comportamento tÉrmico de soluÇÕes em madeira...

COMPORTAMENTO TÉRMICO DE SOLUÇÕES EM MADEIRA.

Adequação ao novo RCCTE

Encontro Nacional de Engenharia de Madeiras ENEM09

Nuno SimõesDEC-FCTUC

Colaboração: Joana Prata e Inês Simões

NUNO SIMÕES(DEC-FCTUC; ITeCons)

MOTIVAÇÃO

• Análise dos parâmetros de caracterização térmica desoluções (em madeira) que tenham influência nobalanço energético da envolvente de edifícios.

2

Metodologia de cálculo definida no

RCCTE


SUMÁRIO

• Balanço energético através da envolvente de edifícios na estação de aquecimento

• Caracterização térmica de soluções construtivas:

▫ Coeficiente de transmissão térmica, U

▫ Coeficiente de perdas lineares,

▫ Inércia Térmica (Massa Térmica)

▫ (Atraso térmico)

3


OBJECTO DE ESTUDO

4

Materiais

areia

cimento

argila

madeira

alumínio

aço

pedra

vidro

pvc

…

Produtos

betão

tijolo

argamassa

caixilho

bloco

isolamento

…

Soluções construtivas

Parede

Pavimento

Cobertura

Janela

…

Características térmicas

Propriedades físicas

Desempenho térmico

Comportamento Térmico

&Desempenho

Energético

Arquitectura

Clima

Localização

Processo construtivo

…


BALANÇO ENERGÉTICO ATRAVÉS DA ENVOLVENTE DE EDIFÍCIOS NA ESTAÇÃO DE AQUECIMENTO

5

Nic Ni Nvc Nv Nac Na

Ntc Nt

Perdas de calor:

envolvente opaca exterior

envolvente interior

envidraçados

renovação de ar (ventilação)

Ganhos internos

Ganhos solares através dos envidraçados

• Metodologia de cálculo do RCCTE



6

Nic Ni


Qt = Qext + Qlna + Qpe+ Qpt

Nic = (Qt + Qv - Qgu) / Ap

Perdas de calor associadas à ventilação

Perdas de calor pela envolvente

Ganhos úteis de calor



7

ext 0.024(kWh)

Q U A GD


0.024

(kWh)pt j jQ B GD

l na 0.024(kWh)

Q U A GD



8


v 0.024 0.34

(kWh)ph p dQ R A P GD

0.024

(kWh)pe j jQ B GD



9


.S sul j snjj n

Q G X A M

. . 0.720i i pQ q M A

.gu gQ QGANHOS ÚTEIS

GANHOS BRUTOS

g i SQ Q Q

Dependente da Inércia Térmica


▫ Coeficiente de transmissão térmica, U

▫ Coeficiente de perdas lineares,

▫ Inércia térmica (Massa Térmica)

▫ (Atraso térmico)

10

CARACTERIZAÇÃO TÉRMICA DE SOLUÇÕES CONSTRUTIVAS


COEFICIENTE DE TRANSMISSÃO TÉRMICA, U

11

Paredes Coberturas e Pavimentos

Vãos envidraçados e Pontes térmicas planas

W/(m2.ºC)



Metodologias:

1. Método simplificado (EN ISO 6946:2007);

2. Métodos numéricos (Diferenças Finitas, Elementos Finitos;

Elementos de fronteira;...);

3. Método de ensaio descrito na EN ISO8990:1996 (Hot-Box);

4. Valores tabelados (por exemplo NP EN 1745:2005 ou ITE50).

12



1. Método simplificado (EN ISO 6946:2007)

13

fafb

fcfd

a

b

c

d

1 2 3

d1d2

d3

D

Tq

q

Tb

b

Ta

a

T Rf

Rf

Rf

R '

1

TRU 1

2

'''TT

TRRR

jjjj Rf

Rf

Rf

R q

q

b

b

a

a ...1

se21si''

T .... RRRRRR n

Limite inferior da RT total Limite superior da RT total

ajaj

aj

dR

Rsi e Rse representam as resistências superficiais interior e exterior, respectivamente [m2.⁰C/W].




14

ajaj

aj

dR

λ – condutibilidade térmica do elemento [W/(m. ⁰C)]




EXEMPLO 1

15

21 0.25W/(m .ºC)T

UR

Fonte: http://www.dataholz.com

T si 1 2 se

T

2T

....0.013 0.1 0.12 0.040.13 0.040.25 0.13 0.04 0.8

3.96m .ºC/W

nR R R R R R

R

R




EXEMPLO 2

16

a

b

c

1 2 3' ''

2

23.5 3.31m .ºC/W

2

T TT

T

R RR

R

2

1

0.293W/(m .ºC)T

UR

U

Fonte: http://www.egoin.biz

fafb

fcfd

a

b

c

d

1 2 3

d1d2

d3

D



2. Métodos numéricos (MDF, MEF; MEF;...)

EXEMPLO 2

17

21

20.295W/(m .ºC)U



3. Método de ensaio descrito na EN ISO8990:1996 (Hot-Box)

18

“Guarded Hot Box”

“Calibrated Hot Box”


ProveteФsur

Фedge

Fluxo de calor

Potência Perdas de calor pelas paredes da caixa Perdas de calor pela moldura Temperaturas na superfície do provete e no ar






20

Legenda:1 – Painel envolvente2 – Painel de calibração ou provete3 – Lado frio4 – Lado quente5 – Localização dos sensores de temperatura do ar6 – Barreiras difusoras (baffles)


Spec

imen

Hot

cha

mbe

r

Cold

cha

mbe

r




Barreira

Malha de termopares

Provete

Sensores de medição de temperatura na superfície e no ar





4. Valores tabelados (por exemplo NP EN 1745:2005 ou ITE50)

23

Não contempla soluções de parede ou de

pavimento em madeira.

““

Betão PedraBlocosTijolo

ITE50


COEFICIENTE DE PERDAS LINEARES,

24

Fachada+Pavimento Térreo Fachada+Pavimento sobre Local Não Aquecido

Fachada+Pavimento Intermédio

Fachada+Cobertura Fachada+Varanda 2 Paredes Verticais

Fachada+Caixa de Estore

Fachada+Padieira

W/(m.ºC)



Metodologias:

1. Valores tabelados no RCCTE;

2. Valores tabelados na norma ISO 14683:2007;

3. Método de cálculo normalizado na ISO10211:2007.

25



1. Valores tabelados no RCCTE

EXEMPLO 1 - 2 Paredes Verticais

26

Em alternativa =0.5 W/(m.ºC)



1. Valores tabelados no RCCTE

EXEMPLO 2 - Fachada+Pavimento Intermédio

27

Em alternativa =0.5 W/(m.ºC)


2. Valores tabelados na norma ISO 14683:2007

EXEMPLO 1 - 2 Paredes Verticais

28


For lightweight walls: U = 0,375 W/(m2⋅ºC)


2. Valores tabelados na norma ISO 14683:2007

EXEMPLO 2 - Fachada+Pavimento Intermédio

29


For lightweight walls: U = 0,375 W/(m2⋅ºC)


3. Metodologia ISO 10211

30

Qtotal Qpte térmica linear Qzonas correntes (W)

Qtotal z lz T Ux,z lxlz T Uy ,z lylz T (W)Qpt l T (W) Qext U A T (W)



3. Metodologia ISO 10211

31

Qtotal Qpte térmica linear Qzonas correntes (W)

L2D U jl jj (W/(m.C))

Qtotal z lz T Ux,z lxlz T Uy,z lylz T (W)

Qtotal

lzTz Ux,zlx Uy,zly (W/(m.C))

L2D (W/(m.C)) lj - Comprimento medido pelo interior (m)

U j 1

Rse Ri Rsii; ;




2. Metodologia ISO10211

32

Cálculo de Qtotal

2Tx 2

2Ty 2 0

- Não há geração de calor- Não há acumulação de calor- λ é constante

Assumindo que:

Método dos Elementos Finitos

Qx ATx

(W) Qy ATy

(W)

Taxa de Transferência de Calor:

; Lei de Fourier

Perfil de Temperaturas




33

EXEMPLO :

L2D U1l1 U2l2 (W/(m.C))

L2D 0,39 1 0,39 1 (W/(m.C))

U 1

Rse R j Rsij

(W/m2.C) R j d j

j

(m2 .C/W)

LIGAÇÃO ENTRE DUAS PAREDES VERTICAIS

MEF

Perfil de Temperaturas

16,61 W/mtotalQl

Taxa Total de Transferência de Calor por cada m de PTL

L2D Qtotal

l T


34

BETÃO MADEIRA TIJOLO FURADO

em [m] 0,22 0,1 | 0,22 0,22

L2D [W/(m.ºC)] 1,235 0,831 | 0,636 1,030

Ψ [W/(m.ºC)] 0,196 0,05 | 0,062 0,165


RESULTADOS – Duas Paredes Verticais com Isolamento pelo Exterior

Ψ (RCCTE) 0,10 - 0,15


Ψ (ISO 14683) 0,15


35


em [m] 0,22 0,1 | 0,22 0,22

L2D [W/(m.ºC)] 1,064 0,803 | 0,603 0,895

Ψ [W/(m.ºC)] 0,025 0,022 | 0,029 0,030


RESULTADOS – Duas Paredes Verticais com Isolamento pelo Interior

Ψ (RCCTE) 0,20 - 0,25


Ψ (ISO 14683) 0,05


36


em [m] 0,22 0,10 | 0,22 0,22

ep [m] 0,24 0,25 0,24

L2D [W/(m.ºC)] 1,165 0,873 |0,648 0,991

Ψ [W/(m.ºC)] 0,126 0,092 | 0,074 0,126


RESULTADOS – Fachada+Pavimento Intermédio c/ Isol. pelo Exterior

Ψ (RCCTE) 0,2

Metodologia ISO10211


37


em [m] 0,22 0,1 | 0,22 0,22

ep [m] 0,24 0,25 0,24

L2D [W/(m.ºC)] 1,835 0,917 | 0,666 1,479

Ψ [W/(m.ºC)] 0,796 0,136 | 0,092 0,614


RESULTADOS – Fachada+Pavimento Intermédio c/ Isol. pelo Interior

Ψ (RCCTE) 0,7<Ψ<0,8



38


em [m] 0,22 0,1 | 0,22 0,22

ep [m] 0,32 0,33 0,32

L2D [W/(m.ºC)] 1,771 0,878 | 1,021 1,541

Ψ [W/(m.ºC)] 0,661 0,080 | 0,072 0,517


RESULTADOS – Fachada+Pavimento sobre LNA c/ Isol. Pelo Exterior

Ψ (RCCTE) 0,45<Ψ<0,50



INÉRCIA TÉRMICA (MASSA TÉRMICA)

39

. .si it

p

M r SI

A

2 t

2 2 t

2 t

I 150 / Inércia Fraca

150 / I 400 / Inércia M édia

I 400 / Inércia Forte

kg m

kg m kg m

kg m

1. Determinação de massas térmicas (regras de quantificação de Mt e Msi)



40

Envolvente exterior, elemento em contacto com outra fracção autónoma ou com espaços não úteis

sem isolamento – Msi=mt/2 ou 150 kg/m2 (máximo);

com isolamento – Msi = massa do lado interior do isolamento ou 150 kg/m2 (máximo).


Elemento construtivoResistência témica, R, do revestimento superficial

[m2.ºC/W]

Factor de correcção

r

Valor efectivo a adoptar para o valor da massa

superficial útil(Msi)

Envolvente exterior ou interior

R ≤ 0,140,14 <R ≤ 0,30

R > 0,30

10,50

Msi0,50.Msi

0



41

Resistência témica, R, do revestimento superficial

[m2.ºC/W]

Factor de correcção

r

Valor efectivo a adoptar para o valor da massa

superficial útil(Msi)

R ≤ 0,14R > 0,14 numa das faces do elemento

R > 0,14 em ambas as faces do elemento

10,75

0,50

Msi0,75.Msi

0,50.Msi

Elementos interiores da fracção autónoma

Msi=mt ou 300kg/m2 (máximo)




42

Fonte: http://www.dataholz.com

Msi = 50 kg/m2

Rt do revestimento superficial = 0.052 m2.ºC/W

Msi.r = 50 kg/m2

100 mm, 500 kg/m3


EXEMPLO 1 Envolvente exterior com isolamento – Msi = massa do lado interior do isolamento ou 150 kg/m2 (máximo)



43


EXEMPLO 1 (cont.) Envolvente exterior com isolamento – Msi = massa do lado interior do isolamento ou 150 kg/m2 (máximo)

Msi.r = 50 kg/m2

100 mm, 500 kg/m3

220 mm

Msi.r = 150 kg/m2

r = 0.5Msi.r = 75 kg/m2


44


2. Análise comparativa dos índices térmicos fundamentais

EXEMPLO 1

35.04 35.04

36.22

Moradia T5, Ap=356.95m2

Nic (kWh/m2.ano)

Ni (kWh/m2.ano)

Nvc (kWh/m2.ano)

Nv (kWh/m2.ano)

Nac (kWh/m2.ano)

Na (kWh/m2.ano)

Ntc (kgep/m2.ano)

Nt (kgep/m2.ano)

Fraca 67,59 5,15 1,45Média 65,34 3,27 1,4Forte 63,97 1,46 1,37

67,85 18 19,887,8 3,46

FF=0.61

A


45



EXEMPLO 2

Nic (kWh/m2.ano)

Ni (kWh/m2.ano)

Nvc (kWh/m2.ano)

Nv (kWh/m2.ano)

Nac (kWh/m2.ano)

Na (kWh/m2.ano)

Ntc (kgep/m2.ano)

Nt (kgep/m2.ano)


69,39 18 10,09 23,23 3,92

Moradia T4, Ap=254.51.95m2

FF=0.63

A


46



EXEMPLO 3

Alçado Principal

Apartamento T1, Ap=49.56m2

Nic (kWh/m2.ano)

Ni (kWh/m2.ano)

Nvc (kWh/m2.ano)

Nv (kWh/m2.ano)

Nac (kWh/m2.ano)

Na (kWh/m2.ano)

Ntc (kgep/m2.ano)

Nt (kgep/m2.ano)


62,17 18 28,69 47,72 7,16

FF=0.47

A


ATRASO TÉRMICO

ABNT NBR 15220-2:2005:• Tempo decorrido entre a variação térmica num meio e a

sua manifestação na superfície oposta de um componenteconstrutivo sujeito a um regime periódico de transmissão decalor.

EXEMPLOSPropriedades térmicas

Material Condutibilidade Térmica (W.m-1.ºC-1)

Calor Específico (J.kg-1.ºC-1)

Massa Volúmica (kg.m-3)

Cerâmico 0.90 920 1600

Betão 1,4 1000 2300

Madeira 0.12 1340 375Lã de rocha 0.04 750 70

1 21,382. .tR B B 2 ( , , )pB f c


Atraso Térmico (em horas)

Espessura (m) Madeira Betão Tijolo

0.22 10.62 5.8 10.4

0.11 5.12 2.9 5.2

0.11/0.220.11/0.220.11/0.22 0.11/0.220.11/0.220.11/0.22

EXEMPLO 1 - Sem isolamento

Int. Ext. Int. Ext. Int. Ext.

ATRASO TÉRMICO


ATRASO TÉRMICO



0.22 11,71 1,49 7,14

0.11 6,86 1,46 6,19

0.060.11/0.22

0.060.11/0.22

0.060.11/0.22

0.060.11/0.22

0.060.11/0.22

0.060.11/0.22

EXEMPLO 2 - Com 60 mm de lã de rocha pelo interior

Int. Ext. Int. Ext.Int. Ext.


ATRASO TÉRMICO



0.22 12,75 18,90 8,48

0.11 7,78 13,14 7,45

0.060.11/0.22

0.060.11/0.22

0.060.11/0.22

0.060.11/0.22

0.060.11/0.22

0.060.11/0.22

EXEMPLO 2 - Com 60 mm de lã de rocha pelo exterior

Int. Ext. Int. Ext.Int. Ext.

COMPORTAMENTO TÉRMICO DE SOLUÇÕES EM MADEIRA.

Adequação ao novo RCCTE

Encontro Nacional de Engenharia de Madeiras ENEM09

Nuno SimõesDEC-FCTUC

Colaboração: Joana Prata e Inês Simões

Os parâmetros de caracterização térmica de soluções (em madeira) que têminfluência no balanço energético da envolvente de edifícios (de acordo com ametodologia definida no RCCTE) são os seguintes:

- Coeficientes de transmissão térmica, U;- Coeficientes de perdas lineares, ;- Massas térmicas, para efeito de cálculo da classe de Inércia Térmica.

comportamento tÉrmico de soluÇÕes em madeira...

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