transmissão térmica_conforto térmico
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8/8/2019 Transmisso trmica_Conforto trmico
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Instituto Superior de Engenharia deCoimbra
Rui Ferreira 1
Departamento de Engenharia Civil
Transmisso trmica
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Transmisso trmica
Sempre que se estabelece uma diferena de temperatura, d-se umatransferncia de energia sob a forma de calor, no sentido datemperatura mais elevada para a mais baixa
Correntemente, admitem-se trs processos distintos de transmissode calor, que podem ocorrer em simultneo
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Transmisso trmicaCondu o o calor transmite-se por contacto entre as molculas deum corpo, ou de vrios corpos contguos. No h deslocamento dematria
Convec o passagem de calor de uma zona para outra de umfludo, atravs de movimentos relativos das partculas que o formam.Quando este fludo encontra um slido h troca de calor entre o fludoe o slido
Radia o liberta o de energia calorfica sob a forma de ondaselectromagnticas, semelhantes luz. Quanto mais quente estiver umcorpo, mais energia liberta
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Transmisso trmica
Fluxo de calor, [W]
Quantidade de calor que passa atravs de uma determinadasuperfcie por unidade de tempo
Condutibilidade t rmica de um material, [W/m. C]
Fluxo de calor que percorre 1m2 de uma parede com 1m deespessura desse material, desde que a diferena detemperaturas, entre as duas faces dessa parede, seja de 1 C
Esta propriedade caracterstica de qualquer material depende dopeso especfico, da porosidade, da humidade, da temperatura,etc
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Transmisso trmicaResistncia t rmica de um elemento, R G
Para elementos compostos por uma ou mais camadas demateriais homogneos:
[m2.C/W]
e espessura do material [m]
- condutibilidade trmica [W/m. C]1/hi- resistncia trmica superficial interior [m2.C/W]1/he - resistncia trmica superficial exterior [m 2.C/W]
e
n
1i i
i
iG h
1e
h1
R
6
Transmisso trmica
Resistncia t rmica superficial, 1/h [m 2.C/W]Resistncia devida a uma fina camada de ar em repouso, juntos superfcies, em que a transmisso de calor efectuada porconveco e radiao
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Transmisso trmicaCondutncia global ou coeficiente de transmisso t rmica,UG
Para elementos compostos por uma ou mais camadas demateriais homogneos:
[W/m2.C]
RG Resistncia do elemento [m2.C/W]
GG R
1U
8
Transmisso trmica
Condutncia global ou coeficiente de transmisso t rmica,UG
Para elementos ou materiais heterogneos:
[W/m2.C]
Si [m2] a rea de elemento i com condutnciaUi [W/m2.C]
n
1ii
i
n
1ii
G
S
S.UU
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Transmisso trmicaFluxo de calor e diagrama de temperaturas
[W/m2]
Sabendo que o fluxo de calor o mesmo ao longo de todas ascamadas atravessadas, ento:
[C]
eiG ttU
1i,ii1i1ii1i,i
R.ttttR
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Departamento de Engenharia Civil
Condensao e permeabilidadeao vapor de gua
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Permeabilidade ao vaporO ar tem capacidade de armazenargua sob a forma de vapor
A quantidade de vapor de gua contida no ar, designa-se porhumidade absoluta do ar e exprime-se em g/ kgde ar seco
A quantidade de vapor de gua no pode exceder umdeterminado valor que se designa porponto de satura o edepende da temperatura e presso atmosfrica
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Permeabilidade ao vapor
Hmidade relativa, H.R.
[%]
mv Massa de vapor de gua contida no ar [kg/m 3]
mvs Massa de vapor de gua de satura o [kg/m 3]
100
m
m.R.H
vs
v
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Permeabilidade ao vaporDiagrama psicrom trico
Relao entre atemperatura, humidaderelativa, presso parcialde vapor e humidadeabsoluta do ar
O ar com t = 20C eH.R.= 80% tem a mesmapresso parcial de vapore hmidade absoluta,que o ar com t = 15C eH.R. = 100%
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Permeabilidade ao vapor
Ponto de orvalho
Ponto a partir do qual acondensa o comea
Exemplo
Condi es ambientaist=20C e H.R.=50% =>Habsoluta=7g/kgar seco
Supondo que atemperatura desce parat=9 C => H.R. = 100% =>PONTO DESATURA O
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Permeabilidade ao vaporFluxo de vapor, V [kg/m 2.s]
Quantidade de vapor que passa atravs de uma determinadasuperfcie por unidade de tempo
Coeficiente de permeabilidade ao vapor, [kg/ m.s.Pa ]
Caracterstica do material usado e depende do peso especfico,
da porosidade, da humidade, da temperatura, etc
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Permeabilidade ao vapor
Resistncia difuso do vapor
Para elementos compostos por uma ou mais camadas demateriais homogneos:
[m2.h.Pa/kg]
e Espessura do material [m]- Coeficiente de permeabilidade ao vapor [kg/ m.s.Pa ]
n
1i i
iV
eR
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Permeabilidade ao vaporPermencia
Para elementos compostos por uma ou mais camadas demateriais homogneos:
[kg/m 2.s.Pa]
RV Resistncia difuso do vapor do elemento[m2
.s.Pa/kg]
VV R
1P
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Permeabilidade ao vapor
Permencia
Para elementos ou materiais heterogneos:
[kg/m 2.s.Pa]
Si [m2] a rea de elemento i com permencia Pi [kg/m 2.s.Pa]
n
1ii
i
n
1iiV
V
S
S.PP
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Permeabilidade ao vaporFluxo de vapor e diagrama de presses
[kg/m 2.s]
Sabendo que o fluxo de vapor o mesmo ao longo de todas ascamadas atravessadas, ento:
[Pa]
eiVV ppP
1i,iVVi1i1ii1i,iV
V R.ppppR1
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Exemplo
Documento doMicrosoft Word
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Departamento de Engenharia Civil
Conforto trmico
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Comportamento Trmico de Edifcios
Nota histrica
O Homem sempre soube tirar partido das condiesclimticas e naturais para obter melhores condies de
conforto
Mas a evoluo scio-econmica conduziu ao aparecimentode novos processos construtivos (no tradicionais)
Por outro lado, as exigncias de conforto aumentaram e spuderam ser verificadas pelo aumento do consumo deenergia convencional
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Comportamento Trmico de EdifciosNacional
O estudo e avaliao do comportamento trmico de edif cios temvindo a tomar importncia
InternacionalO estudo e avaliao do comportamento trmico de edif cios j se realizam muito tempo
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Conforto trmico em edifcios
O conforto termo higromtrico em edifcios depende defactores subjectivos, obtidos atravs de sensa es humanasque diferem de pessoa para pessoaConsidera-se que um indivduo est colocado em condiesde conforto termo higromtrico quando no experimentaqualquer desagrado ou irritao de modo a distrai-lo das suasactividades de momentoA condio bsica para que tal se verifique a de que osistema termo regulador do organismo se encontre emequil brio com o ambiente envolvente, obtendo se ento umestado de neutralidade trmica.
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Conforto trmico em edifciosParmetros condicionadores do estado de equilbrio dosistema termo regulador o organismo:
temperatura do ar;temperatura radiante mdia;velocidade do ar e humidade relativa do ar;nvel de actividade;tipo de vesturio
As condies fisiolgicas no so suficientes paracaracterizarem a sensao trmica provocada pelo ambienteso tambm importantes os factores de natureza psicolgica esociol gica, tais como: sexo, idade, estratoscio-cultural,adaptao ecolgica s regies, etc.
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Conforto trmico em edifcios
Utilizando uma escala de sete termos de 3 a +3,representando o zero a neutralidade trmica ondice PMV(Predict Mean Vote) permite calcular, a partir das condiesambientais, da actividade e do tipo de vesturio, o valor mdioesperado do voto dos indivduos.
Sensa o t rmica PMVFrio -3Fresco -2Relativamente fresco -1ptimo ou neutral 0Relativamente tpido 1Tpido 2Quente 3
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Conforto trmico em edifciosCom base numa anlise estatstica dos resultados daobservao correlacionou-se o PMV com a percentagemprevis vel de pessoas insatisfeitas PPD (PredictedPercentage of Dissatisfied )
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10 10
25
78 78
5
1
10
100
-2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 0,5 1 1,5 2 2,5
PMV
P P D [ %
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Conforto trmico em edifcios
A norma ISO 7730 recomenda para espaos onde se verifiqueocupa o humana, que o valor de PPD seja inferior a 10 %, oque equivale a admitir valores de PMV compreendidos entre0,5 e +0,5
Os valores da temperatura do ar foram fixados admitindo quea velocidade do ar baixa (
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Conforto trmico em edifciosISO 7730 - No Inverno, para actividades leves e sedentrias,considerando um vesturio correspondente a 1 Clo (vesturio usual):
A temperatura deve situar -se entre 20 e 24 C;A diferen a de temperaturas na vertical entre 1,1 e 0,1m acima dopavimento deve ser inferior a 3 C;A temperatura superficial do pavimento deve situar -se entre os 19 e os26 C, com os sistemas de aquecimento dos pavimentos dimensionadospara os 29 C;A assimetria da temperatura radiante de janelas ou de outras superf cies
verticais frias devem ser inferiores a 10 C em rela o a um plano vertical0,6m acima do pavimento;A assimetria da temperatura radiante proveniente de um tecto aquecidodeve ser inferior a 5 C, em rela o a um plano horizontal 0,6m abaixo dotecto;A humidade relativa do ar deve estar compreendida entre 30 e 70 %.
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Conforto trmico em edifcios
ISO 7730 - No Vero para actividades leves e sedentrias,considerando um vesturio correspondente a 0,5Clo(vesturio usual):
A temperatura deve situar-se entre 23 e 25 C;A diferena de temperaturas na vertical entre 1,1 e 0,1m acimado pavimento deve ser inferior a 3C;A humidade relativa do ar deve estar compreendida entre 30 e70%.
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Conforto trmico em edifciosClo a unidade de resistncia trmica do vesturio,1clo=0.155m2K/W
1.5 (clo)Fato completo1.0 (clo)Inverno, interior0.7 (clo)Trabalho0.5 (clo)Leve de Vero0.3 (clo)Tropical0.1 (clo)Cales0 (clo)Nu
Resistnciatrmica
Vestu rio
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Conforto trmico em edifcios
Objectivo do regulamento- INVERNO
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Conforto trmico em edifcios
Objectivo do regulamento- VERO
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Balano energtico
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Balanos energticos
Espa o como elemento central
Espa o delimitado por fronteira atravs do qual contacta com
o exterior
As trocas de calor e os fluxos de ar do-se atravs das
fronteiras
As fronteiras so elemento fundamental na trmica de
edifcios
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Balano energtico
Balano energtico INVERNO
Necessidades nominais de aquecimento
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Balano energtico
Balano energtico INVERNO sem gasto excessivo de
energia
Aumentando o isolamento trmico da fronteira reduz as
perdas
Dispondo envidraados estrategicamente (orientados a sul) -
aumenta os ganhos solaresControlando as trocas de ar com o exterior reduz as perdas
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Balano energtico
Balano energtico VERO
Necessidades nominais de arrefecimento
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Balano energtico
Balano energtico VERO sem gasto excessivo de
energia
Tirando partido do isolamento trmico previsto para o inverno
diminui os ganhos
Reduzindo a incidncia de radiao solar ( dispositivos de
sombreamento e cores claras) diminui os ganhosControlando as trocas de ar com o exterior diminui os ganhos
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Balano energtico
Inrcia t rmica
Propriedade do espao que torna possvel armazenar o calor,
gerindo-o em fun o da temperatura do ar
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Balano energtico
Balano energtico
INVERNO sem gasto
excessivo de energia
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Comportamento da envolvente
Envolvente
Somatrio das componentes fronteira entre o espao e o meio
ambiente que o circunda
Coberturas
Fachadas
Envidra ados
Empenas
Pavimentos
Elementos estruturais envolvidos nestes elementos
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Comportamento da envolvente
Envolvente intervm a dois nveis:
Em termos geomtricos para o mesmo volume a forma
conduz a superfcies diferentes
Factor de forma = superf cie / volume
Em termos de transferncia de calor mais ou menos
resistente ao fluxo de calor
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Comportamento da envolvente
Elementos opacos
Coberturas, pavimentos e os panos de fachada
Contribuem para os ganhos/perdas trmicas em fun o do seu
grau de isolamento trmico
Contribuem para a inrcia t rmica conforme a sua massa e
localizao do isolamento t rmico
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Comportamento da envolvente
Elementos opacos
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Comportamento da envolvente
Elementos translcidos
Envidraados
Visibilidade e contacto com o exterior
Iluminao natural
Ganhos solares
Perdas trmicas
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Comportamento da envolvente
Elementos translcidos
A rea de envidraados deve ser definida tendo em conta:
Iluminao natural
Ganhos solares teis (Inverno) -SUL
Perdas trmicas (Inverno) NORTE
Ganhos solares nefastos (Vero) SUL
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