TRANSMISSÃO DE CALOR

EM FECHAMENTOS

OPACOS E A

INÉRCIA TÉRMICA

Ariovaldo Denis Granja

Lucila Chebel Labaki

Regime Permanente

R (m² °C/W) => resistência à passagem da onda térmica

U (W/m² °C) => medida do fluxo de calor dada uma Dt

R é obtida através do método da caixa quente protegida.

Temperaturas constantes. Valor de R obtido é válido na

suposição de regime permanente ou estacionário.

Adequado para estudos preliminares e não muito rigorosos

do comportamento térmico de fechamentos opacos. Além de

não considerar as variações dos elementos climáticos, não

leva em consideração a capacidade de armazenamento de

calor pelo fechamento considerado.

Regime Periódico

Considera variação periódica dos elementos

climáticos

Pode haver inversão do fluxo térmico (altas

amplitudes)

ts,e ts,its,e ts,i

ts,e>ts,i ts,e<ts,i

Então o conhecimento sobre o desempenho térmico da parede é

superior quando analisado em condições periódicas, principalmente

em locais com alta amplitude de temperatura diária

Superfície Externa

absorção radiação solar (a)

trocas por radiação (e)

trocas por convecção

(térmica e forçada)

tse

tsi

te

ti

Parte da energia será

dissipada por convecção e

radiação

Densidade de fluxo de

calor da superfície interna

para o interior do cômodo

Parte da energia aquecerá a

placa e o saldo será

transmitido à superfície interna

Interior da Placa

Atraso

Amortecimento

INÉRCIA TÉRMICA

Como parte da energia térmica

originada da superfície externa será

consumida para aquecimento do

fechamento em questão, levando um

certo tempo, essa energia alcançará

a superfície interna com um certo

atraso.

Além disso, como parte da energia

térmica foi consumida para

aquecimento do fechamento, a sua

amplitude será amortecida no

momento em que ela atinge a

superfície interna.

h

R

h

Itt

ee

esa

e

a

Superfícies

verticais=0

Temperatura sol-ar

tsa

ti

te

ti

Mackey e Wright, 1943

1nnnn,sam,sasa costtt

Componente oscilante

Horizontais: n=2

Verticais: n=8Fourier

Convergência da tsa

0

20

40

60

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24

Tsolar

°C

tsa 1° harmônico 2° harmônico

hi=6,3W/m² °C he=21,9W/m² °C ti=26°C a=0,4 r=63W/m² e=0,9

Dia típico de verão, superfície horizontal

Propriedades termofísicas

ca

sm2

ca

sm2

Difusividade Térmica (ou “condutividade de temperatura”):

medida da velocidade de propagação do calor através do

material (dimensão: área/tempo).

Condições

de verão

A difusividade não se relaciona linearmente com a densidade:

Ex.: difusividade Concreto (2.200Kg/m³, = 1,74 W/m °C) é

apenas 2X a difusividade de Concreto celular (500Kg/m³, =

0,2 W/m °C)

A difusividade depende da condutividade térmica e do produto

(densidade X calor específico)

c (kJ/kg/ °C)

0,38 (cobre) a

2,30

(aglomerados

de madeira)

Maioria: por

volta de 1

Seleção de materiaisMaterial c ad

d=10cm Kg/m³ W/m °C KJ/Kg °C cm²/h - h

Aço 7.800 55,000 0,46 552 0,72 2,9

Granito 2.600 3,000 0,84 49 0,83 2,5

Lã vidro 50 0,045 0,70 46 1,00 0,4

Concreto 2.200 1,740 1,00 28 0,79 2,9

Poliestireno expandido 33 0,035 1,42 27 0,99 0,7

Lã rocha 100 0,045 0,75 22 0,98 0,9

Argamassa comum 1.950 1,150 1,00 21 0,80 2,9

Placa de fibrocimento 2.000 0,950 0,84 20 0,83 2,7

Vidro comum 2.700 1,100 0,84 17 0,76 3,3

Placa gesso 875 0,350 0,84 17 0,91 2,0

Concreto celular 500 0,200 1,00 14 0,92 1,9

Terra Argilosa 1.700 0,520 0,84 13 0,82 3,0

Madeira maciça 900 0,290 1,34 9 0,80 3,5

Aglomerado leve madeira 225 0,058 2,30 4 0,74 4,5

Aglomerado denso madeira 925 0,200 2,30 3 0,56 6,5

Dados termofísicos: ABNT, 1998hi=6,3W/m² °C he=21,9W/m² °C ti=26°C a = 0,7 r=63W/m² e=0,9

Inércia Térmica

-50

0

50

100

150

200

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

Tsolar

qi (W

/m²)

com armazenamento sem armazenamento

Dia típico de Verão, superfície horizontal

Placa horizontal de concreto

d = 15 cm e a = 0,96 (preto)

= 2200 Kg/m³ c = 1KJ/Kg °C = 1,74 W/m °C

hi=6,3W/m² °C he=21,9W/m² °C ti=26°C r=63W/m² e=0,9

= 4,3h

= 0,67

I Atraso dimensionável (uso cômodo)

II Picos (dimensionamento equipamento)

III Carga térmica 24h: consumo energia

qi24h = 1.240 Wh/m²

Espessura X Inércia Térmica

d = 15cm

24 h = 883 Wh/m²

máx = 94 W/m²

= 4,3h

= 0,67

d = 5cm

24 h = 1100 Wh/m²

máx = 165 W/m²

= 1,3h

= 0,94

ti = 26 °C

Placas de Concreto

Concreto: =2243 Kg/m³ c=1KJ/Kg °C =1,73W/m °C

hi=6,3W/m² °C he=21,9W/m² °C ti=26°C a = 0,7 r=63W/m² e=0,9

Cor (a) X Inércia Térmica

-40

-20

0

20

40

60

80

100

120

140

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

Tsolar

qi (w

/m²)

branco neve verde piscina vermelho cardinal preto

20

25

30

35

40

45

50

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

Tsolar

ts,i (

°C)

branco neve verde piscina vermelho cardinal preto

127 W/m²

39 W/m²

46 °C

32 °C

C

= 2200 Kg/m³

c = 1 KJ/Kg °C

= 1,75 W/m °C

d = 15 cm

h i=

6,3W

/m²

°C h

e=21

,9W

/m²

°C t

i=26

°C

r=63

W/m

² e=

0,9

Branco neve

a = 0,26

Verde piscina

a = 0,55

Vermelho cardinal

a = 0,69

Preto

a = 0,96

de ALMEIDA SILVA CASTRO et alii, 2001

-50

0

50

100

150

200

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

Tsolar

qi (W

/m²)

branca 5cm cinza 5cm branca 20cm cinza 20cm

Cor X Variação da espessura

105 W/m²

48 W/m²

hi=6,3W/m² °C he=21,9W/m² °C ti=26°C r=63W/m² e=0,9

Concreto: =2243 Kg/m³ c=1KJ/Kg °C =1,73W/m °C

Atenuação maior na espessura menor

Espessura de Isolante (IC)

-20,0

0,0

20,0

40,0

60,0

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

Tsolar

qi (W

/m²)

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

tsa

(°C

)

I=0,25L I=0,5L I=0,75L tsa

-20

0

20

40

60

0,25 0,5 0,75

l/L

qi

(W/m

²)

L 5cm_qimáx L 5cm_qimín

L = 5cm

Nivelamento aprox. l=0,6L

Mais isolante => menor atraso

hi=6,3W/m² °C he=21,9W/m² °C ti=26°C a=0,7 r=63W/m² e=0,9

C

= 2200 Kg/m³

c = 1 KJ/Kg °C

= 1,75 W/m °C

I

= 35 Kg/m³

c = 1,67 KJ/Kg °C

= 0,03 W/m °C

0,6

Espessuras CAC

-20,0

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

Tsolar

qi (W

/m²)

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

tsa

(°C

)

a/L=>0 a/L=0,25 a/L=0,5 a/L=0,75 e a/L=>1 tsa

hi=6,3W/m² °C he=21,9W/m² °C ti=26°C a=0,7 r=63W/m² e=0,9

Dados

Termofísicos:

Exemplo 8

Maior atenuação: a/L => 0

e

Aumento do atraso

-50,0

-30,0

-10,0

10,0

30,0

50,0

70,0

90,0

110,0

130,0

150,0

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

-50,0

-30,0

-10,0

10,0

30,0

50,0

70,0

90,0

110,0

130,0

150,0

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

Concreto X Concreto celular

Concreto (d = 20 cm)

Concreto Celular (d = 2,3 cm)

72 W/m²

128 W/m²

qi24h = 803,5 Wh/m²

qi24h = 803,5 Wh/m²

qi(W

/m²)

qi(W

/m²)

= 2200 Kg/m3

c = 1KJ/Kg °C

= 1,74 W/m °C

d/ = 0,115 m² °C/W

U = 3,13 W/m² °C

= 5,2 h

= 0,56

= 500 Kg/m3

c = 1KJ/Kg °C

= 0,20 W/m °C

d/ = 0,115 m² °C/W

U = 3,13 W/m² °C

= 0,2 h

= 1,00

hi=6,3W/m² °C he=21,9W/m² °C ti=26°C a=0,7 r=63W/m² e=0,9

Idên

ticos

em

reg

ime

perm

anen

te

Inferências

• Inércia térmica proporciona eficiência energética em fechamentos opacos de edificações locais

• Primariamente: amortecimento dos picos de carga térmica e atraso da onda de calor

• Dependem de localização, características construtivas e regime de operação da edificação

• Flutuação da temperatura externa em relação à temperatura interna: potencialização do efeito da inércia térmica (inversão de fluxo)

Referências Citadas

ABNT – Associação brasileira de normas técnicas. Projeto de norma 02: 135.07.002. Desempenho térmico de edificações. Parte 2: Métodos de cálculo da transmitância térmica, da capacidade térmica, do atraso térmico e do fator de calor solar de elementos e componentes de edificações, 1998.

CHVATAL, K. M. S. A prática do projeto arquitetônico em Campinas, SP e diretrizes para o projeto de edificações adequadas ao clima. Campinas, 1998. 173p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Faculdade de Engenharia Civil, UNICAMP, 1998.

de ALMEIDA SILVA CASTRO, A. P., LABAKI, L. C., CARAM DE ASSIS, R., BASSO, A. Medidas de refletância de cores de tintas através de análise espectral. In: ENCONTRO NACIONAL SOBRE CONFORTO NO AMBIENTE CONSTRUÍDO, 2001, São Pedro, SP. Anais... , p. 285-286.

SATTLER, M. A. Dias típicos para o projeto térmico de edificações para Porto Alegre. In: ENCONTRO NACIONAL DE CONFORTO NO AMBIENTE CONSTRUÍDO, 1°, 1990, Gramado. Anais... Porto Alegre, 1991, p.127-132.