MESTRADO EM ARQUITECTURA - fenix.tecnico.ulisboa.pt · Os fenómenos de transmissão de calor importantes para o estudo do comportamento térmico de edifícios resultam de três processos

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Cristina Matos SilvaCristina Matos SilvaCristina Matos SilvaCristina Matos SilvaMaria da GlMaria da GlMaria da GlMaria da Glóóóória Gomesria Gomesria Gomesria Gomes

TTTTÉÉÉÉRMICA DE EDIFRMICA DE EDIFRMICA DE EDIFRMICA DE EDIFÍÍÍÍCIOSCIOSCIOSCIOS

MESTRADO EM ARQUITECTURAMESTRADO EM ARQUITECTURAMESTRADO EM ARQUITECTURAMESTRADO EM ARQUITECTURADISCIPLINA DEDISCIPLINA DEDISCIPLINA DEDISCIPLINA DEFFFFÍÍÍÍSICA DAS CONSTRUSICA DAS CONSTRUSICA DAS CONSTRUSICA DAS CONSTRUÇÇÇÇÕES PARA ÕES PARA ÕES PARA ÕES PARA ARQUITECTURAARQUITECTURAARQUITECTURAARQUITECTURA

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Processos térmicos

Parâmetros Climáticos Exteriores

•Temperatura do ar•Radiação Solar•Velocidade do vento

O conhecimento do comportamento térmico dos edifícios implica o estudo da Transmissão de calor através da envolvente(considerada como fronteira)

GanhosGanhosGanhosGanhossolaressolaressolaressolares

θθθθi = 25ºC Verãoθi = 18ºC Inverno

VentilaVentilaVentilaVentilaççççãoãoãoão

Fluxo de Calor Fluxo de Calor Fluxo de Calor Fluxo de Calor devido a devido a devido a devido a ∆∆∆∆TTTT

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Transmissão de Calor (Lei zero): ocorre transferência de calor entre 2 sistemas em contacto térmico se as suas temperaturas (θ) tiverem valores diferentes. De contrário, diz-se que os sistemas estão em equilíbrio térmico.

Calor transmitido (2ª Lei): O calor fluirá do sistema mais quente para o sistema mais frio, até ser restabelecido o equilíbrio térmico.

θθθθ1

θθθθ1 > θθθθ2 > θθθθ3

Fluxo de calor no

sentido

θθθθ2 θθθθ3 θθθθ1

θθθθ1 = θθθθ2 = θθθθ3

Equilíbrio

térmico

θθθθ2 θθθθ3

, , ,

, , ,

Processos térmicos

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Os fenómenos de transmissão de calor importantes para o estudo do comportamento térmico de edifícios resultam de três processos distintos:

Na maior parte dos casos os três processos coexistem.

Processos térmicos

Fenómenos de transmissão

de calor

Condução Convecção Radiação

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Na maior parte dos casos os três processos coexistem

Processos térmicos


de calor


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CONDUCONDUCONDUCONDUÇÇÇÇÃOÃOÃOÃO

• Pode ocorrer em corpos sólidos ou fluidos.

• Ocorre por via de vibrações ou colisões entre partículas, que transferem energia das zonas mais quentes (maior energia) para as zonas mais frias (menor energia).

• Exige contacto fcontacto fcontacto fcontacto fíííísicosicosicosico entre elas.

Processos térmicos

Fluidos (líquidos e gases)

Ex: cerâmica Ex: metal

Colisões Vibrações Colisões

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Processos térmicos

A transmissão de calor é regida pela Lei de FourierLei de FourierLei de FourierLei de Fourier :

λ [W/mºC] - parâmetro de proporcionalidade designado como condutibilidade térmica que varia consoante o tipo de material, porosidade, temperatura, humidade, etc.

CONDUCONDUCONDUCONDUÇÇÇÇÃOÃOÃOÃO

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Processos térmicos


de calor


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A Lei de Newton determina que a taxa de transferência de calor é proporcional à área e à diferença de temperatura:

Processos térmicos

hc – Condutância térmica superficial por convecção (W/m2ºC).

Qin Qout

θθθθe

Convecção ar-sólido Convecção ar-ar

Q sólido

fluído

Ts>Tf

Ts

CONVECCONVECCONVECCONVECÇÇÇÇÃOÃOÃOÃO

( ) )W(TTAhQ fsc −⋅⋅=

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Processos térmicos


de calor


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A radiação térmica é a radiação electromagnética emitida por um corpo causada pela temperatura a que se encontra:

Processos térmicosT

Q

A – área da superfície do corpo (m2);T - Temperatura absoluta (K);σ- Constante de Stefan-Boltzmann (W/m2.K4);ε- Emissividade da superfície (0≤ ε ≤ 1).

4TAQ ⋅⋅σ⋅ε=1

Radiaçãotransmitida

RadiaçãoIncidente

Radiaçãoreflectida

Radiaçãoabsorvida

Q1→→→→2

2

Não necessita de meio de transporte, dado que todos os corpos emitem e recebem radiação em função da sua temperatura absoluta.

RADIARADIARADIARADIAÇÇÇÇÃOÃOÃOÃO

4112121 TAFQ ⋅⋅σ⋅ε= →→

( ) )W(TTAhQ 21r −⋅⋅=

hr- Condutância térmica superficial por radiação (W/m2ºC).

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Processos térmicos

Resumindo…

Grande variabilidade dos parâmetros que influenciam ocomportamento térmico dos edifícios (Text, vw, Ir)

Realidade:

Comportamento “dinâmico”

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Processos térmicos

Quais os métodos de cálculo apropriados?

Por simplicidade é usual considerar que:

• a transmissão de calor se efectua em regime permanente;

• a condução térmica é unidimensional

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Processos térmicos

Para:• regime permanente;

• condução térmica unidimensional

A equação geral da condução conduz a:

Ax

y

z

e

θeθ0

θe<θ0

qxqx

e

θe

x

θ

θ0

3D1D

( ) xe

x 0e0 ⋅

θ−θ+θ=θ

A distribuição de

temperaturas à face

do elemento homogéneo

é linear!

∂

θ∂+

∂

θ∂α=

∂

θ∂2

2

2

2

yxt

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Processos térmicosPara a distribuição de temperatura obtidas e aplicando a Lei de Fourier, vem:

eK p

λ=

Resistência térmica:

Condutância térmica:

λ

e

KR

p

p ==1

[m2ºC/W].

[W/m2ºC].

� ∂θ/∂x=dθ/dx=(θe-θ0)/e

� q=qx=-λ(∂θ/∂x), pois qy=qz=0e

q 0e θ−θλ−=

( )0eA AA

edA.qdA.qQ θ−θ

λ−=== ∫ ∫ ( )e0p .A.KQ θ−θ=

O fluxo de calor que atravessa a totalidade do elemento é:

x

y

z

e

θ0

qx

ex

θ

θe

θ0

θe

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Processos térmicos

Como exemplo, podem comparar-se três materiais (uma placa de XPS, um tijolo furado, e betão armado), para uma resistência térmica de 0.6 m2 ºC/W , vendo qual a espessura necessária para atingir essa resistência.

XPS Alvenaria Betão

e=0.22 me=0.022 m e=1.20 m

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Q3

e

θ

x

θθθθ0

θθθθe

λλλλ1

λλλλ2

λλλλ3

A∆θ1∆θ2

∆θ3

θθθθ0

θθθθ1θθθθ2

θθθθe

λλλλ3λλλλ2λλλλ1

e1 e2 e3x

Q Q

θ

Q1

Q2

Camadas perpendiculares ao Camadas perpendiculares ao Camadas perpendiculares ao Camadas perpendiculares ao sentido do fluxo (ssentido do fluxo (ssentido do fluxo (ssentido do fluxo (séééérie)rie)rie)rie)

Camadas paralelas ao Camadas paralelas ao Camadas paralelas ao Camadas paralelas ao sentido do fluxo (paralelo)sentido do fluxo (paralelo)sentido do fluxo (paralelo)sentido do fluxo (paralelo)

Kp=f (Kp1, Kp2, Kp3)

Q = Kp.A.(θ0-θe)

Problema: determinar a função f

∆θ

θ∆= .A.KQ 11p1

θ∆= .A.KQ 22p2

θ∆= .A.KQ 33p3

eK k

pkλ

=( )e011p1 .A.KQ θ−θ=

( )e022p2 .A.KQ θ−θ=

( )e033p3 .A.KQ θ−θ=

=∑=

3

1k

kQ ( )∑=

θ−θ3

1k

e0kpk .A.K ∑

∑=

k

k

k

kpk

pA

A.K

K

11p .A.KQ θ∆=

22p .A.KQ θ∆=

33p .A.KQ θ∆=

)AK/(Q 1p10 =θ−θ

)AK/(Q 2p21 =θ−θ

)AK/(Q 3pe2 =θ−θ

=θ−θ e0 ∑=

3

1k pkK

1

A

Q

+

k

kpk

eK

λ=

∑=k pkp K

1

K

1

Processos térmicos - Elementos heterogElementos heterogElementos heterogElementos heterogééééneosneosneosneos

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Processos térmicos

Na maioria dos casos, a hipótese de fluxo unidireccional não severifica, como no caso da existência de heterogeneidades, oude determinados tipos de geometria, que levam à alteração daslinhas de fluxo.

Exemplo: pilar de canto

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Processos térmicos

Na maioria dos casos, a hipótese de fluxo unidireccional não severifica, como no caso da existência de heterogeneidades, oude determinados tipos de geometria, que levam à alteração daslinhas de fluxo.

Exemplo: cobertura em terraço

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Processos térmicos

Na vizinhança das pontes térmicas o campo de temperaturas ébidimensional:

1 2 3 4

θθθθ

Ponte térmica

Temperaturasmais baixas

Temperaturasmais altas

Paramento interior

As zonas com maior densidade de linhas de fluxo de calor, associadas a maiores perdas de calor, designam-se por pontes térmicas.

As pontes térmicas podem constituir um factor importante de redução da qualidade térmica duma construção, não só pelo acréscimo de perdas (ganhos) de calor mas também porque cresce o risco de condensações.

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Processos térmicos

Fotografia Termografia

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COEFICIENTE DE TRANSMISSÃO TÉRMICA

Visto que os elementos de um edifício não podem ser vistosde forma isolada (principalmente os da envolvente), dadoexistirem trocas de calor entre os elementos e os ambientesem que se integram, é necessário definir uma característicaque tenha em conta o efeito conjugado de convecção,radiação e condução.

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Hipóteses : - Regime permanente - Fluxo unidireccional

hsi - condutância térmica superficial int. (inclui efeitos convecção+radiação int.)

- condutância térmica da parede

θi

θsi

θseθe

hsihse Kp

Int.

Ext.

QQ= hsi A (θi-θsi)

Q= Kp A (θsi-θse)

Q= hse A (θse-θe)

∑=

k k

kp e

K

λ

1

Pela Conservação da energia:

hse - condutância térmica superficial ext. (inclui efeitos convecção+radiação ext.)

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COEFICIENTE DE TRANSMISSÃO TÉRMICAθi

θsi

θseθe

hsihse Kp

Int.

Ext.

Q

Q= U A (θi-θe)

Objectivo: Determinar o coeficiente U tal que Q possa ser escrito em função de θi e θe.

U - Coef. de transmissão térmica de um elemento construtivo [W/m2 ºC]

Rsi=1/hsi

Rse=1/hse

Manipulando as equações anteriores de fluxo, obtém-se:

Rj - resistência térmica da camada j [m2 ºC/W]

Rsi / Rse - resistências térmicas superficiais interior e exterior, respectivamente [m2 ºC/W]

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Valores convencionais das resistências térmicas superficiais:

Tabela 01 K - Valores das resistências térmicas superficiais, Rsee R

si

(Despacho nº15793-K/2013)Resistência térmica superficial

(m2.ºC/W)

Sentido do fluxo de calor Exterior Rse

Interior Rsi

Horizontal 0,04 0,13

Vertical: Ascendente 0,04 0,10

Descendente 0,04 0,17

Nota: No cálculo do coeficiente de transmissão térmica de um elemento que separa um espaço interior de um espaço não útil ou de um edifício adjacente, devem ser consideradas duas resistências térmicas superficiais interiores, Rsi, uma correspondente ao interior da fracção e outra ao interior do espaço não útil.

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REH: Inverno

O país encontra-se dividido em 3 zonas climáticas de Inverno – I1, I2 e I3.

Exemplo:I3 (Bragança)I2 (Guimarães)I1 (Albufeira)

Os requisitos mínimos de Inverno (Umáx) dependem da zona climática

θi =18 ºC

Zonas climáticas de Inverno no continente

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REH: Inverno

Tabela 02 F - Critérios para a determinação da zona climática de Inverno

CritérioGD ≤ 1300 1300 < GD ≤ 1800 GD > 1800

Zona I1 I2 I3

GD – Graus-dia aquecimento

GD = Σj (θi− θext médio diário)

GD define-se como o somatóriodas diferenças positivas registadas entre a temperatura base (de 18ºC) e a temperatura do ar exterior ao longo da estação de aquecimento

18ºC

� Pág.28

REH: InvernoAltitude do localF

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REH: InvernoF

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REH: INVERNO

Qtr,i [kWh/ano] - Transferência de calor por transmissão através da envolvente

Qve,i [kWh/ano] - Transferência de calor por ventilação

Qgu,i [kWh/ano] - Ganhos térmicos úteis (internos + solares)

[kWh/m2.ano]

Necessidades nominais anuais de energia útil para aquecimento Nic:

Ap [m2] – Área útil de pavimento

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REH: INVERNO




[kWh/m2.ano]



� Pág.32

REH: INVERNO TRANFERÊNCIA DE CALOR POR TRANFERÊNCIA DE CALOR POR TRANFERÊNCIA DE CALOR POR TRANFERÊNCIA DE CALOR POR TRANSMISSÃO ATRAVTRANSMISSÃO ATRAVTRANSMISSÃO ATRAVTRANSMISSÃO ATRAVÉÉÉÉS DA S DA S DA S DA

ENVOLVENTEENVOLVENTEENVOLVENTEENVOLVENTE

Graus-dia de aquecimento

Coeficiente global de transferência de calor por transmissão (W/ºC)

exterior

Coeficiente de transferência de calor através de elementos em contacto com:

espaços não úteis

edifícios adjacentes

solo

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REH: INVERNO

ExteriorExteriorExteriorExterior

InteriorInteriorInteriorInterior

EspaEspaEspaEspaçççço não o não o não o não úúúútiltiltiltil

Hext – coeficiente de transferência de calor através de elementos da envolvente em contacto com o exteriorexteriorexteriorexterior (W/ºC);

TRANFERÊNCIA DE CALOR POR TRANFERÊNCIA DE CALOR POR TRANFERÊNCIA DE CALOR POR TRANFERÊNCIA DE CALOR POR TRANSMISSÃO ATRAVTRANSMISSÃO ATRAVTRANSMISSÃO ATRAVTRANSMISSÃO ATRAVÉÉÉÉS DA S DA S DA S DA


pontes térmicas lineares de elementos em contacto com exterior

zonas correntes epontes térmicas planas de elementos opacos exteriores (paredes, coberturas e pavimentos) eenvidraçados exteriores

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REH: INVERNO





zonas correntes epontes térmicas planas de elementos opacos exteriores (paredes, coberturas e pavimentos) eenvidraçados exteriores

� Pág.35

REH: INVERNO








zonas correntes e pontes térmicas planas de elementos opacos exteriores (paredes, coberturas e pavimentos) eenvidraçados exteriores

� Pág.36

REH: INVERNO





zonas correntes e pontes térmicas planas de elementos opacos exteriores (paredes, coberturas e pavimentos) eenvidraçados exteriores

Exte

rior

Exte

rior

Exte

rior

Exte

rior

Inte

rior

Inte

rior

Inte

rior

Inte

rior

� Pág.37

REH: INVERNO

Henu – coeficiente de transferência de calor através de elementos da envolvente em contacto com espaespaespaespaçççços não os não os não os não úúúúteisteisteisteis(W/ºC);






Exemplos: sótãos e caves não habitadas, circulacirculacirculacirculaççççõesõesõesões (interiores ou exteriores)comuns às fracções autónomas, varandas e marquises fechadas adjacentes aos espaços úteis, garagens, armazéns, entre outros.

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REH: INVERNO

Henu – coeficiente de transferência de calor através de elementos da envolvente em contacto com o espaespaespaespaçççços não os não os não os não úúúúteisteisteisteis (W/ºC);



Inte

rior

Inte

rior

Inte

rior

Inte

rior

Exte

rior

Exte

rior

Exte

rior

Exte

rior


Exemplos: ssssóóóótãos e caves não tãos e caves não tãos e caves não tãos e caves não habitadashabitadashabitadashabitadas, circulações (interiores ou exteriores)comuns às fracções autónomas, varandas e marquises fechadas adjacentes aos espaços úteis, garagens, armazéns, entre outros.

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Henu – coeficiente de transferência de calor através de elementos da envolvente em contacto com espaespaespaespaçççços não os não os não os não úúúúteis teis teis teis (ENU)(ENU)(ENU)(ENU) (W/ºC);




pontes térmicas lineares de elementos em contacto com ENU

zonas correntes epontes térmicas planas de elementos opacos (paredes e pavimentos) eenvidraçados em contacto com ENU Podem entrar ou não

conforme as características do ENU

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Hadj – coeficiente de transferência de calor através de elementos da envolvente em contacto com edifedifedifedifíííícios cios cios cios adjacentesadjacentesadjacentesadjacentes (W/ºC);

É calculado de forma semelhante a Henu

HALLa=6.30m2

T2

DESP.

I.S.a=2.70m2

a=1.70m2

T3

a=11.90m2a=13.30m2 a=13.40m2

CIRCULAÇÃOa=5.60m2I.S.

a=4.10m2

QUARTO 2QUARTO 1 QUARTO

Inte

rior

Inte

rior

Inte

rior

Inte

rior

Edif

Edif

Edif

Edif íí íí

cio

adja

cent

eci

o ad

jace

nte

cio

adja

cent

eci

o ad

jace

nte

� Pág.41



Hecs – coeficiente de transferência de calor através de elementos em contacto como solosolosolosolo (W/ºC);

pavimentosem contacto com o solo

paredes em contacto com o solo

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θext

Q=U ⋅A⋅ (θint - θa) (W)

- Envolvente em contacto com o ar exterior

- Envolvente em contacto com o ar interior

θintθext

θa = θext

θa = θint

θint

- Envolvente em contacto com espaço não útil

θa

θa = θext+ (1-btr)(θint-θext)U – Coeficiente de transmissãotérmica do elemento [W/m2ºC]

A – Área do elemento [m2] 0 < btr <1 (dependente do espaço não útil)



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REH: INVERNO

Em cada hora, as perdas através de um elemento genérico em contacto com o exterior são:

Q= U·A·(θint - θext) [W]

U – coeficiente de transmissão térmica do elemento da envolvente [W/m2.ºC];

A – área do elemento da envolvente medida pelo interior [m2];

θθθθintintintint – temperatura do ar interior do edifício [ºC];

θθθθextextextext – temperatura do ar exterior [ºC]



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REH: INVERNO PERDAS POR CONDUPERDAS POR CONDUPERDAS POR CONDUPERDAS POR CONDUÇÇÇÇÃO PELA ÃO PELA ÃO PELA ÃO PELA ENVOLVENTEENVOLVENTEENVOLVENTEENVOLVENTE

No final da estação de aquecimento, as perdas por esse elemento são:

Q = 0,024·U·A·GD [kWh]

18ºC

GD – Graus-dia aquecimentoÁreas medidas pelo interior

Htr,i – coeficiente global de transferência de calor por transmissão (W/ºC)

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REH: INVERNO

No final da estação de aquecimento, a transferência de calor por transmissão através de toda a envolvente do edifício:

Graus-dia de aquecimento

Coeficiente global de transferência de calor por transmissão (W/ºC)

exterior

Coeficiente de transferência de calor através de elementos em contacto com:


edifícios adjacentes solo



[kWh]

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REH: INVERNO

zonas correntes e pontes térmicas planasde el. opacos e envidraçados

(1)(1)(1)(1) ELEMENTOS EM CONTACTO COM O EXTERIOR:




pontes térmicas lineares

em que:U – coeficiente de transmissão térmica do elemento da envolvente [W/m2.ºC];A – área do elemento da envolvente medida pelo interior [m2];ψ- coeficiente de transmissão térmica linear [W/m.ºC];B - desenvolvimento linear da ponte térmica medido pelo interior [m].

[W/ºC]

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REH: INVERNO

(1)(1)(1)(1) ELEMENTOS EM CONTACTO COM O EXTERIOR:



ψ- coeficiente de transmissão térmica linear [W/m.ºC];Ex: ligação fachada com pavimento

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REH: INVERNO

(2)(2)(2)(2) ELEMENTOS EM CONTACTO COM ENU:



zonas correntes e pontes térmicas planas de el. opacos e envidraçados

Henu – coeficiente de transferência de calor através de elementos da envolvente em contacto com ENU (W/ºC);

pontes térmicas lineares (se btr>0.7)

[W/ºC]Espaço não útil (ENU):• não climatizado;• sem ocupação regular;• circulações comuns (garagens, escadas, elevadores);• fracções não residenciais;• espaços com porta ou janela para o exterior ou outro ENU ventilado naturalmente (sem ser ventilado pela fracção) .

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REH: INVERNO

(2)(2)(2)(2) ELEMENTOS EM CONTACTO COM ENU:

btr é um parâmetro adimensional que toma valores de 0 a 1

btr coeficiente de redução de perdas de um espaço não útil ou edifício adjacente



zonas correntes e pontes térmicas planas de el. opacos e envidraçados

Henu – coeficiente de transferência de calor através de elementos da envolvente em contacto com ENU (W/ºC);

pontes térmicas lineares (se btr>0.7)

[W/ºC]

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REH: INVERNO

Dada a dificuldade em conhecer com precisão o valor de θenu, admite-se que btr pode tomar os valores convencionais indicados na Tabela 22 (Despacho nº15793-K/2013).

btr → estimado em função do volume do ENU (Venu, de ter ou não aberturas de ventilação permanentemente abertas e do quociente:



int enu

enu ext

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REH: INVERNO

Nota: (1) f - Espaço não útil que tem todas as ligações entre elementos bem vedadas, sem aberturas de ventilação permanentemente abertas; F - Espaço não útil permeável ao ar devido àpresença de ligações e aberturas de ventilação permanentemente abertas.(2) Ai – somatório das áreas dos elementos que separam o espaço interior útil do espaço não útil ; Au – somatório das áreas dos elementos que separam o espaço não útil do ambiente exterior; Venu– volume do espaço não útil. (3) Para espaespaespaespaçççços fortemente ventilados os fortemente ventilados os fortemente ventilados os fortemente ventilados bbbbtrtrtrtr deverá tomar o valor de 1,01,01,01,0.(4) Para elementos em contacto com edifedifedifedifíííícios adjacentescios adjacentescios adjacentescios adjacentes deve ser utilizado um valor de bbbbtr tr tr tr de 0,6de 0,6de 0,6de 0,6.



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ENVOLVENTEENVOLVENTEENVOLVENTEENVOLVENTE(3)(3)(3)(3) ELEMENTOS EM CONTACTO COM EDIFÍCIOS ADJACENTES :

btr coeficiente de redução de perdas de edifício adjacente = 0,6

Hadj – coeficiente de transferência de calor através de elementos da envolvente em contacto com edifícios adjacentes (W/ºC);

[W/ºC]Edifícios adjacentes (adj):• edifícios independentes (em lotes de terreno distintos);• edifícios que apesar de se localizarem no mesmo lote não partilham qualquer espaço comum (circulação, garagem ou cobertura) .

É calculado de forma semelhante a Henu:

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ENVOLVENTEENVOLVENTEENVOLVENTEENVOLVENTE(4)(4)(4)(4) ELEMENTOS EM CONTACTO COM O SOLO :

Hecs – coeficiente de transferência de calor através de elementos em contacto com o solo (W/ºC);

pavimento em contacto com o solo

parede em contacto com o solo

em que:Ubfi – coeficiente de transmissão térmica do pavimento enterrado i [W/m2.ºC];Ai – área do pavimento em contacto com o solo i medida pelo interior [m2];zj – profundidade média enterrada da parede j [m];Pj – desenvolvimento total da parede enterrada j medido pelo interior [m];Ubwj – coeficiente de transmissão térmica da parede em contacto com o solo j[W/m2ºC].

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PPPPjjjj


ENVOLVENTEENVOLVENTEENVOLVENTEENVOLVENTE(4)(4)(4)(4) ELEMENTOS EM CONTACTO COM O SOLO :

Hecs – coeficiente de transferência de calor através de elementos em contacto com o solo (W/ºC);

pavimento em contacto com o solo

parede em contacto com o solo

AAAAiiii

PPPPzzzzjjjj

� Pág.55

REH: INVERNO




[kWh/m2.ano]



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PERDAS POR VENTILAPERDAS POR VENTILAPERDAS POR VENTILAPERDAS POR VENTILAÇÇÇÇÃOÃOÃOÃO

A ventilação é o processo através do qual o “ar puro” éintroduzido no interior do edifício e o “ar viciado” é removido.

É uma necessidade, mas a diluição dos poluentes não pode ser feita à custa de consumos energéticos excessivos

REH: INVERNO

� Pág.57

REH: INVERNO PERDAS POR VENTILAPERDAS POR VENTILAPERDAS POR VENTILAPERDAS POR VENTILAÇÇÇÇÃOÃOÃOÃO

Exigências de Qualidade do

Ar Interior (QAI)

Ventilação Natural Ventilação Mecânica

Dá-se:

• por processos naturais

ou passivos;

• através de aberturas

intencionais.

Dá-se:

• por processos

mecânicos ou activos.

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Qra = 0,34⋅Rph⋅Ap⋅Pd⋅(θi - θext) [W/ºC]Em cada hora, as perdas são:

em que:Ap– área útil de pavimento [m2];Pd – pé-direito [m];θθθθiiii – temperatura do ar interior do edifício [ºC];θθθθextextextext – temperatura do ar exterior [ºC].

Qve,i = 0,024⋅GD ⋅Hve,i [kWh]

No final da estação de aquecimento, as perdas são:

com:GD – Graus-dia aquecimento; Rph – Nº de renovações horárias.

?Hve,i = 0,34⋅Rph,i ⋅Ap ⋅Pd [W/ºC]

Hve,i – coeficiente de transferência de calor por ventilação na estação de aquecimento (W/ºC);

Rph,i ≥ 0.4 h-1

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P: Como calcular Rph?

R: Depende se é ventilação natural ou mecânica.No caso da ventilação natural, é necessário ter em conta :

• o enquadramento da fracção autónoma: região (A ou B); rugosidade (I,II,III); nº de fachadas expostas; classe de protecção da fracção (protegido, normal ou desprotegido do vento);• a permeabilidade ao ar da envolvente (caixilharias e caixa de estore);• as aberturas de admissão de ar na fachada (fixas ou autoreguláveis);• as condutas de ventilação natural (exaustão e insuflação)

� Pág.60

REH: INVERNO




[kWh/m2.ano]



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REH: INVERNO GANHOS TGANHOS TGANHOS TGANHOS TÉÉÉÉRMICOS RMICOS RMICOS RMICOS ÚÚÚÚTEISTEISTEISTEIS(INTERNOS + SOLARES)(INTERNOS + SOLARES)(INTERNOS + SOLARES)(INTERNOS + SOLARES)

Os ganhos tganhos tganhos tganhos téééérmicos rmicos rmicos rmicos úúúúteisteisteisteis a considerar no cálculo das necessidades nominais de aquecimento do edifício são :

Os ganhos térmicos internos:(metabolismo ocupantes, equipamentos, …)

Os ganhos solares térmicos pelos vãos envidraçados

Factor de utilização dos ganhos térmicos.

Ganhos térmicos brutos.

[kWh]

[kWh]

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REH: INVERNO GANHOS DE CALORGANHOS DE CALORGANHOS DE CALORGANHOS DE CALOR(INTERNOS)(INTERNOS)(INTERNOS)(INTERNOS)

Os ganhos de calor de fontes internas durante toda aestação de aquecimento::::

(24 horas × 30 dias)/1000

[kWh]

qint = 4 W/m2 (edif. habitação)

M - duração da estação de aquecimento

� Pág.63

REH: INVERNO GANHOS DE CALORGANHOS DE CALORGANHOS DE CALORGANHOS DE CALOR(INTERNOS)(INTERNOS)(INTERNOS)(INTERNOS)

Os ganhos de calor de fontes internas durante toda aestação de aquecimento::::

[kWh]

qint = 4 W/m2 (edif. habitação)

F

� Pág.64

REH: INVERNO GANHOS DE CALORGANHOS DE CALORGANHOS DE CALORGANHOS DE CALOR(SOLARES)(SOLARES)(SOLARES)(SOLARES)

Os ganhos solares (brutos) através dos vãosenvidraçados durante toda a estação de aquecimento::::

Asomb

Autil=Fs.Fg.Aw

G=Gsul.X

g⊥.Fw.Autil.G

Factor SolarCorrigido

• GSul: valor médio mensal da energia solar média incidente numa superfície orientada a Sul [kWh/m2.mês]

• Xj: Factor de orientação para as diferentes exposições

• Fs,i: Factor de obstrução (sombreamentos)

• As nj: área efectiva colectora da radiação solar da superfície n com orientação j [m2]

orientação envidraçado

[kWh]

� Pág.65


I

F

� Pág.66


• Aw: área total do vão envidraçado (com aro e caixilho) [m2]

• Fg: fracção envidraçada

• gi: factor solar de Inverno

• Fw,i: factor de correcção devido àvariação das propriedades do vidro com o ângulo de incidência da radiação solar

Fw,i g⊥,vi (se não tiver disp. permanentes)gTp (se tiver disp. permanentes)

Asomb

Autil=Fs.Fg.Aw

G=Gsul.X

g⊥.Fw.Autil.G

Factor SolarCorrigido

gi =

vidro+disp.permanente

vidro

para vãos envidraçados exteriores

� Pág.67

K


• para vãos envidraçados exteriores:

• para vãos envidraçados interiores (adjacente a ENU com envidraçados):

� Pág.68


Factor solar do vidro Factor solar do vidro Factor solar do vidro Factor solar do vidro g⊥,virepresenta a relação entre a energia solar transmitida para o interior através do vão envidraçado em relação à radiação solar incidente na direcção normal ao envidraçado.

Na estaNa estaNa estaNa estaçççção de aquecimento:ão de aquecimento:ão de aquecimento:ão de aquecimento:

-dispositivos de protecção solar móveis (estores, portadas, cortinas, etc.) admitem-se estar totalmente abertos

Fw,i = 0.90 no Inverno para vidros correntessimples e duplos

Fw,i g⊥,vi (se não tiver disp. permanentes)gTp (se tiver disp. permanentes)

gi =vidro

vidro+disp.permanente

� Pág.69


Fw,i g⊥,vi (se não tiver disp. perm.)gTp (se tiver disp. perm.)

gi =

vidro

K

� Pág.70



gi =

vidro+disp. permanente

K

Vidros de referência:Vidro simples incolor: g⊥,vi = 0.85Vidro duplo incolor: g⊥,vi = 0.75

Para vidros de de de de refrefrefref.+disp.:

Valores da Tabela 13K

� Pág.71



gi =

vidro+disp. permanente

K

Para vidros não de não de não de não de refrefrefref.+disp.:Vidro simples:

Vidro duplo:

� Pág.72


O factor de obstrução Fs varia entre 0 e 1 e representa a redução na radiação solar incidente devida ao sombreamento permanente causado por:

• Obstruções exteriores ao edifício: outros edifícios, orografia, vegetação, ...• Obstruções devidas ao próprio edifício: outros corpos, palas, varandas, ...• Obstruções longíquas:

• existentes no momento do licenciamento• previstas nos planos de pormenor Cuidado:

� Pág.73


Elementos horizontais sobrepostos

Elementos verticais adjacentes

Factor de sombreamento do horizonte

� Pág.74


K

α medido até ao centro do envidraçado e calculado individualmente para cada vão

� Pág.75


K

Sem informaSem informaSem informaSem informaçççção:ão:ão:ão:

•α=45º em ambiente urbano;

•α=20º para edifícios isolados ou localizados fora de zonas urbanas.

� Pág.76


K

� Pág.77


Se palas verticais à direita e à esquerda: Ff = Ff,esq· Ff,dirEfeito do contorno: F0 · Ff ≤ 0.9

� Pág.78

REH: INVERNO FACTOR DE UTILIZAFACTOR DE UTILIZAFACTOR DE UTILIZAFACTOR DE UTILIZAÇÇÇÇÃO DOS ÃO DOS ÃO DOS ÃO DOS GANHOS TGANHOS TGANHOS TGANHOS TÉÉÉÉRMICOSRMICOSRMICOSRMICOS

Factor de utilização dos ganhos térmicos.Ganhos térmicos brutos.

[kWh]

18

� Pág.79

REH: INVERNO FACTOR DE UTILIZAFACTOR DE UTILIZAFACTOR DE UTILIZAFACTOR DE UTILIZAÇÇÇÇÃO DOS ÃO DOS ÃO DOS ÃO DOS GANHOS TGANHOS TGANHOS TGANHOS TÉÉÉÉRMICOSRMICOSRMICOSRMICOS

Com:

� Pág.80

Tempo

θ

Superfície interior

Superfície exterior

Paredepesada

Amortecimentotérmico

Desfasamentotemporal

θmédia

O termo InInInInéééérciarciarciarcia ttttéééérmicarmicarmicarmica refere-se à capacidade de um elemento armazenar calor e só libertá-lo ao fim certo tempo.

A Inércia térmica pode ser usada para absorver os ganhos de calor durante o dia (reduzindo a carga de arrefecimento) e libertá-los à noite (reduzindo a carga de aquecimento).

REH: INVERNO ININININÉÉÉÉRCIA TRCIA TRCIA TRCIA TÉÉÉÉRMICARMICARMICARMICA

� Pág.81

Se as amplitudes térmicas diárias forem grandes, o dimensionamento correcto da inércia térmica (amortecimento e desfasamento) permite um melhor desempenho térmico das construções.

∆qt ∆qt+ϕ= µ.∆qtk

ρρρρ

cp

ϕ- tempo de atraso

µ - factor deamortecimento


� Pág.82

Umas horasdepois ....

O isolamento térmico pelo interior funciona como tampa do reservatório de armazenamento de calor que constitui a massa da construção.


� Pág.83

REH: INVERNO





[kWh/m2.ano]


� Pág.84

REH: VERÃO

O país encontra-se dividido em 3 zonas climáticas de Verão: V1; V2; V3.

θi =25 ºC e ϕi=50%

Os requisitos mínimos de Verão (gTmáx) dependem da zona climática de Verão eda inércia térmica

� Pág.85

REH: VERÃOF

F

� Pág.86

η - factor de utilização (representa a fracção dos ganhos utilizáveis para o conforto)


Ganhos Brutos Ganhos Brutos Ganhos Brutos Ganhos Brutos [kWh/ano][kWh/ano][kWh/ano][kWh/ano]

Ganhos não Ganhos não Ganhos não Ganhos não úúúúteisteisteisteis(que vão provocar (que vão provocar (que vão provocar (que vão provocar sobreaquecimento)sobreaquecimento)sobreaquecimento)sobreaquecimento)

REH: VERÃO

[kWh/m2.ano]

Necessidades nominais anuais de energia útil para arrefecimento Nvc:

� Pág.87

REH: VERÃO FACTOR DE UTILIZAFACTOR DE UTILIZAFACTOR DE UTILIZAFACTOR DE UTILIZAÇÇÇÇÃO DOS ÃO DOS ÃO DOS ÃO DOS GANHOS TGANHOS TGANHOS TGANHOS TÉÉÉÉRMICOSRMICOSRMICOSRMICOS

Com:

Factor de utilização dos ganhos térmicos na estação de arrefecimento ηv:

PerdasGanhos

[kWh/m2.ano]

� Pág.88

REH: VERÃO TRANFERÊNCIA DE CALOR POR TRANFERÊNCIA DE CALOR POR TRANFERÊNCIA DE CALOR POR TRANFERÊNCIA DE CALOR POR TRANSMISSÃO ATRAVTRANSMISSÃO ATRAVTRANSMISSÃO ATRAVTRANSMISSÃO ATRAVÉÉÉÉS DA S DA S DA S DA


[kWh]

25ºC

=24h/dia =24h/dia =24h/dia =24h/dia (30(30(30(30××××2+312+312+312+31××××2)2)2)2)

F

� Pág.89

REH: VERÃO TRANFERÊNCIA DE CALOR POR TRANFERÊNCIA DE CALOR POR TRANFERÊNCIA DE CALOR POR TRANFERÊNCIA DE CALOR POR TRANSMISSÃO ATRAVTRANSMISSÃO ATRAVTRANSMISSÃO ATRAVTRANSMISSÃO ATRAVÉÉÉÉS DA S DA S DA S DA


[kWh]

exterior


solo

[W/ºC]

� Pág.90

REH: VERÃO TRANFERÊNCIA DE CALOR POR TRANFERÊNCIA DE CALOR POR TRANFERÊNCIA DE CALOR POR TRANFERÊNCIA DE CALOR POR VENTILAVENTILAVENTILAVENTILAÇÇÇÇÃOÃOÃOÃO

[kWh]

Taxa nominal de renovação do ar na estação de arrefecimento

Área útil de pavimento [m2]Pé-direito [m]

Rph,v ≥ 0.6 h-1

Volume [m3]

� Pág.91

REH: VERÃO GANHOS TGANHOS TGANHOS TGANHOS TÉÉÉÉRMICOSRMICOSRMICOSRMICOS

[kWh]

Os ganhos térmicos internos:(metabolismo ocupantes, equipamentos, …)

Os ganhos solares térmicos pelos vãos envidraenvidraenvidraenvidraççççados + opacaados + opacaados + opacaados + opaca

� Pág.92

REH: VERÃO GANHOS TGANHOS TGANHOS TGANHOS TÉÉÉÉRMICOSRMICOSRMICOSRMICOS(INTERNOS)(INTERNOS)(INTERNOS)(INTERNOS)

Os ganhos de calor de fontes internas durante toda aestação de arrefecimento::::

qint = 4 W/m2

(edif. habitação)

[kWh]

Lv - duração da estação de arrefecimento (2928 h)

Área útil de pavimento (m2)

� Pág.93

REH: VERÃO GANHOS TGANHOS TGANHOS TGANHOS TÉÉÉÉRMICOSRMICOSRMICOSRMICOS(SOLARES)(SOLARES)(SOLARES)(SOLARES)

ENVIDRAENVIDRAENVIDRAENVIDRAÇÇÇÇADOS+OPACAADOS+OPACAADOS+OPACAADOS+OPACA

[kWh]

Gsol – Energia solar média incidente numa superfície durante toda a estação de arrefecimento [kWh/m2]

Área efectiva colectora

envidraçados(exteriores e interiores)

opaca

Factor de obstrução (sombreamentos)

F

orientaorientaorientaorientaççççãoãoãoão

� Pág.94

REH: VERÃO

[kWh]

Elementos horizontais sobrepostos

Elementos verticais adjacentes

Factor de sombreamento do horizonte

Factor de obstrução (sombreamentos)

No Verão: Fh,v=1.0

Na OPACA é opcional

GANHOS TGANHOS TGANHOS TGANHOS TÉÉÉÉRMICOSRMICOSRMICOSRMICOS(SOLARES)(SOLARES)(SOLARES)(SOLARES)

ENVIDRAENVIDRAENVIDRAENVIDRAÇÇÇÇADOS+OPACAADOS+OPACAADOS+OPACAADOS+OPACA

� Pág.95

REH: VERÃO

[kWh]


ENVIDRAENVIDRAENVIDRAENVIDRAÇÇÇÇADOSADOSADOSADOS

K

• para vãos envidraçados exteriores:

• para vãos envidraçados interiores (adjacente a ENU com envidraçados):

Área efectiva colectora

Fracção envidraçada

� Pág.96



K

Fator solar do vão envidraçado com TODOS os sist. de sombreamento activados a 100%

Fator solar do vão envidraçado com todos os sist. de sombreamento permanentespermanentespermanentespermanentes existentes

� Pág.97



Fator solar do vão envidraçado com todos os sist. de sombreamento permanentespermanentespermanentespermanentes existentes

Fw,v g⊥,vi (se não tiver disp. perm.)

gTp (se tiver disp. perm.)

vidro+disp. permanenteK

� Pág.98



K

Para vidros não de refnão de refnão de refnão de ref.+disp.:Vidro simples:

Vidro duplo:

Fator solar do vão envidraçado com TODOS as protecções solares ativadas a 100%

� Pág.99

Recorre-se ao conceito de temperatura artemperatura artemperatura artemperatura ar----solsolsolsol, que é a temperatura equivalente que traduz o efeito combinado da temperatura exterior e da radiação solar:

G..Rsearsolar αθθ +=−

( ) ( )G

RR se

sar

se

ssolar ⋅+−

=−− α

θθθθ

Temperatura ar-sol:

REH: VERÃO

G

θθθθar

Rse

θθθθs

α – coeficiente de absorção da superfície;G – radiação solar instantânea.


OPACAOPACAOPACAOPACA

� Pág.100

G..Rsearsolar αθθ +=−

[W]( ) ( ) ( )GRAUAUAUQ seiarisolarelemento ⋅⋅⋅+−⋅=−⋅= − αθθθθ

REH: VERÃO

Paravem,

contabilizado em Qtr,v(porque θar < θi)

Ganhos solares pela envolvente opaca

Ao fim da estação de arrefecimento tem-se:

Área efectiva colectora opacaopacaopacaopaca



� Pág.101

REH: VERÃO




Coeficiente de transmissão térmica [W/m2ºC]Área do elemento opaco [m2]

Rse=0.04 [m2ºC/W]

K α

α

� Pág.102

REH: VERÃO




TambTambTambTambéééém se contabilizam os ganhos solares em:m se contabilizam os ganhos solares em:m se contabilizam os ganhos solares em:m se contabilizam os ganhos solares em:

•Fachadas ventiladas;Fachadas ventiladas;Fachadas ventiladas;Fachadas ventiladas;

•Coberturas ventiladas;Coberturas ventiladas;Coberturas ventiladas;Coberturas ventiladas;

•Desvãos de coberturas.Desvãos de coberturas.Desvãos de coberturas.Desvãos de coberturas.É função da emissividadeemissividadeemissividadeemissividade das faces interiores do revestimento e do grau de ventilagrau de ventilagrau de ventilagrau de ventilaççççãoãoãoão do espaço de ar

α×fator

K

K

Baixa emissividade ε ≤0.20

� Pág.103

REH: VERÃO

Com:Factor de utilização dos ganhos térmicos na estação de arrefecimento ηv:

Perdas

Ganhos

[kWh/m2.ano]

Necessidades nominais anuais de energia útil para arrefecimento Nvc:

� Pág.104

REH: Metodologia

� Pág.105

Requisitos Mínimos: Portaria 349-B/2013

A delimitação da envolvente térmica dos edifícios obriga à definição de btr dos espaços não-úteis (ENU).

Elementos exteriores eelementos

interiores com btr > 0.70

� Pág.106


Definição:

Heterogeneidade inserida em zona corrente da envolvente, como por exemplo pilares, talões de viga, caixa de estore,caleiras, etc… (ptp)

� Pág.107


Definição gT:

Factor solar do vão envidraçado com todos os sistemas de sombreamento activados

� Pág.108


Factor solar do vão envidraFactor solar do vão envidraFactor solar do vão envidraFactor solar do vão envidraççççadoadoadoado

ggggvidrovidrovidrovidro gggg100%100%100%100% gggginvernoinvernoinvernoinverno ggggvidrovidrovidrovidro++++dispdispdispdisp. permanentes. permanentes. permanentes. permanentes ggggverãoverãoverãoverão ggggmmmmááááxxxx

Tabela 12KTabela 12KTabela 12KTabela 12K Tabela 13KTabela 13KTabela 13KTabela 13K

Para vidros não de não de não de não de refrefrefref.+disp.:Vidro simples:

Vidro duplo:

Fw,i g⊥,vi (se não tiver disp. perm.)

gTp (se tiver disp. perm.)gi =

� Pág.109


Rph

Requisito mínimo:

Rph ≥ 0,40 h-1

Cálculo de Nic:

Rph,i ≥ 0,40 h-1

Cálculo de Nvc:

Rph,v ≥ 0,60 h-1

Referência:

0,40 h-1≤Rph ≤ 0,60 h-1

� Pág.110

REH: Metodologia

Calculados Calculados Calculados Calculados com com com com valores de valores de valores de valores de referênciareferênciareferênciareferência

� Pág.111

• Termopares:Termopares:Termopares:Termopares: mede a temperatura;

• TermohigrTermohigrTermohigrTermohigróóóómetros:metros:metros:metros: mede a temperatura e a humidade relativa;

• FluxFluxFluxFluxíííímetros:metros:metros:metros: mede o fluxo de calor;

• PiranPiranPiranPiranóóóómetros:metros:metros:metros: mede a radiação solar;

• Sistemas de aquisiSistemas de aquisiSistemas de aquisiSistemas de aquisiçççção de ão de ão de ão de dadosdadosdadosdados.

EQUIPAMENTOS

� Pág.112

• Câmara deCâmara deCâmara deCâmara de Termografia:Termografia:Termografia:Termografia:mede a radiação infravermelha (IR) emitida por um objecto.

• radiação IR é função da temperatura superficial do objecto

termograma com a distribuição das temperaturas superficiais

• permite localizar pontes térmicas, infiltrações de ar e anomalias construtivas.

EQUIPAMENTOS

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MESTRADO EM ARQUITECTURA - fenix.tecnico.ulisboa.pt · Os fenómenos de transmissão de calor importantes para o estudo do comportamento térmico de edifícios resultam de três processos