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Desempenho Térmico de edificações Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas PROFESSOR Roberto Lamberts ALEJANDRO NARANJO ECV 5161 UFSC FLORIANÓPOLIS Unidade deportiva Atanasio Girardot - Medellín isolantes e stru tu ra cálculos exemplos e testes introdução 2 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas in tr o d u çã o + 3 3 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas Transferência de calor equilíbrio térmico Transmissão de Calor: ocorre quando dois corpos apresentam temperaturas diferentes T1 T2 4 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas . Condução . Convecção . Radiação . Condensação Formas de transmissão de calor in tro d u ção – iso lan te s – cálcu lo s – exem p lo s e te ste s 5 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas Absortância em ondas curtas – α : função da cor RS absorvida/ RS incidente Refletividade em ondas curtas – ρ: RS refletida/ RS incidente Transmissividade em ondas curtas – τ: RS atravessa a superfície/ RS incidente Emissividade – ε: R emitida/ R emitida pelo corpo negro (mesma temperatura) Propriedades térmicas dos materiais in tro d u ção – iso lan te s – cálcu lo s – exem p lo s e te ste s 6 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas Emissividade (ondas longas) Fonte: NBR 15220 (2003) Absortância (ondas curtas) Tipo de superfície ε α Tipo de superfície Propriedades térmicas dos materiais in tro d u ção – iso lan te s – cálcu lo s – exem p lo s e te ste s 7 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas Condutividade térmica – λ: fluxo de calor transferido por unidade de espessura e por unidade de gradiente de temperatura (W/m.K) Calor específico – c: quantidade de calor necessária para elevar em 1 grau a temperatura de um componente, por unidade de massa (kJ/kg.K) Propriedades térmicas dos materiais in tro d u ção – iso lan te s – cálcu lo s – exem p lo s e te ste s 8 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas Termografía - Foto externa Fachada Leste Fachada Sul Fachada Leste Fachada Sul in tro d u ção – iso lan te s – cálcu lo s – exem p lo s e te ste s 9 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas Foto interna Foto externa Branco por fora Verde escuro por fora Branco por fora Verde escuro por fora in tro d u ção – iso lan te s – cálcu lo s – exem p lo s e te ste s 10 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas Foto interna Verde escuro por fora Branco por fora Verde escuro por fora Branco por fora in tro d u ção – iso lan te s – cálcu lo s – exem p lo s e te ste s 11 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas Foto externa Telhado branco Telhado fibrocimento Telhado branco Telhado fibrocimento in tro d u ção – iso lan te s – cálcu lo s – exem p lo s e te ste s 12 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas Temperatura x acabamento superficial da telha in tro d u ção – iso lan te s – cálcu lo s – exem p lo s e te ste s 13 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas Temperatura x acabamento superficial da telha in tro d u ção – iso lan te s – cálcu lo s – exem p lo s e te ste s 14 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas in tro d u ção – iso lan te s – cálcu lo s – exem p lo s e te ste s is o la n te s + 15 15 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas Isolantes fibrosos (λ = 0.045 W/m.K) Lã de rocha ou lã mineral Lã de vidro Poliestireno (λ = 0.035 a 0.040 W/m.K) Expandido (granulado aglutinado por fusão) Extrudado (células fechadas) Espuma de poliuretano (λ = 0.030 W/m.K) Concreto celular com 400 kg/m³ (λ = 0.17 W/m.K) Agregados leves Expandido (granulado ou aglutinado por fusão) Vermiculita Argila expandida – concreto com 500 kg/m³ (λ = 0.20 W/m.K) Cinza sinterizada Escória sinterizada - concreto com 1000 kg/m³ (λ = 0.35 W/m.K) Isolantes térmicos convencionais 16 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas Placa de forro revestida na face aparente Feltros flexíveis Aplicações: -Isolação térmica de forros e coberturas -Fabricação de telhas duplas isolantes -Isolamento de ruídos de impacto em pisos -Isolação acústica de equipamentos in tro d u ção –iso lan te s – cálcu lo s – exem p lo s e te ste s Isolantes fibrosos (λ = 0.045 W/mK) Lã de vidro 17 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas in tro d u ção –iso lan te s – cálcu lo s – exem p lo s e te ste s Isolantes fibrosos (λ = 0.045 W/mK) Lã de vidro Painéis termo-acústicos Feltros flexíveis ensacados Isolamento para sistemas de distribuição de ar Revest. Dutos metálicos Aplicações: -Na construção civil: Paredes duplas, coberturas, pisos flutuantes, miolos de divisórias e isolação térmica em geral. -Na Indústria: Isolação térmica de caldeiras, fornos, estufas, tanques de armazenagem. 18 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas in tro d u ção –iso lan te s – cálcu lo s – exem p lo s e te ste s Isolantes fibrosos (λ = 0.045 W/m.K) Lã de vidro Painéis rígidos e semi-rígidos de lã de vidro Aplicações em paredes Isolamento termo-acústico entre pavimentos Isolamento termo-acústico Em laje de cobertura 19 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas in tro d u ção –iso lan te s – cálcu lo s – exem p lo s e te ste s Isolantes fibrosos (λ = 0.045 W/m.K) Lã de vidro Aplicações em coberturas 20 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas in tro d u ção –iso lan te s – cálcu lo s – exem p lo s e te ste s Isolantes fibrosos (λ = 0.045 W/m.K) Lã de vidro Aplicação de lã de vidro em tubulações Isolante térmico cilíndrico, bi-partido de lã de vidro Aplicações: Tubulações que operam em baixas e altas temperaturas 21 Paredes DryWall 21 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts in tro d u ção –iso lan te s – cálcu lo s – exem p lo s e te ste s Isolantes fibrosos (λ = 0.045 W/m.K)Lã de vidro 22 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas Isolantes fibrosos (λ = 0.045 W/m.K) Lã de rocha ou lã mineral in tro d u ção –iso lan te s – cálcu lo s – exem p lo s e te ste s Principais características: • Incombustível • Resistência ao fogo • Segurança • Absorção Acústica Propriedades: • Boa resiliência • Resistência a vibrações • Não-higroscópico • Imputrescível • Quimicamente neutro Painéis flexíveis, rígidos e semi-rígidos Mantas flexíveis Tubos de lã de rocha com alta densidade Painéis rígidos revestidos com um filme de PVC 23 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas Isolantes fibrosos (λ = 0.045 W/m.K) Lã de rocha ou lã mineral in tro d u ção –iso lan te s – cálcu lo s – exem p lo s e te ste s Flocos amorfos: Aplicação em sistemas ou equipamentos com difícil acesso Segmentos rígidos em lã de rocha, suportados por um laminado de papel kraft. Utilizado para isolamento de superfícies cilíndricas Feltros leves e flexíveis: Indicado para isolamentos termo-acústicos em superfícies irregulares, planas ou cilíndricas. 24 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas • Expandido (granulado aglutinado por fusão) • Extrudado (células fechadas) in tro d u ção –iso lan te s – cálcu lo s – exem p lo s e te ste s Poliestireno (λ = 0.035 a 0.040 W/m.K) 25 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas Telhas e painéis isotérmicos compostos por chapas metálicas com núcleo em espuma de poliuretano expandido Aplicações: coberturas, paredes internas e externas, divisórias, forros in tro d u ção –iso lan te s – cálcu lo s – exem p lo s e te ste s Espuma de poliuretano (λ = 0.030 W/m.K) 26 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas in tro d u ção –iso lan te s – cálcu lo s – exem p lo s e te ste s Espuma de poliuretano (λ = 0.030 W/m.K) 27 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas Menor peso Não-inflamável Isolante térmico Isolante acústico in tro d u ção –iso lan te s – cálcu lo s – exem p lo s e te ste s Concreto celular com 400 kg/m³ (λ = 0.045 W/m.K) 28 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas Agregado leve: vermiculita Placas isolantes extremamente leves, prensadas, quimicamente ligadas, à base de vermiculita expandida. Utilizada para miolos de portas, divisórias, revestimento de estufas, caldeiras, fornos, etc Argamassa plástica com baixa viscosidade para assentamento de tijolos e placas termo isolantes, constituida de vermiculita expandida, argila refratária e aglomerados minerais in tro d u ção –iso lan te s – cálcu lo s – exem p lo s e te ste s Vermiculita em grãos Utilizada na isolação térmica e acústica de equipamentos industriais, como componente de argamassas e de concretos leves para a construção. 29 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas leveza resistência inércia química estabilidade dimensional resistência ao fogo isolante térmico isolante acústico in tro d u ção –iso lan te s – cálcu lo s – exem p lo s e te ste s Agregado leve: argila expandida cá lc u lo s + 30 30 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas Resistência térmica: Camadas homogêneas: R = e / λ (W/m².K) De superfície a superficie (Rt) Fórmulas básicas e λ Rt = Aa + Ab + … + An Aa + Ab + … + An Ra + Rb + … + Rn De ambiente a ambiente (RT) RT = Rse + Rt + Rsi Onde: e: espessura da camada λ: condutividade térmica do material da camada Aa, Ab .. An: Área de cada seção Ra, Rb .. Rn: Resistência térmica de superfície a superfície para cada seção Rse: Resistência superficial externa Rsi: Resistência superficial interna Rse + Ra +Rb + Rc + Rsi cá lc u lo s + 31 31 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas Resistência Térmica superficial interna e externa: cá lc u lo s + 32 32 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas Condições de ventilação para as câmaras de ar: São considerados dois tipos de ventilação para as câmaras de ar: Pouco ou Muito Ventiladas, cá lc u lo s + 33 33 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas Resistência térmica de câmaras de ar não ventiladas com largura muito maior que a espessura cá lc u lo s + 34 34 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas Transmitância térmica: Fluxo de calor transmitido por unidade de área e por unidade de diferença de temperatura U = 1/ RT (W/m².K) Capacidade térmica: CT = (λi . Ri) . Ci . ρi = (ei) . Ci . ρi Capacidade térmica de um componente: Fórmulas básicas CT = Aa + Ab + … + An Aa + Ab + … + An CTa + CTb + … + CTn Onde: e: espessura da camada c: calor específico do material da camada ρ: densidade de massa aparente do material da camada Aa, Ab .. An: Área de cada seção CTa, CTb .. CTn: Capacidade térmica do compontente para cada seção 35 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas Atraso térmico elemento homogêneo φ = 1,382 . e . ρ . c 3,6 . λ ou φ = 0,7284 . Rt . CT Fórmulas básicas in tro d u ção – iso lan te s – cálcu lo s – exem p lo s e te ste s Atraso térmico elemento heterogêneo φ = 1,382 . Rt . B1 + B2 B0 = CT - CText Se B2 = 0 < 0 (negativo) B2 = 0 B1 = 0,226 . B0 Rt B2 = 0,205 . (λ . ρ . C) ext . Rext - Rt - Rext Rt 10 Fator de Calor Solar: FS = 100 . U . α . Rse 36 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas Fluxo de calor que atravessa a parede: q = U . (Text – Tint) = U . ΔT U = Transmitância térmica (W/m².K) ΔT = Text - Tint (K) q = densidade do fluxo de calor (W/m²) Fluxo de calor que incide no ambiente: Φ = q.A = U . ΔT . A A = área da superfície (W/m²) Transferência de calor T. Ext > T. Int in tro d u ção – iso lan te s – cálcu lo s – exem p lo s e te ste s 37 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas Fluxo de calor é função de: • ΔT = Text – Tint • Radiação Solar (RS) Temperatura Sol - ar: Efeito combinado radiação solar incidente + intercâmbios de energia (radiação e convecção) Balanço térmico: α . RS + ρ . RS = RS α + ρ = 1 RS ε Comportamento diante da radiação solar in tro d u ção – iso lan te s – cálcu lo s –exem p lo s e te ste s 38 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas Tsol -ar = Text + α . RS . Rse Φ = U . A . (Text + α . RS . Rse – Tint) ΔRL = 0, perdas compensadas pela radiação de onda longa recebida do solo e das superfícies do meio Fluxo de calor em planos verticais: RS: Radiação total incidente na superfície Rse: Resistência superficial externa = trocas de calor por convecção e radiação entre a superfície e o meio ΔRL: Diferença entre a radiação de onda longa emitida e recebida pela superfície Tsol - ar = Text + α . RS . Rse - ε . ΔRL . Rse Radiação solar será inclusa no cálculo do fluxo de calor através de um valor de temperatura equivalente, Temperatura Sol - ar: Superfícies verticais (paredes): Comportamento diante da radiação solar in tro d u ção – iso lan te s – cálcu lo s – exem p lo s e te ste s 39 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas Tsol -ar = Text + α . RS . R se - 4 Φ = U . A . (Text + α . RS . R se – 4 - Tint) Planos horizontais (coberturas): Fluxo de calor em planos horizontais: ε . ΔRL . R se = 4°C (Dados Experimentais) Comportamento diante da radiação solar in tro d u ção – iso lan te s – cálcu lo s – exem p lo s e te ste s ex e m p lo s e t e st e s + 40 40 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas cor branca tijolo maciço rebôco INT EXT Dados: U = 2 W/m².K Text = 30°C Tint = 25°C Orientação = oeste (latitude 30° sul) A = 5 m x 3 m Pior situação de verão: RS ? Rse = 0,04 W/m².K (TABELA) Exemplo numérico 41 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas α = 0,2 (parede branca) Φ = U . A . (Text + α . RS . Rse – Tint) Φ = 2,00 . 5,00 . 3,00. (30 + 0,2 . 715 . 0,04 – 25) Φ = 321,6 W fluxo de calor que penetra no ambiente por m² de fechamento Exemplo numérico in tro d u ção – iso lan te s – cálcu lo s – exe m p lo s e te ste s IRC – Ottawa 42 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas in tro d u ção – iso lan te s – cálcu lo s – exe m p lo s e te ste s Caixa Quente Protegida: Execução de ensaios para medir a transmitância térmica de elementos construtivos Em escala real. 43 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas IRC - Ottawa in tro d u ção – iso lan te s – cálcu lo s – exe m p lo s e te ste s Placa Quente Protegida: Método de medição da condutividade e resistência térmica de materiais Parte 4 da NBR 15220 (2003) 44 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas IRC – Ottawa in tro d u ção – iso lan te s – cálcu lo s – exe m p ´s e te ste s in tro d u ção – iso lan te s – cálcu lo s – exe m p lo s e te ste s 45 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas IRC – Ottawa – Casas de testes in tro d u ção – iso lan te s – cálcu lo s – exe m p lo s e te ste s 46 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas Isolamento janelas in tro d u ção – iso lan te s – cálcu lo s – exe m p ´s e te sts in tro d u ção – iso lan te s – cálcu lo s – exe m p lo s e te ste s
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