RESUMO E CÁLCULO DA CARGA TÉRMICA POR INSOLAÇÃO

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UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA
 CONDICIONAMENTO DE AR, VENTILAÇÃO E REFRIGERAÇÃO
RESUMO E CÁLCULO DA CARGA TÉRMICA DE INSOLAÇÃO
PAULO ROBERTO OLIVEIRA DE CARVALHO JUNIOR - 11011241
João Pessoa, 5 de dezembro de 2014
Resumo e cálculo da Carga Térmica de Insolação
	Temos por definição que a carga térmica é a contabilização de todas as fontes de calor, como pessoas, aparelhos elétricos, janelas com insolação, entre outras, de tal forma que o resultado é utilizado para escolha da capacidade do sistema de refrigeração.
	Nos dias atuais, os edifícios são construídos de forma a proporcionar um ambiente interno seguro e confortável, independente das condições exteriores. O objetivo principal deste resumo é avaliar as características térmicas de um edifício, no que diz respeito a carga térmica de insolação, para que proporcionemos sempre o conforto térmico e a qualidade do ar que foram especificados em projeto.
	Como sabemos, a transferência de calor resultante da insolação de uma superfície depende das características físicas dessa superfície. Primeiramente falaremos da carga térmica de insolação através de superfícies transparentes, e suas propriedades óticas são relacionadas pela equação (1):
 
 (1)
	O valor de cada uma dessas propriedades afeta significativamente a transferência de calor por insolação. Para superfícies transparentes, como em uma janela (figura 1), a energia solar que atravessa a superfície em, qsg, em watts, é dada pela equação (2):
	
Para condições de regime permanente, temos que N é igual a U/he. Portanto, temos a equação (3): 
A expressão para uma folha de vidro claro é geralmente denominada fator de ganho de calor por insolação (FGCI). Tais valores podem ser consultados em tabela e variam para latitudes em função da orientação e em função do mês do ano.
Através do coeficiente de sombreamento (CS) podemos adequar os valores do fator de ganho de calor por insolação a distintos tipos de vidro ou incluir o efeito de dispositivos de sombreamento interno. Este coeficiente é definido pela equação (4):
Onde o índice “fu” refere-se a uma folha única de vidro.
Assim, temos que a energia solar que passa através da janela pode ser obtida pela equação (5):
Devemos atentar que pelo fato da energia solar que entra no recinto não é uma carga térmica instantânea, um fator adicional deve ser considerado. A energia radiante é absorvida pelas superfícies interiores, resultando em uma elevação da temperatura das mesmas, a uma taxa que depende da capacidade térmica das paredes. Sendo assim, a transferência da energia solar para o ambiente é retardada por um intervalo de tempo. Devido a isto, introduzimos um fator de carga de resfriamento (FCR) no cálculo da carga térmica de resfriamento resultante da insolação das janelas.
	O sombreamento externo também deve ser considerado no cálculo do ganho de calor por insolação, visto que o sombreamento produzido por beirais ou outras protuberâncias pode reduzir significativamente a carga térmica por insolação através da janela. Como podemos verificar na figura 2, apresentada abaixo:
 Onde: = altitude do sol;
 = ângulo de azimute, definido como o
 ângulo entre o raio solar e o sul;
		 = ângulo de azimute da parede;
		Equação (6): 
		 = ângulo que um plano vertical normal à
		 parede faz com o sul;
	
Para calcularmos a profundidade e a largura da sombra utilizaremos as equações (7) e (8), onde y é a profundidade da sombra abaixo de uma protuberância horizontal de profundidade d (dada pela equação 7) e x é a largura da sombra produzida por uma protuberância vertical de profundidade d (dada pela equação 8).
Agora falaremos sobre a carga de insolação em superfícies opacas. O processo de transferência de energia solar através de uma parede opaca pode ser observado pela figura 3. Uma parte da energia solar é refletida e a restante é absorvida. Desta energia absorvida, uma parte é transmitida por convecção e outra por radiação para o meio exterior e o restante é transmitida para o interior ou absorvida temporariamente.
	
Para paredes e telhados por exemplo, superfícies opacas, em que sua transmissividade é nula, da equação (2) e considerando o calor trocado em virtude da diferença entre as temperaturas internas e externas como consequência a equação (9):
Onde: - = temperatura equivalente, denominada temperatura ar-sol, é igual a temperatura externa acrescida de um valor que considera o efeito da radiação solar;
	Em paredes opacas o efeito de armazenamento térmico pode ser significativo, resultando daí uma estimativa exagerada do calor trocado quando se utiliza simplesmente a diferença de temperatura ted – tt. Com o objetivo de incluir o efeito de armazenamento térmico da estrutura, uma diferença de temperatura equivalente foi introduzida, chamada de diferença de temperatura para a carga de refrigeração (DTCR), a qual leva em consideração tanto o calor recebido por insolação quanto a capacidade térmica da parede.
O fluxo de calor através da parede quando se considera o armazenamento térmico é dado pela equação (10):
Referências Bibliográficas
[1] STOECKER, W, F. JONES, W, J. Refrigeração e ar condicionado. Editora McGraw-Hill do Brasil. Edição de 1985.
[2] Carga térmica para climatização. http://www.abrava.com.br/carga-termica-para-climatizacao. Acessado em 04 de dezembro de 2014.