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Aula 2.2 Conceitos básicos trocas térmicas

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CONFORTO AMBIENTAL: 
CONCEITOS BÁSICOS
Prof.: Ana Dieuzeide Santos Souza
Arquitetura e Urbanismo – Conforto I – 2014/2
TROCAS TÉRMICAS EM 
ARQUITETURA
TROCAS TÉRMICAS EM ARQUITETURA 
As trocas térmicas entre dois materiais, ou corpos, 
acontecem devido a dois fatores físicos: 
 Existência de temperaturas diferentes entre dois 
corpos;
 Mudança do estado de agregação do material.
TROCAS TÉRMICAS EM ARQUITETURA 
TROCAS TÉRMICAS EM ARQUITETURA 
 Trocas térmicas úmidas (mudança de estado de agregação): 
evaporação e condensação.
 Trocas térmicas secas (envolvem diferença de temperaturas): 
radiação, condução e convecção.
TROCAS TÉRMICAS EM ARQUITETURA 
(Fonte: LAMBERTS; DUTRA; PEREIRA, 2004) 
TROCAS TÉRMICAS ÚMIDAS
Evaporação
 Troca térmica que envolve mudança de fase do estado 
líquido para o estado gasoso. 
 Durante a evaporação do líquido, é “roubado” calor do 
corpo. 
 Ex: o suor do corpo que se transforma em vapor d’água. 
TROCAS TÉRMICAS EM ARQUITETURA 
TROCAS TÉRMICAS ÚMIDAS
Condensação
 É a troca térmica decorrente da mudança do estado 
gasoso do vapor d’água contido no ar para o estado 
líquido (é o chamado “ponto de orvalho”). 
 Ex: a umidade excessiva no ar que se precipita e forma 
gotas de chuva. 
TROCAS TÉRMICAS EM ARQUITETURA 
TROCAS TÉRMICAS SECAS 
Radiação
 É um mecanismo de troca térmica entre dois 
corpos, que guardam entre si uma distância 
qualquer, através de sua capacidade de emitir 
ou absorver energia térmica.
 Consequência da natureza eletromagnética da 
energia que, ao ser absorvida, provoca efeitos 
térmicos. 
 É um processo de transmissão de calor que pode 
ocorrer em qualquer meio, inclusive no vácuo
Não precisa de meio físico para sua propagação.
TROCAS TÉRMICAS EM ARQUITETURA 
TROCAS TÉRMICAS SECAS 
Radiação
 A radiação incidente terá uma parcela refletida e 
outra absorvida. 
TROCAS TÉRMICAS EM ARQUITETURA 
α+ ρ= 1
Sendo α = absortância e ρ = refletividade. 
 Na arquitetura, a radiação solar que entra pelas 
aberturas é absorvida, em parte, pelas superfícies do 
chão e das paredes, convertendo-se em energia 
térmica.
TROCAS TÉRMICAS EM ARQUITETURA 
TROCAS TÉRMICAS SECAS 
Condução
 É a troca de calor entre dois corpos sólidos que se 
tocam, ou mesmo entre partes de um corpo que estão a 
temperaturas diferentes. 
 Ex: o calor que flui através de uma parede com 
superfícies com temperaturas diferentes – a superfície 
externa que sofre aquecimento solar e a superfície 
interna que ainda está na temperatura ambiente. 
TROCAS TÉRMICAS EM ARQUITETURA 
TROCAS TÉRMICAS SECAS 
Condução
A velocidade da troca de calor por condução dependerá:
 Da diferença de temperatura entre as superfícies que 
trocam calor;
 Das áreas e da distância entre estas superfícies 
(espessura do componente);
 Da densidade do material;
 Da condutividade térmica do material através do qual 
se conduz o calor. 
TROCAS TÉRMICAS EM ARQUITETURA 
TROCAS TÉRMICAS SECAS 
Condução
 Condutividade térmica: capacidade do material de 
conduzir maior ou menor quantidade de calor por 
unidade de tempo. 
 Para uma mesma espessura e diferença de 
temperatura, quanto maior a condutividade, maior será 
o fluxo de calor.
Conforto Ambiental__________________________________Profª Cynthia Marconsini
FECHAMENTOS OPACOS
2ª FASE: TROCA DE CALOR 
ATRAVÉS DO FECHAMENTO. 
Sem Câmara de ar
• Condução
Com a elevação da temperatura 
da superfície externa, haverá um 
diferencial de temperatura entre 
esta e a interna – troca de calor.
A intensidade do fluxo de calor depende da resistência térmica (R)
do material que está relacionado a dois fatores:
R=L/ (m²K/W)
a)Condutividade Térmica do material ( ): capacidade do material 
de conduzir maior ou menos quantidade de calor por unidade de 
tempo. Quanto maior a condutividade, maior será o fluxo de calor.
b)Espessura do fechamento (L): quanto 
maior a espessura, maior será a resistência 
térmica.
TROCAS TÉRMICAS EM ARQUITETURA 
TROCAS TÉRMICAS SECAS 
Convecção
 É a troca de calor entre dois corpos, onde o calor é 
transferido por um corpo fluido (líquido ou gasoso).
 Ocorre por diferença de densidade dos fluidos.
 Ex: Ar frio (mais denso) que desce do aparelho de ar 
condicionado e resfria o ar do ambiente (menos denso), 
gerando um movimento de massas de ar. 
 A troca de calor por convecção aumenta se for 
induzida pelo vento ou por meios mecânicos (convecção 
forçada). 
TROCAS TÉRMICAS EM ARQUITETURA 
TROCAS TÉRMICAS EM ARQUITETURA 
 Acontece quando há diferença de temperatura entre a 
superfície externa e interna.
 O sentido do fluxo de calor será sempre:
 Os materiais e componentes se comportam de maneiras 
diferentes (ex.: opacos x transparentes, escuros x claros).
Superfície mais quente  Superfície mais fria
TROCAS TÉRMICAS EM ARQUITETURA 
TROCAS TÉRMICAS EM FECHAMENTOS OPACOS 
 Pode ser dividido em 3 fases:
Conforto Ambiental__________________________________Profª Cynthia Marconsini
FECHAMENTOS OPACOS
1ª FASE: TROCA DE CALOR COM O MEIO EXTERIOR: Radiação 
e Convecção
A) Radiação
A radiação incidente terá uma parcela refletida e outra absorvida. 
+ = 1, sendo = absortividade e p = refletividade.
B) Convecção
O ar que atravessa a superfície externa proporcinará uma Resistência 
Superficial Externa, que varia com a velocidade do vento. De forma 
simplificada pode ser adotada como:
Rse Rse = 0,04 m= 0,04 m²²K/WK/W
TROCAS TÉRMICAS EM ARQUITETURA 
TROCAS TÉRMICAS EM FECHAMENTOS OPACOS 
1a FASE: Troca de calor com o meio exterior
 A) Radiação: A radiação incidente terá uma parcela 
refletida e outra absorvida.
α+ ρ= 1
 Sendo α = absortância e ρ = refletividade. 
Conforto Ambiental__________________________________Profª Cynthia Marconsini
FECHAMENTOS OPACOS
1ª FASE: TROCA DE CALOR COM O MEIO EXTERIOR: Radiação 
e Convecção
A) Radiação
A radiação incidente terá uma parcela refletida e outra absorvida. 
+ = 1, sendo = absortividade e p = refletividade.
B) Convecção
O ar que atravessa a superfície externa proporcinará uma Resistência 
Superficial Externa, que varia com a velocidade do vento. De forma 
simplificada pode ser adotada como:
Rse Rse = 0,04 m= 0,04 m²²K/WK/W
TROCAS TÉRMICAS EM ARQUITETURA 
TROCAS TÉRMICAS EM FECHAMENTOS OPACOS 
1a FASE: Troca de calor com o meio exterior
 B) Convecção: O ar que atravessa a superfície externa 
proporcionará uma Resistência Superficial Externa, que 
é função da velocidade do vento.
 De forma simplificada, adota-se: Rse = 0,04 [m2K/W]
TROCAS TÉRMICAS EM ARQUITETURA 
TROCAS TÉRMICAS EM FECHAMENTOS OPACOS 
2a FASE: Troca de calor através do fechamento
(Sem câmara de ar)
 Condução: Com a elevação da temperatura da 
superfície externa, haverá um diferencial de 
temperatura entre esta e a interna  Troca de calor.
 A intensidade do fluxo de calor depende da 
Resistência Térmica (R) do material que está 
relacionada a dois fatores:
R=L/ λ [m2K/W]
 Sendo L = espessura e λ = condutividade térmica. 
TROCAS TÉRMICAS EM ARQUITETURA 
TROCAS TÉRMICAS EM FECHAMENTOS OPACOS 
 Condutividade térmica do material (λ):
 Capacidade do material de 
conduzir mais ou menos calor 
num dado intervalo de tempo. 
Para uma mesma espessura e 
diferença de temperatura, 
quanto maior a condutividade, 
maior será o fluxo de calor.
Conforto Ambiental__________________________________Profª Cynthia Marconsini
FECHAMENTOS OPACOS
2ª FASE: TROCA DE CALOR 
ATRAVÉS DO FECHAMENTO. 
Sem Câmara de ar
• Condução
Com a elevaçãoda temperatura 
da superfície externa, haverá um 
diferencial de temperatura entre 
esta e a interna – troca de calor.
A intensidade do fluxo de calor depende da resistência térmica (R)
do material que está relacionado a dois fatores:
R=L/ (m²K/W)
a)Condutividade Térmica do material ( ): capacidade do material 
de conduzir maior ou menos quantidade de calor por unidade de 
tempo. Quanto maior a condutividade, maior será o fluxo de calor.
b)Espessura do fechamento (L): quanto 
maior a espessura, maior será a resistência 
térmica.
TROCAS TÉRMICAS EM ARQUITETURA 
TROCAS TÉRMICAS EM FECHAMENTOS OPACOS 
 Espessura do fechamento (L): variável importante 
nesse processo  quanto maior a espessura, maior 
será a resistência térmica. 
TROCAS TÉRMICAS EM ARQUITETURA 
TROCAS TÉRMICAS EM FECHAMENTOS OPACOS 
2a FASE: Troca de calor através do fechamento
(Com câmara de ar)
 Se o fechamento possuir uma camada de ar, além da 
condução haverá radiação e convecção.
 Comportamento semelhante ao que ocorre na 3ª FASE, 
conforme será tratado a seguir.
TROCAS TÉRMICAS EM ARQUITETURA 
TROCAS TÉRMICAS EM FECHAMENTOS OPACOS 
3a FASE: Troca de calor com o meio interior
 A) Radiação: Depende da emissividade do material.
 Emissividade (ε): é uma característica da superfície do 
material e representa a quantidade de energia 
térmica emitida por unidade de tempo.
TROCAS TÉRMICAS EM ARQUITETURA 
TROCAS TÉRMICAS EM FECHAMENTOS OPACOS 
3a FASE: Troca de calor com o meio interior
 B) Convecção: O ar que atravessa a superfície externa 
proporcionará uma Resistência Superficial Interna (Rsi). 
Conforto Ambiental__________________________________Profª Cynthia Marconsini
FECHAMENTOS OPACOS
3ª FASE: TROCA DE CALOR 
COM O MEIO INTERIOR
• Radiação
Depende da emissividade
• Convecção
O ar que atravessa a superfície externa proporcionará uma 
Resistência Superficial Interna (RsiRsi)).
Conclusão:
Cada camada do 
fechamento tem uma 
resistência térmica. A 
soma das resistências 
térmicas é a resistência 
térmica total.
Transmitância térmica 
(U): inverso da 
resistência térmica.
Conforto Ambiental__________________________________Profª Cynthia Marconsini
FECHAMENTOS OPACOS
3ª FASE: TROCA DE CALOR 
COM O MEIO INTERIOR
• Radiação
Depende da emissividade
• Convecção
O ar que atravessa a superfície externa proporcionará uma 
Resistência Superficial Interna (RsiRsi)).
Conclusão:
Cada camada do 
fechamento tem uma 
resistência térmica. A 
soma das resistências 
térmicas é a resistência 
térmica total.
Transmitância térmica 
(U): inverso da 
resistência térmica.
TROCAS TÉRMICAS EM ARQUITETURA 
TROCAS TÉRMICAS EM FECHAMENTOS OPACOS 
Conclusão
 Cada camada do fechamento 
tem uma resistência térmica. A 
soma das resistências térmicas é 
a resistência térmica total.
 Transmitância térmica (U): 
inverso da resistência térmica.
TROCAS TÉRMICAS EM ARQUITETURA 
Transmitâncias térmicas de 
algumas soluções construtivas 
(LAMBERTS; DUTRA; PEREIRA, 2004).
TROCAS TÉRMICAS EM ARQUITETURA 
TROCAS TÉRMICAS EM FECHAMENTOS TRANSPARENTES 
Nos fechamentos transparentes ocorrem as seguintes trocas 
térmicas: 
 Condução
 Convecção
 Radiação 
TROCAS TÉRMICAS EM ARQUITETURA 
TROCAS TÉRMICAS EM FECHAMENTOS TRANSPARENTES 
Condução e Convecção
 A condução e a convecção ocorrem semelhantemente aos 
fechamentos opacos.
 Porém existe a possibilidade de controlar a troca de ar, 
ao abrir e fechar as aberturas (janelas) 
Conforto Ambiental__________________________________Profª Cynthia Marconsini
FECHAMENTOS TRANSPARENTES
Nos fechamentos 
transparentes ocorrem as 
seguintes trocas térmicas:
•• ConduConduçãçãoo
•• ConvecConvecçãçãoo
•• RadiaRadiaçãçãoo
A condução e a convecção 
ocorre semelhantemente 
aos fechamentos opacos. 
Porém existe a 
possibilidade de controlar a 
troca de ar, ao abrir e fechar 
o fechamento (janelas)
A RADIAÇÃO é o principal 
fator no ganho térmico 
devido à sua parcela 
diretamente transmitida 
para o interior e que 
depende da transmitância 
( ) do vidro.
Principais variáveis que podem alterar o porte de calor 
pela aberturas:
•• OrientaOrientaçãção de tamanho da aberturao de tamanho da abertura
•• Tipo de vidroTipo de vidro
•• Uso de proteUso de proteçãção solar externa ou internao solar externa ou interna
TROCAS TÉRMICAS EM ARQUITETURA 
TROCAS TÉRMICAS EM FECHAMENTOS TRANSPARENTES 
Radiação
 É o principal fator no ganho térmico devido à parcela 
diretamente transmitida para o interior e que 
depende da transmitância (δ) do vidro.
Principais variáveis que podem alterar o ganho de calor 
pela aberturas: 
 Orientação e tamanho da abertura;
 Tipo de vidro;
 Uso de proteção solar externa ou interna.
TROCAS TÉRMICAS EM ARQUITETURA 
TROCAS TÉRMICAS EM FECHAMENTOS TRANSPARENTES 
Orientação e tamanho dos fechamentos transparentes 
 Determina a exposição da abertura ao sol 
 Quanto maior a abertura maior a quantidade de calor 
que entra ou sai do ambiente. 
 A orientação da fachada, pode expor a abertura à 
quantidade de calor e luz solar distintas  Deve-se 
pensar a luz e o calor de forma integrada. 
 A trajetória solar é diferente para cada orientação e 
latitude. 
TROCAS TÉRMICAS EM ARQUITETURA 
TROCAS TÉRMICAS EM FECHAMENTOS TRANSPARENTES 
Tipo de vidro
Propósitos na escolha do vidro: 
 Admitir ou bloquear a luz solar; 
 Admitir ou bloquear o calor solar; 
 Permitir ou bloquear as trocas de calor do interior com o 
exterior; 
 Permitir o contato visual do exterior com o interior. 
TROCAS TÉRMICAS EM ARQUITETURA 
TROCAS TÉRMICAS EM FECHAMENTOS TRANSPARENTES 
Tipo de vidro
 Vidros: possuem alta transmitância térmica  são bons 
condutores de calor.
 A radiação solar incidente em um vidro pode ser 
ABSORVIDA, REFLETIDA e TRANSMITIDA. 
 A parcela absorvida se converte em calor e pode ser 
reemitida tanto para o exterior quanto para o interior 
na forma de radiação de onda longa.
Conforto Ambiental__________________________________Profª Cynthia Marconsini
FECHAMENTOS TRANSPARENTES
TIPO DE VIDRO
Propósitos na escolha do vidro
• Admitir ou bloquear a luz solar
• Admitir ou bloquear o calor 
solar
• Permitir ou bloquear as trocas 
de calor do interior com o 
exterior
• Permitir o contato visual do 
exterior com o interior
Vidros: possuem alta transmitância 
térmica – bons condutores de calor
• A radiação solar incidente em um 
vidro pode ser ABSORVIDA, 
REFLETIDA E TRANSMITIDA. A 
parcela absorvida se converte em calor 
e pode ser reemitida tanto para o 
exterior quanto para o interior na 
forma de radiação de onda longa.
+ + =1
α+ρ+δ=1 
Conforto Ambiental__________________________________Profª Cynthia Marconsini
FECHAMENTOS TRANSPARENTES
FATOR SOLAR
O fator solar de um fechamento 
transparente é a razão entre a 
quantidade de radiação solar 
que atravessa (incluindo tanto a 
transmitida diretamente, quanto 
a reemitida com a absorção pelo 
vidro) a janela pelo que nela 
incide. Varia com o ângulo de 
incidência do sol e com o tipo de 
vidro.
Valores de fator solar (Fs) para diferentes tipos de 
fechamentos transparentes
TROCAS TÉRMICAS EM FECHAMENTOS TRANSPARENTES 
Tipo de vidro – Fator solar
 O fator solar de um fechamento transparente é a 
razão entre a quantidade de radiação solar que 
atravessa a janela (incluindo tanto a transmitida 
diretamente, quanto a reemitida com a absorção 
pelo vidro) pelo que nela incide.
 Varia com o ângulo de incidência do sol e com o tipo 
de vidro.
TROCAS TÉRMICAS EM ARQUITETURATROCAS TÉRMICAS EM FECHAMENTOS TRANSPARENTES 
Tipo de vidro – Fator solar
 Valores de fator solar (Fs) para diferentes tipos de 
fechamentos transparentes: 
Conforto Ambiental__________________________________Profª Cynthia Marconsini
FECHAMENTOS TRANSPARENTES
FATOR SOLAR
O fator solar de um fechamento 
transparente é a razão entre a 
quantidade de radiação solar 
que atravessa (incluindo tanto a 
transmitida diretamente, quanto 
a reemitida com a absorção pelo 
vidro) a janela pelo que nela 
incide. Varia com o ângulo de 
incidência do sol e com o tipo de 
vidro.
Valores de fator solar (Fs) para diferentes tipos de 
fechamentos transparentes
TROCAS TÉRMICAS EM ARQUITETURA 
TROCAS TÉRMICAS EM FECHAMENTOS TRANSPARENTES 
Uso de proteções solares 
 A utilização de elementos sombreadores reduz o fator 
solar da abertura, portanto reduz a quantidade de 
radiação solar que atravessa a abertura. 
Valores de fator solar 
(Fs) para aberturas com 
diferentes tipos de 
proteções solares
(LAMBERTS; DUTRA; 
PEREIRA, 2004).
TROCAS TÉRMICAS EM ARQUITETURA 
TROCAS TÉRMICAS EM FECHAMENTOS TRANSPARENTES 
Cálculo do fluxo térmico em uma superfície transparente 
Temos então dois fluxos de calor em um vidro:
 1. Fluxo de calor por condução.
 2. Ganho solar pelo vidro devido à radiação solar.
 Logo o fluxo térmico total por m2 será: 
 Para achar o fluxo térmico total da abertura multiplica-se o 
valor encontrado pela área da abertura:
Qc = U (te – ti)
Qs = Fs. I 
Qft = Qc + Qs
QT = Qft.A
U = transmitância térmica do vidro [W/m2 K]
te = temperatura externa
ti = temperatura interna
Fs = Fator solar do vidro
I = Radiação solar incidente [W/m2] 
TROCAS TÉRMICAS EM ARQUITETURA 
INÉRCIA TÉRMICA
 É a capacidade que os corpos têm de permanecer no 
estado em que se encontram. 
 Em conforto térmico, utiliza-se este conceito para 
indicar uma persistência da temperatura!
OUTROS CONCEITOS BÁSICOS
 O amortecimento e 
o atraso da onda 
de calor, devido ao 
aquecimento ou 
resfriamento dos 
materiais, compõem 
a inércia térmica. 
INÉRCIA TÉRMICA
 É função da espessura, densidade, condutividade
térmica e calor específico da parede.
OUTROS CONCEITOS BÁSICOS
Calor específico: quantidade de calor necessária para 
fazer elevar de uma unidade de temperatura a sua 
unidade de massa (J/KgoC) expressa a capacidade 
calorífica da parede.
 O conhecimento sobre propriedades térmicas dos 
materiais permite maior domínio do arquiteto sobre os 
comportamentos do edifício quanto à influência do 
clima, capacitando-o a escolher corretamente os 
materiais a empregar no edifício (LAMBERTS; DUTRA; 
PEREIRA, 2004; CORBELLA; YANNAS, 2003). 
O Centro de Informática da Universidade Católica de 
Santiago, Chile, é formado por um volume interior – uma 
estrutura de concreto com fechamento de placas cimentícias
– e um volume exterior de vidro, construído com tecnologia 
usual, separado do outro, e com aberturas na base e no 
topo. Considerando essa solução do ponto de vista do 
conforto ambiental, constata-se que:
a) a pele exterior confere ao edifício uma aparência 
moderna e adequada ao seu programa, sendo o 
conforto ambiental secundário neste projeto.
b) a combinação de fachada de vidro com aberturas nos 
seus extremos gera circulação de ar no interior do 
edifício, propiciando conforto ambiental.
c) a utilização de uma cortina de vidro como solução de 
fachada significa, em si, uma construção cara e deficiente 
para o conforto ambiental.
d) a criação dos dois volumes foi uma decisão puramente 
formal e nada tem a ver com questões de conforto 
ambiental.
e) o mais adequado para o conforto ambiental teria sido 
inverter a posição dos dois volumes, passando a fachada 
de vidro a ser protegida pelas placas cimentícias.
PARA DISCUTIR – ENADE 2008
VAMOS PRATICAR…
EXERCÍCIOS
1. As trocas térmicas entre dois materiais, ou corpos, acontecem devido a dois fatores físicos. 
Quais são eles?
2. As trocas térmicas podem ser classificadas em úmidas ou secas. Cite as formas de trocas 
térmicas relacionadas a cada uma delas.
3. Cite e explique 2 formas de trocas térmicas secas. Para cada uma delas, dê um exemplo de 
aplicação em Arquitetura.
4. Cite e explique 2 formas de trocas térmicas úmidas. Para cada uma delas, dê um exemplo de 
aplicação em Arquitetura.
5. Escreva sobre a relação existente entre a inércia térmica e a condutividade de um material 
qualquer.
6. As trocas térmicas que acontecem em um fechamento opaco podem ser divididas em 3 fases. 
Explique o que ocorre em cada fase e quais são as suas principais variáveis de influência, 
resultantes das decisões arquitetônicas.
7. Considerando as trocas térmicas em fechamentos transparentes, qual é o principal fenômeno 
responsável pelo ganho de calor e quais as suas variáveis de influência?
8. Considere um escritório que será dividido por uma divisória cega de 35mm de espessura do 
piso ao teto. O arquiteto possui 2 opções para o enchimento interno: lã de rocha, de 
condutividade térmica = 0,045 W/m.k; e uma espuma rígida de poliuretano extrudado, de 
condutividade térmica = 0,030 W/m.k. Considerando que os dois enchimentos têm a mesma 
espessura, qual deles proporcionará maior isolamento térmico? Justifique. 
REFERÊNCIAS
CORBELLA, Oscar; YANNAS, Simos. Em Busca de uma 
Arquitetura Sustentável para os Trópicos: Conforto Ambiental. 
Rio de Janeiro: Revan, 2003.
FROTA, Anésia Barros; SCHIFFER, Sueli Ramos. Manual de 
conforto térmico. 8. ed. São Paulo: Studio Nobel, 2009 e edições 
anteriores. 
LAMBERTS, Roberto; DUTRA, Luciano; PEREIRA, Fernando O. R. 
Eficiência Energética na Arquitetura. 2. ed. rev. São Paulo: 
ProLivros, 2004.

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