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Desempenho Térmico de edificações Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
PROFESSOR
Roberto Lamberts
ALEJANDRO NARANJO
ECV 5161 UFSC FLORIANÓPOLIS Unidade deportiva Atanasio Girardot - Medellín
isolantes
estru
tura
cálculos
exemplos e testes introdução
2 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
intr
od
uçã
o
+
3 3 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
Transferência de calor
equilíbrio térmico
Transmissão de Calor: ocorre quando dois corpos apresentam temperaturas diferentes
T1 T2
4 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
. Condução . Convecção . Radiação . Condensação
Formas de transmissão de calor
intro
du
ção –
isolan
tes –
cálculo
s – exemp
los e te
stes
5 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
Absortância em ondas curtas – α : função da cor
RS absorvida/ RS incidente
Refletividade em ondas curtas – ρ:
RS refletida/ RS incidente
Transmissividade em ondas curtas – τ:
RS atravessa a superfície/ RS incidente
Emissividade – ε:
R emitida/ R emitida pelo corpo negro (mesma temperatura)
Propriedades térmicas dos materiais
intro
du
ção –
isolan
tes –
cálculo
s – exemp
los e te
stes
6 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
Emissividade (ondas longas)
Fonte: NBR 15220 (2003)
Absortância (ondas curtas)
Tipo de superfície ε α Tipo de superfície
Propriedades térmicas dos materiais
intro
du
ção –
isolan
tes –
cálculo
s – exemp
los e te
stes
7 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
Condutividade térmica – λ: fluxo de calor transferido por unidade de espessura e por
unidade de gradiente de temperatura (W/m.K)
Calor específico – c: quantidade de calor necessária para elevar em 1 grau a
temperatura de um componente, por unidade de massa (kJ/kg.K)
Propriedades térmicas dos materiais
intro
du
ção –
isolan
tes –
cálculo
s – exemp
los e te
stes
8 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
Termografía - Foto externa
Fachada Leste Fachada Sul Fachada Leste Fachada Sul
intro
du
ção –
isolan
tes –
cálculo
s – exemp
los e te
stes
9 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
Foto interna
Foto externa
Branco por fora Verde escuro por fora Branco por fora Verde escuro por fora
intro
du
ção –
isolan
tes –
cálculo
s – exemp
los e te
stes
10 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
Foto interna
Verde escuro por fora Branco por fora Verde escuro por fora Branco por fora
intro
du
ção –
isolan
tes –
cálculo
s – exemp
los e te
stes
11 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
Foto externa
Telhado branco Telhado fibrocimento Telhado branco Telhado fibrocimento
intro
du
ção –
isolan
tes –
cálculo
s – exemp
los e te
stes
12 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
Temperatura x acabamento superficial da telha
intro
du
ção –
isolan
tes –
cálculo
s – exemp
los e te
stes
13 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
Temperatura x acabamento superficial da telha
intro
du
ção –
isolan
tes –
cálculo
s – exemp
los e te
stes
14 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
intro
du
ção –
isolan
tes –
cálculo
s – exemp
los e te
stes
iso
lan
tes
+
15 15 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
Isolantes fibrosos (λ = 0.045 W/m.K)
Lã de rocha ou lã mineral
Lã de vidro
Poliestireno (λ = 0.035 a 0.040 W/m.K)
Expandido (granulado aglutinado por fusão)
Extrudado (células fechadas)
Espuma de poliuretano
(λ = 0.030 W/m.K)
Concreto celular com 400 kg/m³
(λ = 0.17 W/m.K)
Agregados leves
Expandido (granulado ou aglutinado por fusão)
Vermiculita
Argila expandida – concreto com 500 kg/m³
(λ = 0.20 W/m.K)
Cinza sinterizada
Escória sinterizada - concreto com 1000 kg/m³
(λ = 0.35 W/m.K)
Isolantes térmicos convencionais
16 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
Placa de forro revestida na face aparente
Feltros flexíveis
Aplicações:
-Isolação térmica de forros e coberturas
-Fabricação de telhas duplas isolantes
-Isolamento de ruídos de impacto
em pisos
-Isolação acústica de equipamentos
intro
du
ção –isolan
tes –
cálculo
s – exemp
los e te
stes
Isolantes fibrosos (λ = 0.045 W/mK) Lã de vidro
17 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
intro
du
ção –isolan
tes –
cálculo
s – exemp
los e te
stes
Isolantes fibrosos (λ = 0.045 W/mK) Lã de vidro
Painéis termo-acústicos
Feltros flexíveis ensacados
Isolamento para sistemas de distribuição de ar
Revest. Dutos metálicos
Aplicações:
-Na construção civil: Paredes duplas, coberturas, pisos flutuantes, miolos de divisórias e isolação térmica em geral.
-Na Indústria: Isolação térmica de caldeiras, fornos, estufas, tanques de armazenagem.
18 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
intro
du
ção –isolan
tes –
cálculo
s – exemp
los e te
stes
Isolantes fibrosos (λ = 0.045 W/m.K) Lã de vidro
Painéis rígidos e semi-rígidos de lã de vidro
Aplicações em paredes Isolamento termo-acústico entre pavimentos
Isolamento termo-acústico Em laje de cobertura
19 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
intro
du
ção –isolan
tes –
cálculo
s – exemp
los e te
stes
Isolantes fibrosos (λ = 0.045 W/m.K) Lã de vidro
Aplicações em coberturas
20 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
intro
du
ção –isolan
tes –
cálculo
s – exemp
los e te
stes
Isolantes fibrosos (λ = 0.045 W/m.K) Lã de vidro
Aplicação de lã de vidro em tubulações
Isolante térmico cilíndrico, bi-partido de lã de vidro Aplicações: Tubulações que operam em baixas e altas temperaturas
21
Paredes DryWall
21 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts
intro
du
ção –isolan
tes –
cálculo
s – exemp
los e te
stes
Isolantes fibrosos (λ = 0.045 W/m.K) Lã de vidro
22 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
Isolantes fibrosos (λ = 0.045 W/m.K) Lã de rocha ou lã mineral
intro
du
ção –isolan
tes –
cálculo
s – exemp
los e te
stes
Principais características: • Incombustível • Resistência ao fogo • Segurança • Absorção Acústica
Propriedades:
• Boa resiliência • Resistência a vibrações • Não-higroscópico • Imputrescível • Quimicamente neutro
Painéis flexíveis, rígidos e semi-rígidos
Mantas flexíveis Tubos de lã de rocha com alta densidade
Painéis rígidos revestidos com um filme de PVC
23 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
Isolantes fibrosos (λ = 0.045 W/m.K) Lã de rocha ou lã mineral
intro
du
ção –isolan
tes –
cálculo
s – exemp
los e te
stes
Flocos amorfos: Aplicação em sistemas ou equipamentos com difícil acesso
Segmentos rígidos em lã de rocha, suportados por um laminado de papel kraft. Utilizado para isolamento de superfícies cilíndricas
Feltros leves e flexíveis: Indicado para isolamentos termo-acústicos em superfícies irregulares, planas ou cilíndricas.
24 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
• Expandido (granulado aglutinado por fusão)
• Extrudado (células fechadas)
intro
du
ção –isolan
tes –
cálculo
s – exemp
los e te
stes
Poliestireno (λ = 0.035 a 0.040 W/m.K)
25 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
Telhas e painéis isotérmicos compostos por chapas metálicas com núcleo em espuma de poliuretano expandido
Aplicações: coberturas, paredes internas e externas, divisórias, forros
intro
du
ção –isolan
tes –
cálculo
s – exemp
los e te
stes
Espuma de poliuretano (λ = 0.030 W/m.K)
26 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
intro
du
ção –isolan
tes –
cálculo
s – exemp
los e te
stes
Espuma de poliuretano (λ = 0.030 W/m.K)
27 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
Menor peso Não-inflamável
Isolante térmico Isolante acústico
intro
du
ção –isolan
tes –
cálculo
s – exemp
los e te
stes
Concreto celular com 400 kg/m³ (λ = 0.045 W/m.K)
28 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
Agregado leve: vermiculita
Placas isolantes extremamente leves, prensadas, quimicamente ligadas, à base de vermiculita expandida. Utilizada para miolos de portas, divisórias, revestimento de estufas, caldeiras, fornos, etc
Argamassa plástica com baixa viscosidade para assentamento de tijolos e placas termo isolantes, constituida de vermiculita expandida, argila refratária e aglomerados minerais
intro
du
ção –isolan
tes –
cálculo
s – exemp
los e te
stes
Vermiculita em grãos
Utilizada na isolação térmica e acústica de equipamentos industriais, como componente de argamassas e de concretos leves para a construção.
29 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
leveza
resistência
inércia química
estabilidade dimensional
resistência ao fogo
isolante térmico
isolante acústico
intro
du
ção –isolan
tes –
cálculo
s – exemp
los e te
stes
Agregado leve: argila expandida
cálc
ulo
s
+
30 30 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
Resistência térmica:
Camadas homogêneas:
R = e / λ (W/m².K)
De superfície a superficie (Rt)
Fórmulas básicas
e
λ
Rt = Aa + Ab + … + An
Aa + Ab + … + An Ra + Rb + … + Rn
De ambiente a ambiente (RT)
RT = Rse + Rt + Rsi
Onde: e: espessura da camada λ: condutividade térmica do material da camada Aa, Ab .. An: Área de cada seção Ra, Rb .. Rn: Resistência térmica de superfície a superfície para cada seção Rse: Resistência superficial externa Rsi: Resistência superficial interna
Rse + Ra +Rb + Rc + Rsi
cálc
ulo
s
+
31 31 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
Resistência Térmica superficial interna e externa:
cálc
ulo
s
+
32 32 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
Condições de ventilação para as câmaras de ar:
São considerados dois tipos de ventilação para as câmaras de ar: Pouco ou Muito Ventiladas,
cálc
ulo
s
+
33 33 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
Resistência térmica de câmaras de ar não ventiladas com largura muito maior que a espessura
cálc
ulo
s
+
34 34 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
Transmitância térmica: Fluxo de calor transmitido por unidade de área e por unidade de diferença de temperatura
U = 1/ RT (W/m².K)
Capacidade térmica:
CT = (λi . Ri) . Ci . ρi = (ei) . Ci . ρi
Capacidade térmica de um componente:
Fórmulas básicas
CT = Aa + Ab + … + An
Aa + Ab + … + An CTa + CTb + … + CTn
Onde: e: espessura da camada c: calor específico do material da camada ρ: densidade de massa aparente do material da camada Aa, Ab .. An: Área de cada seção CTa, CTb .. CTn: Capacidade térmica do compontente para cada seção
35 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
Atraso térmico elemento homogêneo
φ = 1,382 . e . ρ . c
3,6 . λ
ou
φ = 0,7284 . Rt . CT
Fórmulas básicas
intro
du
ção – isolan
tes – cálcu
los
– exemp
los e te
stes Atraso térmico elemento heterogêneo
φ = 1,382 . Rt . B1 + B2
B0 = CT - CText
Se B2 = 0 < 0 (negativo) B2 = 0
B1 = 0,226 . B0
Rt
B2 = 0,205 . (λ . ρ . C) ext . Rext - Rt - Rext
Rt 10
Fator de Calor Solar: FS = 100 . U . α . Rse
36 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
Fluxo de calor que atravessa a parede:
q = U . (Text – Tint) = U . ΔT
U = Transmitância térmica (W/m².K) ΔT = Text - Tint (K) q = densidade do fluxo de calor (W/m²)
Fluxo de calor que incide no ambiente:
Φ = q.A = U . ΔT . A
A = área da superfície (W/m²)
Transferência de calor
T. Ext > T. Int
intro
du
ção – isolan
tes – cálcu
los
– exemp
los e te
stes
37 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
Fluxo de calor é função de:
• ΔT = Text – Tint • Radiação Solar (RS)
Temperatura Sol - ar: Efeito combinado radiação solar incidente + intercâmbios de energia (radiação e convecção)
Balanço térmico:
α . RS + ρ . RS = RS
α + ρ = 1
RS
ε
Comportamento diante da radiação solar
intro
du
ção – isolan
tes – cálcu
los
– exemp
los e te
stes
38 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
Tsol -ar = Text + α . RS . Rse
Φ = U . A . (Text + α . RS . Rse – Tint)
ΔRL = 0, perdas compensadas pela radiação de onda longa recebida do solo e das superfícies do meio
Fluxo de calor em planos verticais:
RS: Radiação total incidente na superfície Rse: Resistência superficial externa = trocas de calor por convecção e radiação entre a superfície e o meio ΔRL: Diferença entre a radiação de onda longa emitida e recebida pela superfície
Tsol - ar = Text + α . RS . Rse - ε . ΔRL . Rse
Radiação solar será inclusa no cálculo do fluxo de calor através de um valor de temperatura equivalente, Temperatura Sol - ar:
Superfícies verticais (paredes):
Comportamento diante da radiação solar
intro
du
ção – isolan
tes – cálcu
los
– exemp
los e te
stes
39 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
Tsol -ar = Text + α . RS . R se - 4
Φ = U . A . (Text + α . RS . R se – 4 - Tint)
Planos horizontais (coberturas):
Fluxo de calor em planos horizontais:
ε . ΔRL . R se = 4°C (Dados Experimentais)
Comportamento diante da radiação solar
intro
du
ção – isolan
tes – cálcu
los
– exemp
los e te
stes
exe
mp
los
e t
est
es
+
40 40 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
cor branca tijolo maciço
rebôco
INT
EXT
Dados: U = 2 W/m².K Text = 30°C Tint = 25°C Orientação = oeste (latitude 30° sul) A = 5 m x 3 m Pior situação de verão: RS ? Rse = 0,04 W/m².K (TABELA)
Exemplo numérico
41 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
α = 0,2 (parede branca)
Φ = U . A . (Text + α . RS . Rse – Tint)
Φ = 2,00 . 5,00 . 3,00. (30 + 0,2 . 715 . 0,04 – 25)
Φ = 321,6 W fluxo de calor que penetra no ambiente por m² de fechamento
Exemplo numérico
intro
du
ção – isolan
tes – cálcu
los – exe
mp
los e
teste
s
IRC – Ottawa
42 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
intro
du
ção – isolan
tes – cálcu
los – exe
mp
los e
teste
s
Caixa Quente Protegida: Execução de ensaios para medir a transmitância térmica de elementos construtivos Em escala real.
43 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
IRC - Ottawa
intro
du
ção – isolan
tes – cálcu
los – exe
mp
los e
teste
s
Placa Quente Protegida: Método de medição da condutividade e resistência térmica de materiais Parte 4 da NBR 15220 (2003)
44 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
IRC – Ottawa
intro
du
ção – isolan
tes – cálcu
los – exe
mp
´s e te
stes
intro
du
ção – iso
lante
s – cálculo
s – exem
plo
s e te
stes
45 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 9: Desempenho térmico de paredes e coberturas
IRC – Ottawa – Casas de testes
intro
du
ção – isolan
tes – cálcu
los – exe
mp
los e
teste
s