasomotora do
fluxo sanguíneo da camada periférica do corpo, a camada subcutânea através
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da vasodilatação ou vasoconstrição, reduz ou aumenta a resistência térmica
dessa camada subcutânea. Outro mecanismo de termo-regulação da pele é a
transpiração ativa, que tem inicio quando as perdas por convecção e radiação,
somadas às perdas por perspiração insensível, são inferiores às perdas
necessárias a termo-regulação. A transpiração ativa se faz por meio das
glândulas sudoríparas. Os limites da transpiração são as perdas de sais
minerais e a fadiga destas glândulas sudoríparas.
Portanto, no aspecto humano, devem ser analisadas as atividades que
serão realizadas no ambiente, pois quanto maior for à atividade física, tanto
maior será o calor gerado por metabolismo. Na figura abaixo são
representados os valores de metabolismo para algumas atividades físicas
segundo a norma ISO 7730.
Figura 1. Atividade física e respectivo metabolismo
Em conseqüência da atividade física, é necessário também analisar a
vestimenta, que se relaciona a uma resistência térmica interposta entre o corpo
e o meio ambiente e, também, à permeabilidade ao vapor d'água. A quantidade
de calor trocada depende da diferença entre a temperatura superficial e o meio,
esta diminui à medida que aumenta a resistência térmica. Portanto, quanto
mais espessas, menos condutivas e menos permeáveis forem às roupas, maior
dificuldade terá o organismo para trocar calor com o meio ambiente. Já que a
vestimenta reduz a perda de calor. A mesma pode ser classificada de acordo
com o seu valor de isolação, e a unidade usada é o Clo (clothing).
Ainda dentro do aspecto humano, temos o conforto visual, que é o
principal determinante da necessidade de iluminação de um edifício, e é
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entendido como a existência de um conjunto de condições, num determinado
ambiente, no qual o ser humano pode desenvolver suas tarefas visuais com o
máximo de acuidade e precisão visual, com o menor esforço, com o menor
risco de prejuízo à vista e com reduzidos riscos de acidentes. Portanto, se um
ambiente tem iluminância suficiente e bem distribuída, ausência de
ofuscamento, contrastes adequados e bom padrão e direção de sombras,
pode-se dizer que um indivíduo tem os requisitos necessários para a
ocorrência tranqüila do processo visual.
2. CÁLCULO DA CARGA TÉRMICA
Após o conhecimento dos três aspectos, o arquitetônico, o climático e o
humano, é possível fazer um levantamento de todos os dados necessários
para se calcular a carga térmica de um determinado ambiente, resultando no
conhecimento da quantidade de calor total que deve ser extraída ou fornecida
ao ar desse ambiente para se poder mantê-lo em condições desejáveis de
temperatura e umidade.
Para começar a construção dos cálculos, é necessário um entendimento
dos conceitos de transmissão de calor e comportamento térmico dos
fechamentos.
Em um fechamento opaco, a transmissão de calor acontece quando há
uma diferença de temperatura entre as suas superfícies superior e interior. O
sentido do fluxo de calor será sempre da superfície mais quente para a mais
fria.
Figura 2. As três fases da transmissão de calor nos fechamentos opacos
Essa transmissão acontece primeiramente pela troca de calor com o
meio exterior, onde a principal determinante é a sua cor superficial. Após essa
troca, ocorre a condução pelo fechamento, na qual ocorrerá uma troca de calor
por condução e a intensidade do fluxo pelo material dependerá da
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condutividade térmica, propriedade que depende da densidade do material e
representa sua capacidade de conduzir maior ou menor quantidade de calor
por unidade de tempo. Outro ponto importante a ser analisado é a espessura
do fechamento, pois através da espessura se calcula o valor de sua resistência
térmica. Podem-se reduzir consideravelmente as trocas de calor em um
fechamento opaco empregando materiais com condutividades mais baixas ou
até construindo fechamentos com múltiplas camadas, podendo uma das quais
ser uma camada de ar. Por último, ocorre a troca de calor com o meio interior,
na qual as trocas voltam a ser por convecção e por radiação. Nesse último
processo, consegue-se obter o valor da transmitância térmica do fechamento,
que é o ponto mais importante, pois através deste valor pode-se avaliar o
comportamento de um fechamento opaco frente à transmissão de calor.
Ressaltando que todos estes dados e os demais, são obtidos por tabelas
padronizadas.
Após estes três processos, o fluxo de calor por um fechamento opaco,
no inverno, pode ser equacionado por:
q = U (te – ti)
Onde:
q= fluxo total de calor (W/m²)
U= transmitância térmica (W/m² K)
te= temperatura exterior
ti= temperatura interior
E o verão, pode ser equacionado por:
qfo = U (α I Rse + te – ti)
Onde:
α = absortividade da superfície externa do fechamento
I = radiação solar (W/m²)
Rse = resistência superficial externa
Usando estas fórmulas, se obtém o fluxo de calor que passa pelo
fechamento a cada m², portanto, é necessário multiplicar estes resultados pela
área total do ambiente.
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Em um fechamento transparente, os três tipos básicos de trocas
térmicas: convecção, condução e radiação. Com relação às duas primeiras, o
comportamento é semelhante ao dos fechamentos opacos, acrescentando aos
transparentes a possibilidade do controle das trocas de ar entre interior e
exterior, basicamente ao abri-los ou fechá-los. . A radiação é que se torna o
principal fator devido à sua parcela diretamente transmitida para o interior
(inexistente nos fechamentos opacos), que depende da transmissividade do
vidro. No projeto arquitetônico, as principais variáveis que podem alterar o
aporte de calor pela abertura são: a orientação e o tamanho da abertura, o tipo
de vidro e o uso de proteções solares internas e externas.
Figura 3. Variáveis da abertura
A orientação e o tamanho da abertura ira determinar sua exposição ao
sol. Quanto maior a abertura, maior a quantidade de calor que pode entrar ou
sair do ambiente.
O tipo de vidro controla a radiação solar, admitindo ou bloqueando a luz
natural, o calor solar, as perdas de calor do interior e permite o contato visual
entre o interior e o exterior. Os vidros têm alta transmitância térmica, sendo
bons condutores de calor e são os únicos materiais da construção civil, com
capacidade de controlar a forma racional da radiação solar. A radiação solar
incidente em um fechamento transparente pode ser absorvida, refletida ou
transmitida para o interior, dependendo da absortividade, refletividade e
transmissividade do vidro. Podem-se classificar os tipos de vidros em simples,
verde, películas e absorventes, reflexivos e plásticos. O vidro simples é
altamente transparente, tem boa visibilidade, porem alta transmissividade da
radiação solar para o interior, são poucos reflexivos e causa o efeito estufa. O
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vidro verde ou absorvente é levemente pigmentado para diminuir a transmissão
da onda curta com somente um pequeno aumento na absorção da parte
visível. As películas e vidros absorventes diminuem a transmissão da onda
curta. Isto é feito com o aumento da absorção nesse comprimento de onda que
diminui bastante a transmissividade visível (visibilidade), gerando gastos de
energia elétrica com o uso de iluminação artificial. As películas e vidros
reflexivos, que são compostos por uma camada metálica em um substrato
transparente, produzindo uma aparência de espelho. Nesse tipo de película ou
vidro, há a redução do ingresso de calor ao interior e reduz as perdas de calor
para o exterior, e também possui a redução na sua capacidade de transmitir a
radiação visível. Os plásticos, como o policarbonato e o acrílico, são altamente
transparentes, reduzindo o efeito estufa e aumentando as perdas de calor para
o exterior.
O uso de proteções solares em uma abertura é um recurso importante
para reduzir os ganhos térmicos. As proteções solares internas são
basicamente as cortinas e as persianas, sendo flexíveis na sua operação de
abrir ou fechar. Porém, as proteções internas não evitam o efeito estufa, pois o
calor solar que as atinge se transforma em radiação de onda longa,
permanecendo na sua maior parte no ambiente interior. A opção por uma
proteção externa pode ser mais adequada se houver um dimensionamento que
garanta a redução da incidência da radiação solar, quando necessária, sem
interferir na luz natural. A proteção tipo light shelf tem esse objetivo. A proteção
externa bloqueia a radiação direta antes de esta penetrar no vidro, evitando o
efeito estufa.
Para saber a quantidade de calor que penetra em um ambiente através
de uma janela ou sistema de abertura, é importante conhecer o conceito de
fator solar, que pode ser entendido como a razão entre a quantidade de
energia solar que atravessa a janela pelo que nela incide. Este valor é
característico para cada tipo de abertura e varia com o ângulo de incidência da
radiação solar.
Com base nestas análises, pode-se equacionar o fluxo térmico que
atravessa a abertura por condução, assim:
qa = U (te – ti)
E o ganho solar pelo vidro:
qs = Fs x I
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Multiplicando os resultados obtidos através do uso destas fórmulas pela
área total do ambiente. E após, somando-se os dois valores tem-se o ganho
total de calor pela abertura.
Após calcular a transmissão de calor pelos fechamentos, analisa-se a
quantidade de pessoas vão usar o local. Segundo a ISO 7730, uma pessoa em
atividade leve, normalmente exercida em ambientes de escritório, por exemplo,
produz aproximadamente 150 W de calor. Para se obter o ganho de calor por
ocupantes, multiplica-se o calor gerado individualmente pelo numero de
ocupante.
Agora, parte-se para a análise do ganho de calor por iluminação artificial
e por equipamentos existentes no local. Nesta fase analisa-se o tipo e a
quantidade de lâmpadas existente no local. Mas deve-se considerar além do
calor dissipado pelas lâmpadas, o calor perdido pelos reatores. Conforme o tipo
e a potência das lâmpadas serão os reatores. Então se somam o calor perdido
pelos reatores com o calor dissipado pelas lâmpadas. E quanto aos
equipamentos, depende do tipo e da quantidade.
Agora, parte-se para o ganho de calor por infiltração de ar, normalmente
adota-se um número de trocas de ar para o ambiente, que depende da
estanquiedade das aberturas ao ar. É importante compreender que esta
infiltração acontecerá pelas frestas e se traduzirá em dois tipos distintos de
ganhos de calor para efeitos de cálculos de carga térmica: calor sensível e
calor latente. O calor sensível esta relacionado basicamente à diferença de
temperatura entre interior e exterior, ou seja, é a quantidade calor recebida ou
cedida por um corpo ao sofrer uma variação de temperatura e, o calor latente,
incorpora o conceito de troca de estado da água contida no ar do ambiente.
Portanto, ele é um pouco mais difícil de calcular, pois ele indica a quantidade
de energia que deverá ser gasta para alterar a temperatura e a umidade do ar
que infiltra no ambiente a partir do exterior de forma a deixá-lo em condições
iguais ao ar interior. Este cálculo exige conhecimentos mais aprofundados da
carta psicométrica. A seguir, estão descritos todas as zonas da carta
psicométrica.
2.1 Estratégias Bioclimáticas
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Estas estratégias, se usadas corretamente, durante a concepção do
projeto da edificação, pode proporcionar melhores condições de conforto
térmico e redução no consumo de energia.
2.1.1 Zona de conforto
Para as condições climáticas desta região, existe uma grande
probalidade das pessoas perceberem a sensação de conforto térmico.
Percebe-se que o organismo humano pode estar em conforto mesmo em
diversos limites de umidade relativa (entre 20% e 80%) e de temperatura (entre
18°C e 29°C), em países em desenvolvimento, segundo Givoni.
Figura 4. Zona de Conforto
2.1.2 Ventilação
A ventilação corresponde a uma estratégia de resfriamento natural do
ambiente construído através da substituição do ar interno: (mais quente) pelo
externo (mais frio). As soluções arquitetônicas comumente utilizadas são a
ventilação cruzada, a ventilação da cobertura e a ventilação do piso sob a
edificação.
Figura 5. Ventilação
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2.1.3 Resfriamento evaporativo
O resfriamento evaporativo é uma estratégia utilizada para aumentar a
umidade relativa do ar e diminuir a sua temperatura. O resfriamento
evaporativo pode ser obtido de forma direta ou indireta. O uso de vegetação,
de fontes d'água ou de outros recursos que resultem na evaporação da água
diretamente no ambiente que se deseja resfriar constitui-se em formas diretas
de resfriamento evaporativo. Uma forma indireta pode ser obtida através de
tanques d'água sombreados executados sobre a laje de cobertura.
Figura 6. Resfriamento evaporativo
2.1.4 Inércia térmica para resfriamento
A utilização de componentes construtivos com inércia térmica superior
faz com que a amplitude da temperatura interior diminua em relação a exterior,
ou seja, os picos de temperatura não serão percebidos internamente.
Componentes construtivos com elevada capacidade térmica são indicados para
clima quente e seco onde a temperatura atinge valores muito altos durante o
dia e extremamente baixos durante a noite. Nestes casos, a capacidade
térmica do componente permite o atraso da onda de calor fazendo com que
este calor incida no ambiente interno apenas no período da noite, quando
existe a necessidade de aquecimento.
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Figura 7. Massa térmica para resfriamento
2.1.5 Resfriamento artificial
O resfriamento artificial deve ser utilizado quando as estratégias de
ventilação, resfriamento evaporativo e massa térmica não proporcionam as
condições de conforto desejadas.
Figura 8. Ar condicionado
2.1.6 Umidificação
A estratégia de umidificação é recomendada quando a temperatura do ar
apresentar-se menor que 27°C e a umidade relativa abaixo de 20% (EVANS &
SCHILLER,1988). Recursos simples, como recipientes com água colocados no
ambiente interno podem aumentar a umidade relativa do ar. Da mesma forma,
aberturas herméticas podem manter esta umidade, além do vapor d'água
gerado por atividades domésticas ou produzido por plantas.
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Figura 9. Umidificação
2.1.7 Inércia térmica e aquecimento solar
Adotam-se componentes construtivos com maior inércia térmica, além
de aquecimento solar passivo e isolamento térmico, para evitar perdas de
calor, pois esta zona situa-se entre temperaturas de 14 a 20°C.
Figura 10. Massa térmica e aquecimento solar
2.1.8 Aquecimento solar passivo
Esta zona deve ser adotada para os casos com baixa temperatura do ar.
Recomenda-se que a edificação tenha superfícies envidraçadas orientadas
para o sol e aberturas reduzidas nas fachadas que não recebem insolação para
evitar perdas de calor. Esta estratégia pode ser conseguida através de
orientação adequada da edificação e de cores que maximizem os ganhos de
calor, através das aberturas zenitais, de coletores de calor colocados no
telhado e de isolamento para reduzir as perdas térmicas.
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Figura 11. Aquecimento solar passivo
2.1.9 Aquecimento artificial
Este tipo de estratégia deve ser utilizado apenas em locais
extremamente frios, com temperaturas inferiores a 10,5°C, em que a estratégia
de aquecimento solar passivo não seja suficiente para produzir sensação de
conforto. Deve-se usar isolamento nas paredes e coberturas dos ambientes
aquecidos para evitar perdas de calor para o ambiente externo.
Figura 12. Aquecimento artificial
Através da análise da carta psicométrica, obtém-se a diferença entálpica
entre o ar interno e o externo e multiplica-se pelo volume de ar trocado no
ambiente a cada segundo e pela densidade do ar. Dessa fórmula, obtém-se o
calor latente.
Após todos estes cálculos, somando a condução pelo fechamento
opaco, a condução pela abertura, o ganho solar pelo vidro, o ganho solar por
ocupantes, o ganho de calor por iluminação artificial, o ganho de calor por
equipamentos e o ganho de calor por infiltração de ar (calor latente e sensível),
obtém-se a carga térmica para o ambiente.
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Deve-se dizer que, embora este seja o valor de pico, é o que se utiliza
para dimensionamento de aparelhos de climatização. É importante ressaltar
que o procedimento aqui descrito é extremamente simplificado, serve apenas
para um melhor entendimento do funcionamento do cálculo da carga térmica
em edificações. Para avaliações mais precisas deve-se utilizar um programa
mais sofisticado como, por exemplo, o DOE 2.1E, BLAST ou o Energy Plus.
3. MÉTODOS E RESULTADOS
Juntamente, com a revisão bibliográfica, para uma melhor compreensão
deste cálculo, foi criado um programa, cujo script segue no apêndice A, no
MATLAB 6.5, que faz este cálculo simplificadamente. Onde através das
informações solicitadas ao usuário, na qual algumas são solicitadas com a
escolha em determinadas tabelas, de acordo com o material, localização,
dentre outros, e outras informadas pelo usuário, o programa calcula a carga
térmica de um ambiente de acordo com todas as formulas citadas
anteriormente.
CONCLUSÕES
Este trabalho permitiu constatar que muitos dos problemas de saúde dos
moradores de uma edificação são ocasionados pelo desconforto térmico
proporcionado.
Por isso, o conceito de conforto térmico deve estar sempre presente no
projeto, onde o profissional responsável, ao projetar necessita conhecer todos
os fatores ou fontes térmicas que incidem numa edificação, além dos aspectos
arquitetônicos, climáticos e humanos que envolvem o edifício em questão.
Com o cálculo da carga térmica, que leva em consideração, a condução
pelo fechamento opaco e pela abertura, o ganho solar pelo vidro, o ganho de
calor pelos ocupantes, pela iluminação artificial, pelos equipamentos e pela
infiltração de ar, o calor sensível e o latente, pode-se com o resultado obtido,
determinar a quantidade de calor que se deve extrair ou fornecer ao ambiente
proporcionando assim o devido conforto térmico aos seus usuários e
consequentemente a redução do consumo de energia elétrica da edificação.
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
LAMBERTS, Roberto; DUTRA, Luciano; RUTTKAY, Fernando Oscar. Eficiência
energética na arquitetura. São Paulo: PW, 1997. 192p.
LAMBERTS, Roberto; CARLO, Joyce. C. Desempenho térmico de edificações.
2005. 42f. Trabalho de Pós-graduação. Disciplina: ECV 5161. Departamento
de Engenharia Civil. UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA,
Florianópolis, 2005.
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APÊNDICE
APÊNDICE A – SCRIPT DO PROGRAMA DO MATLAB 6.5 QUE FAZ O CÁLCULO DA CARGA
TÉRMICA.
format short g;
clear;
clc;
disp('CALCULO DA CARGA TERMICA');
pause;
% Calculo do fluxo termico do fechamento opaco
% Calor penetrando no ambiente para cada metro quadrado
disp('CONDUCAO PELO FECHAMENTO OPACO');
pause;
tabela=[2.39;2.08;2.49;2.59;4.04;3.57;2.45;5.79];
opcao=menu('A parede e composta por:','tijolo 6 furos 12,5 cm','tijolo 6 furos 17 cm','tijolo 8
furos rebocado 12,5 cm','tijolo 4 furos rebocado 12,5 cm','tijolo macico aparente 9 cm','tijolo
macico rebocado 12 cm','tijolo macico rebocado 26 cm','vidro comum 3mm');
u=tabela(opcao)
tabela1=[0.8;0.6;0.3];
opcao1=menu('A parte externa da parede e de cor:','escuras','medias','claras');
alfa=tabela1(opcao1)
disp('Calcula-se a radiacao solar no horario mais critico de acordo com a latitude e a
localizacao');
tabela2=[143;50;50;50;50;456;715;586];
opcao2=menu('O
edificio
fica
localizado:','Sul','Sudeste','Leste','Nordeste','Norte','Noroeste','Oeste','Sudoeste');
i=tabela2(opcao2);
rse=0.04;
te=input('Digite o valor da temperatura externa:');
ti=input('Digite o valor da temperatura interna:');
tabela3=[1;2];
opcao3=menu('Escolha a estaçao','inverno','verao');
if opcao3==1
qfo=(u*(te-ti));
else
qfo=(u*(alfa*i*rse+(te-ti)));
end
disp(qfo);
disp(['O calor penetrando no fechamento por m² eh:' num2str(qfo) 'w']);
pause;
% Calor penetrando na area total do fechamento
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altura(1,1)=input('Digite a altura do fechamento:');
altura(1,2)=input('Digite a altura da abertura:');
comprimento(1,1)=input('Digite o comprimento do fechamento:');
comprimento(1,2)=input('Digite o comprimento da abertura:');
areafechamento=(altura(1,1)*comprimento(1,1));
areaabertura=(altura(1,2)*comprimento(1,2));
tarea=(areafechamento-areaabertura);
tqfo=(qfo*8);
disp(tqfo);
disp(['O calor total penetrando no fechamento eh:' num2str(tqfo) 'w']);
pause;
% O fluxo de calor que atravessa a abertura
disp('CONDUCAO PELA ABERTURA');
pause;
opcao4=menu('Para transmitancia termica, escolha o material:','tijolo 6 furos 12,5 cm','tijolo 6
furos 17 cm','tijolo 8 furos rebocado 12,5 cm','tijolo 4 furos rebocado 12,5 cm','tijolo macico
aparente 9 cm','tijolo macico rebocado 12 cm','tijolo macico rebocado 26 cm','vidro comum
3mm');
u2=tabela(opcao4);
qa=u2*(te-ti);
tqa=(qa*areaabertura);
disp(tqa);
disp(['O calor que atravessa a abertura eh:' num2str(tqa) 'w']);
pause;
% Ganho solar pelo vidro
disp('GANHO SOLAR PELO VIDRO');
pause;
tabela3=[0.87;0.83;0.75;0.72;0.60;0.72;0.60;0.32;0.38;0.45;0.85;0.64;0.18;0.85;0.64;0.70;0.40;
0.56];
opcao5=menu('Escolha o tipo de superficies separadoras','vidro transparente 3mm','vidro
transparente 6mm','vidro transparente duplo 3mm','vidro cinza fume 3mm','vidro cinza fume
6mm','vidro verde 3mm','vidro verde 6mm','vidro reflexivo 3mm','pelicula reflexiva','pelicula
absorvente','acrilico claro','acrilico cinza ou bronze','acrilico refletido','policarbonato
claro','policarbonato cinza ou bronze','domos claro','domos translucido','tijolo de vidro');
fs=tabela3(opcao5)
qs=(fs*i);
tqs=(qs*areaabertura);
disp(tqs);
disp(['O ganho solar pelo vidro eh:' num2str(tqs) 'w']);
pause;
%ganho de calor dos ocupantes
disp('GANHO DE CALOR POR OCUPANTES');
pause;
ocupantes=input('Digite quantas pessoas ocupam o local:');
calor=150
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qo=(calor*ocupantes);
disp(qo);
disp(['O ganho total de calor pelos ocupantes eh:' num2str(qo) 'w']);
pause;
% ganho de calor por iluminaçao artificial
disp('GANHO DE CALOR POR ILUMINACAO ARTIFICIAL');
pause;
disp('PERDA DE CALOR POR REATORES');
pause;
a=input('Digite a quantidade de reatores:');
b=input('Digite de acordo com o tipo de reator, a quantidade de calor perdida por eles:');
qr=(a*b);
disp(qr);
disp(['A quantidade total de calor perdido pelos reatores eh:' num2str(qr) 'w']);
pause;
c=input('Digite a quantidade de lampadas existentes no local:');
d=input('Digite o calor dissipado por cada lampada:');
ql=(c*d);
disp(ql);
disp(['A quantidade total de calor dissipado pels lampadas eh:' num2str(ql) 'w']);
pause;
qi=(qr+ql);
disp(qi);
disp(['O ganho de calor total por iluminaçao artificial eh:' num2str(qi) 'w']);
pause;
%ganho de calor por equipamentos
disp('GANHO DE CALOR POR EQUIPAMENTOS');
pause;
qe=input('Digite o valor do ganho de calor pelo equipamento existente no local:');
disp(qe);
disp(['O ganho de calor total por equipamento eh:' num2str(qe) 'w']);
pause;
%Ganho de calor por infiltraçao de ar
disp('GANHO DE CALOR POR INFILTRACAO DE AR:');
pause;
%calor sensivel
disp('Calor sensivel');
pause;
disp('Para calcular o volume de ar trocado no ambiente a cada segundo');
tabela6=[0.1;0.2;0.3;0.4;0.5;0.6;0.7;0.8;0.9;1.0];
opcao7=menu('Escolha a % de infiltraçao adotada','De 0% a 10%','De 11% a 20%','De 21% a
30%','De 31% a 40%','De 41% a 50%','De 51% a 60%','De 61% a 70%','De 71% a 80%','De 81% a
90%','De 91% a 100%');
dens=1.2;
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c=1000;
inf=tabela6(opcao7);
comp=input('Digite o comprimento da sala:');
hora=3600;
v=((inf*comp*altura(1,1)*comprimento(1,1))/hora);
delta=(te-ti);
qse=(dens*c*v*delta);
disp(qse);
disp(['O calor sensivel sera:' num2str(qse) 'w']);
pause;
%calor latente
disp('CALOR LATENTE');
pause;
te1=input('Digite a entalpia do ar externo:');
te2=input('Digite a entalpia do ar interno:');
dif=((te1-te2)*1000);
qla=dif*v*dens;
disp(qla);
disp(['O calor latente sera:' num2str(qla) 'w']);
pause;
%total de calor que entra no ambiente por infiltraçao
qia=qse+qla;
disp(qia);
disp(['O total de calor que entra por infiltraçao de ar sera:' num2str(qia) 'w']);
pause;
%carga termica
ct=tqfo+tqa+tqs+qo+qi+qe+qia;
disp(ct);
disp(['A carga termica para o ambiente sera entao:' num2str(ct) 'w']);
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