Trabalho Calculo Carga Termica

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19
faculdade brasileiravitória
2017
PROJETO DE CLIMATIZAÇÃO ARTIFICIAL
curso de graduação em arquitetura e urbanismo
amanda lopes da silva alborgheti
ana carolina ribeiro campos
BEATRIZ APARECIDA ROSA DE MELO
wemillye rayanne lopes de freitas
 
amanda lopes da silva alborgheti
ana carolina ribeiro campos
BEATRIZ APARECIDA ROSA DE MELO
wemillye rayanne lopes de freitas
Projeto de climatização artificial do Curso de Graduação em Arquitetura e Urbanismo apresentado à Faculdade Brasileira – MULTIVIX, como requisito parcial para avaliação. 
RESUmo
Este artigo tem como objetivo o dimensionamento do sistema de condicionamento de ar, para assim ajudar na produtividade do ser humano nas tarefas exercidas no escritório e também promover uma melhoria na qualidade do ar do ambiente estudado, além de proporcionar uma economia energética usando apenas o necessário.
O estudo foi feito para duas salas do Edifício horti-fruti, localizado a rua Orlando Caliman, n° 580, no bairro Jardim Camburi, Vitória/ES. Com o objetivo de promover conforto térmico, apresentando as fundamentações teóricas, estudo de dados do ambiente, analisando os equipamentos instalados e o cálculo da carga térmica para dimensionar o ar condicionado adequado para cada sala. Tendo como base a análise feita das duas salas, devido ao grande número de equipamentos eletrônicos que se mantém ligados 24h, exigindo assim uma temperatura baixa. 
O equipamento adequado para a sala 01, por possuir poucos equipamentos eletrônicos e ter apenas um ocupante em atividade de escritório será necessário um condicionador de ar de 7000 BTUs/h. Sendo do tipo Split, por não possuir contato com o exterior.
O equipamento adequado para a sala 02 exige a temperatura mais baixa e de preferência sem grandes alterações. Nesta sala se encontram grande parte dos equipamentos eletrônicos e um ocupante em atividade de escritório será necessário um condicionador de ar de 9000 BTUs/h inverter. Sendo do tipo Split, por ser mais silencioso e eficiência.
Os equipamentos especificados são maiores em relação ao indicado pelos cálculos, porém é o mais aproximado disponível no mercado.
Palavra-chave: CARGA TÉRMICA. CÁLCULO CARGA TÉRMICA. 
Sumário1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................05
2 OBJETIVO ......................................................................................................... 05
3 DESCRIÇÃO DO LOCAL................................................................................... 05
4 FATORES .......................................................................................................... 09
4.1 FATORES CLIMÁTICOS................................................................................. 09
4.2 FATORES HUMANOS ....................................................................................10
4.3 FATORES ARQUITETÔNICOS...................................................................... 10 
5 CÁLCULO .......................................................................................................... 12
5.1 SALA 1............................................................................................................. 12
5.1.1 CÁLCULO FECHAMENTO ......................................................................... 12
5.1.1.1 CÁLCULO FECHAMENTO OPACO HORIZONTAL - COBERTURA.........12
5.1.2 CÁLCULO OCUPANTES..............................................................................13
5.1.3 CÁLCULO ILUMINAÇÃO..............................................................................13
5.1.4 CÁLCULO EQUIPAMENTOS........................................................................13
5.1.5 CÁLCULO INFILTRAÇÃO DE AR.................................................................14
5.1.6 RESULTADO CARGA TÉRMICA – SALA 1..................................................16
5.2 SALA 2.............................................................................................................16
5.2.1 CÁLCULO FECHAMENTO...........................................................................16
5.2.1.1 FECHAMENTO OPACO VERTICAL - PAREDE........................................16
5.2.1.2 CÁLCULO FECHAMENTO OPACO HORIZONTAL - COBERTURA.........17
5.2.2 CÁLCULO OCUPANTES..............................................................................15
5
5.2.2 CÁLCULO OCUPANTE.................................................................................17
5.2.3 CÁLCULO ILUMINAÇÃO..............................................................................17
5.2.4 CÁLCULO EQUIPAMENTOS........................................................................18
5.2.5 CÁLCULO INFILTRAÇÃO DE AR.................................................................18
5.2.6 RESULTADO CARGA TÉRMICA – SALA 2..................................................19
6 CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................20
1 INTRODUÇÃO 
Tendo ciência que carga térmica de um ambiente é a contabilização de todas as fontes de calor que contribuem para o aquecimento do mesmo, calcula-la, levando em consideração, os fatores e suas contribuições térmicas, nos proporciona direcionamento para a escolha do equipamento de ar condicionado e sua eficiência. 
Os fatores, devem ser conhecidos para serem devidamente calculados a fim de saber a quantidade de calor total a ser retirada ou fornecida para o ar ambiente, para mantê-lo em condições térmicas que proporciona conforto ao usuário.
As principais fontes, ou os principais fatores a serem considerados no levantamento de carga térmica do ambiente são: Fatores climáticos, fatores humanos e fatores arquitetônicos, ao qual precisam ser analisados categoricamente para ser o mais preciso possível.
A seguir, será feito o cálculo de carga térmica de um ambiente e apresentado qual a melhor solução de aparelho a ser utilizado, o resultado será encontrado através da fórmula:
CT = QFO + QA + QS +QO + QI + QE + QIA
2 OBJETIVO
Apresentar o levantamento de carga térmica da sala 201 do Edifício Horti-Fruti, localizado à rua Orlando Caliman, nº 580, no bairro Jardim Camburi, Vitória/ES (Latitude 20º Sul) com a finalidade de propor a capacidade necessária do aparelho de ar condicionado relacionada ao ambiente no qual está destinado a climatizar.
3 DESCRIÇÃO DO LOCAL
Sala comercial no ramo de monitoramento eletrônico onde há desempenho de atividade 24 horas ininterruptas, contendo 2 salas que precisam ser resfriadas. Os dados foram coletados pelas alunas, graduandas em arquitetura e urbanismo, elaboradoras deste projeto:
A Fachada da edificação está a Oeste (Fig.1), onde, segundo Frota e Schiffer (2001, p.214) a Incidência Solar às 16 horas no solstício de verão (22/12) atinge 746 W/m2 – TBS (Temperatura Bulbo Seco) 35ºC - UR (Umidade Relativa) 90%, conforme especifica.
A Cobertura recebe Incidência Solar de 1140 W/m2 às 12 horas também no solstício de verão, também de acordo com Frota e Schiffer (2001, p.214)
Fig. 1 – Localização e Norte 
Diante dessas informações, juntamente com as que acresceremos a seguir, conseguiremos calcular a carga térmica do ambiente e propor o produto ideal para manter as condições ambientes adequadas para o conforto dos usuários e a conservação dos equipamentos.
Sala 1:
A sala 1 (Fig. 2) no momento não possui nenhum equipamento para resfriamento artificial, a mesma usufrui de uma abertura com dimensões de 1,10m x 0,50m a uma altura de 1,80m na parede que a separa com a sala 2 (Fig. 3).
Admite-se 23ºC de temperatura interna – Ti – e umidade relativa - UR - 60% por considerar que essas características proporcionam o conforto térmico ao usuário.
 
 Fig. 2 – Sala 1 Fig. 3 – Vão entre as salas
Dimensão: 2,18m x 2,92m
P.D: 2,48m (Rebaixamento em gesso)
Cobertura:Laje pré-moldada 12cm (concreto 4cm + EPS 7 cm + argamassa 1cm) com câmara de ar. Telha fibrocimento.
Equipamentos: CPU - 1 / Monitor grande 19” - 1 / Impressora de mesa - 1 / DVR (Gravador imagens) - 1
Luminária: 1 com 2 lâmpadas de 32W cada
Ocupante: 1 em atividade de escritório
Sala 2:
A sala 2 (Fig. 4 e 5) realiza atividade de monitoramento por vídeo, hoje possui um equipamento de ar condicionado Split de 24000 BTUs, a mesma necessita de um resfriamento especial pois possui vários equipamentos elétricos que precisam manter a temperatura baixa para que não ocorra avarias.
Possui pequeno fechamento opaco voltado para fachada oeste, e necessidade de manter temperatura interna - Ti - 20ºC, admitindo umidade relativa - UR - 40%.
Fig. 4 – Computadores, Monitores e Central de Alarme
Fig. 5 – Sala 2 (Monitores, Central de alarme e TV´s)
Dimensão: 3,75m x 2,20m + 1,00m x 0,38m
P.D: 2,48m (Rebaixamento em gesso)
Cobertura: Laje pré-moldada 12cm (concreto 4cm + EPS 7 cm + argamassa 1cm) com câmara de ar. Telha fibrocimento.
Parede: 1,00m x 2,48m. Argamassa interna (2,5cm) + bloco cerâmico (9 x 14 x 24cm) + argamassa externa (2,5cm) + pintura externa branca.
Equipamentos: CPU - 6 / Monitor grande19” - 6 / Central de alarme - 2 / Monitor TV 32” - 3
Luminária: 1 com 2 lâmpadas de 32W cada
Ocupante: 1 em atividade de escritório
4 FATORES
Analisando cada fator com um pouco mais de detalhe, usaremos os dados coletados para chegarmos aos resultados que precisamos para termos base para indicar o produto que melhor atenda às necessidades. 
4.1 Fator climático
Este fator está diretamente relacionado ao local em que se encontra e o tipo de abertura e proteção utilizada para se proteger do sol, nesse caso, já foi informado que se encontra em Vitória/ES Latitude 20º Sul e a proteção do sol se dá por cortina tipo black-out (Fig. 6). Esta fachada está a Oeste. (Fig. 7) 
 
Fig. 6 – Janela com cortina black-out Fig. 7 - Fachada Oeste
4.2 Fator humano
Esse fator sofre variação de acordo com a quantidade de ocupantes e a atividade que está sendo desenvolvida, pois haverá mudança no metabolismo. Nesse caso em específico, trata-se de 01 ocupante desenvolvendo atividade de escritório.
4.3 Fator arquitetônico
A variação sofrida ocorre devido algumas possibilidades, o material utilizado na fachada é um deles, por exemplo, o fechamento opaco, parede, ganha calor por condução, já a janela, outro exemplo, ganha calor por radiação, a cor também tem sua contribuição para alteração, a dimensão do espaço é primordial e torna cada projeto um diferente do outro. Vale ressaltar, que esse fator é o que mais ganha carga térmica e deve sempre ser analisado com mais atenção.
Diante desses dados, já podemos iniciar a efetivação dos cálculos, onde, com a planta baixa e layout (Fig. 8) demonstraremos a coletânea das informações.
Fig. 8 – Planta Baixa - Salas 1 e 2
5 CÁLCULO
5.1 SALA 1
5.1.1 Cálculo fechamento 
O fechamento se dá de forma vertical e horizontal, de forma opaca e/ou transparente. Esta sala apresenta os seguintes dados para o fechamento horizontal:
5.1.1.1 Fechamento opaco horizontal - cobertura
O ganho de calor pelo fechamento opaco é calculado da seguinte forma:
QFO = AFO x qFO
	QFO - 
	Condução de calor pelo fechamento opaco
	AFO -
	Área de fechamento opaco
	qFO - 
	Ganho de calor pelo fechamento opaco
 Onde: 
E, 
qFO = U × [(α × I × Rse) + (Te – Ti)]
Onde 
	U - 
	Transmitância térmica
	α -
	Absorção
	I – 
Rse – 
Te – 
Ti -
	Incidência solar
Direção do fluxo de calor
Temperatura externa
Temperatura interna
Resolveremos assim:
Obs.: Refere-se a cobertura (fechamento horizontal), visto que, conforme dados levantados, não existe fechamento opaco vertical que ganhe calor por condução tão pouco fechamento transparente.
QFOH = AFO × qFO
QFOH = (2,92m × 2,18m) × 50,52
QFOH = 321,30W
Pois:
qFO = U × [(α × I × Rse) + (Te – Ti)]
qFO = 1,52 × [(0,4 × 1140 × 0,04) + (35 – 20)
qFO = 50,52 W
5.1.2 Cálculo Ocupante
Considerando 1 (um) ocupante desenvolvendo a atividade escritório, teremos:
QO = Nº ocupantes × carga térmica dissipada
QO = 1 × 140
QO = 140 W
5.1.3 Cálculo Iluminação
Considerando 1 (uma) luminária com 2 (duas) lâmpadas de 32 watts de potência cada, teremos:
QI = Nº lâmpadas × carga térmica dissipada
QI = 2 × 32
QI = 64 W
5.1.4 Cálculo Equipamentos
Considerando 1 (um) monitor grande de 19”, 1 (um) computador, 1 (uma) impressora de mesa e 1 (um) DVR (gravador de imagens), teremos:
QE = Nº equipamentos × carga térmica dissipada
QE = (1 × 75) + (1 × 65) + (1 × 215) + (1 × 65)
QE = 420 W
5.1.5 Cálculo da Infiltração de Ar
QIA = QSE + QLA
	QSE - 
	Calor sensível
	QLA -
	Calor Latente
Onde:
Considerado 10% de infiltração do valor total de ar a cada hora.
Para calcular o calor sensível (QSE), é preciso considerar a fórmula a seguir:
QSE = ρ × c × V × ΔT
Onde:
	ρ - 
	Densidade do ar: 1,2 kg/m3
	c -
	Calor específico do ar: 1000 J/kg k
	V – 
ΔT – 
	Volume de ar trocado por segundo
Diferença de temperatura entre o exterior e o interior
Assim:
QSE = ρ × c × V × ΔT
QSE = 1,2 × 1000 × 0,004 × 15
QSE = 7,2 W
Pois:
V = Infiltração × volume da sala 1 / 3600
V = [0,1 × (6,36 × 2,48)] / 3600
V = 0,0004 m3/s
E,
Para calcular o calor latente (QLA), é preciso considerar a fórmula a seguir, onde a diferença entálpica refere-se a diferença entre a temperatura e umidade externa e a temperatura e umidade interna (Fig. 9), nesse caso a que se pretende atingir.
Fig. 9 – Carta Psicrométrica – Diferença entálpica sala 1
QLA = Diferença entálpica × V × ρ
QLA = 73000 × 0,0004 × 1,2
QLA = 35,04 W
Com isso:
QIA = QSE + QLA
QIA = 7,2 + 35,04
QIA = 42,24 W
5.1.6 Resultado carga térmica – Sala 1
Sendo assim, finalizamos os cálculos de carga térmica da sala 1, onde obteremos o resultado a seguir:
CT = QFOC + QO + QI + QE + QIA
CT = 321,30 + 140 + 64 + 420 + 42,24
CTSALA 1 = 987,54 W
Transformando, pois encontramos a quantidade de carga térmica que o ambiente recebe, porém precisamos saber em BTUs, que é a unidade que mede a quantidade de calor em um ambiente fechado e precisa ser retirada para chegar ao conforto térmico, que é o objetivo dessa sala. 
Sabendo que:
1 W = 3,412 BTU/h
Logo:
CT = 987,54 W × 3,412 
SALA 1 - 3.369,48 BTUs
5.2 SALA 2
5.2.1 Cálculo fechamento 
A sala 2 apresenta fechamento opaco vertical e horizontal (Fig. )
5.2.1.1 Fechamento opaco vertical - parede
QFOV = AFO x qFO
QFOV = (1,00m × 2,48m) × 58,921
QFOV = 146,12 W
Pois:
qFO = U × [(α × I × Rse) + (Te – Ti)]
qFO = 2,46 × [(0,3 × 746 × 0,04) + (35 – 20)
qFO = 58,921 W/m2
5.2.1.2 Fechamento opaco horizontal – cobertura
QFOH = AFO × qFO
QFOH = [(3,75 × 2,20) + ( 1,00 × 0,38)] × 50,52 -> Já calculado na sala 1
QFOH = 435,99 W
Portanto:
QFOT = QFOV + QFOH
QFOT = 146,12 + 435,99
QFOT = 582,11 W
5.2.2 Cálculo Ocupante
Considerando 1 (um) ocupante desenvolvendo a atividade escritório, teremos:
QO = Nº ocupantes × carga térmica dissipada
QO = 1 × 140
QO = 140 W
5.2.3 Cálculo Iluminação
Considerando 1 (uma) luminária com 2 (duas) lâmpadas de 32 watts de potência cada, teremos:
QI = Nº lâmpadas × carga térmica dissipada
QI = 2 × 32
QI = 64 W
5.2.4 Cálculo Equipamentos
Considerando 6 (seis) monitores grandes de 19”, 6 (seis) CPU´s, 3 (três) tv`s de 32”, e 2 (duas) centrais de alarme, teremos:
QE = Nº equipamentos × carga térmica dissipada
QE = (6 × 75) + (6 × 65) + (3 × 150) + (2 × 65)
QE = 1.420 W
5.2.5 Cálculo da Infiltração de Ar
QIA = QSE + QLA
QSE = ρ × c × V × ΔT
QSE = 1,2 × 1000 × 0,0005 × 15
QSE = 9 W
Pois:
V = Infiltração × volume da sala 2 / 3600
V = [0,1 × (8,63 × 2,48)] / 3600
V = 0,0005 m3/s
E, (Fig. 10)
Fig. 10 – Carta Psicrométrica – Diferença entálpica sala 2
QLA = Diferença entálpica × V × ρ
QLA = 89000 × 0,0005 × 1,2
QLA = 53,4 W
Com isso:
QIA = QSE + QLA
QIA =9 + 53,4
QIA = 62,4 W
5.2.6 Resultado carga térmica – Sala 2
Sendo assim, finalizamos os cálculos de carga térmica da sala 2, onde obteremos o resultado a seguir:
CT = QFOT + QO + QI + QE + QIA
CT = 582,11 + 140 + 64 + 1.420 + 62,4
CTSALA 2 = 2.268,51 W
Sabendo que:
1 W = 3,412 BTU/h
Logo:
CT = 2.268,51 W × 3,412 
 SALA 2 - 7.740,15 BTUs
6 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Referências 
FROTA, Anésia B; SCHIFFER, Sueli R. Manual de conforto térmico. 5ª Edição. São Paulo: Studio Nobel, 2001.
LOVINS, A.; HAWKEN, P.; LOWINS, L.H. Capitalismo Natural: São Paulo, Cultrix, 1999.
SANTOS, Milton. A Urbanização Brasileira. 5ª Edição. 2ª Reimpressão. São Paulo, Edusp, 2009.
VILLAÇA, Flávio. O que todo cidadão precisa saber sobre habitação. São Paulo: Global, 1986.
RUBIN, Graziela R.; BOLFE, Sandra A. O desenvolvimento da habitação social no Brasil 2014. Disponível em: https://periodicos.ufsm.br/cienciaenatura/article/viewFile/11637/pdf Acesso em: 30 set. 2016
MORH,Juliana P. Habitação de Interesse Social 2012.2 . Disponível em: http://www.lume.ufrgs.br/bitstream/handle/10183/80330/000902795.pdf?sequence=1 Acesso em: 30 Set 2016.
SANTOS, Maria V A. Desenvolvimento De Tipologias Para Habitação De Interesse Social 2011. Disponível em: http://www.deecc.ufc.br/Download/Projeto_de_Graduacao/2011/Maria_Viviane_Desenvolvimento%20de%20Tipologias%20para%20Habitacao%20de%20Interesse%20Social.pdf Acesso em: 30 Set 2016.
ALVAREZ, Cristina E. at. il. Modelos de habitação sustentável para população de baixa renda no município de Vitória/ES Disponível em: http://lpp.ufes.br/sites/lpp.ufes.br/files/field/anexo/2003_artigo_065.pdf Acesso em: 30 Set 2016.