CEFET-SC
UNIDADE SÃO JOSÉ
ESTIMATIVA DE CARGA
TÉRMICA PARA
CLIMATIZAÇÃO
Parcelas de carga térmica:
Transmissão
Insolação direta
ar de renovação / infiltração
iluminação
pessoas
equipamentos
Carga Térmica (CT) total:
CT sensível (pessoas,
insolação, renovação /
infiltração, transmissão,
iluminação, equipamentos)
CT latente (pessoas, ar de
renovação / infiltração e
equipamentos)
Determinação das parcelas:
Transmissão – através de
paredes internas e externas,
vidros internos e externos,
tetos e pisos (exceto sobre o
solo)
Insolação – através da incidência
direta do sol sobre vidros
transparentes. Usa-se correções
para vidro duplo, vidros mais
grossos, vidros com película e para
retardamento da radiação.
Ar de renovação / infiltração: A
quantidade do ar de renovação é
calculada a partir do número de
pessoas no ambiente. Utiliza-se 27
m3/h por pessoa ou 17 m3/h por
pessoa para determinar o ar de
renovação. O ar de infiltração
depende das portas abertas – ver
norma NBR
Iluminação
A NBR estabelece a quantidade de
Watts de iluminação por metro
quadrado de acordo com o tipo de
ambiente. Se iluminação é
incandescente multiplica-se por
0,86. Se é fluorescente multiplicase por 1,032.
Equipamentos
Deve-se considerar todos os
equipamentos que liberam calor
sensível ou latente dentro do
ambiente (ex de calor latente:
bancadas para aquecimento de
almoço). O valor em W liberado
pelos equipamentos deve ser
multiplicado por 0,86. Um
computador dissipa cerca de 135 W
de energia para o ambiente.
Pessoas
A Norma NBR 6401 apresenta a
dissipação de calor sensível e
latente para uma pessoa de acordo
com o tipo de atividade
desenvolvida no ambiente. Para
auditórios uma pessoa libera
54kcal/h de calor sensível e
46kcal/h de calor latente (suor e
respiração).
Dutos de retorno:
Caso o duto de retorno atravesse
um forro não climatizado, deve-se
considerar o calor recebido pelo
duto na estimativa da carga
térmica, uma vez que essa energia
recebida deverá ser retirada da
máquina. Para tanto, basta calcular
a área lateral dos dutos de retorno.
Considerações gerais:
Cada cidade tem temperaturas e
umidades relativas prédeterminadas pela NBR 6401.
Cidades próximas devem ter suas
condições consideradas através de
aproximação ou dados medidos
através de estações meteorológicas
/ solarimétricas. As temperaturas
internas de conforto são
estabelecidas de acordo com a
aplicação.
Considerações gerais:
Se um ambiente é construído
diretamente sobre o piso, podemos
desconsiderar a troca de calor por
transmissão entre o piso e o
ambiente. Se um ambiente
climatizado está localizado ao lado
de outro ambiente climatizado,
desconsidera-se as trocas de calor
por transmissão entre estas duas
superfícies. Isso vale para o teto /
piso.
Considerações gerais:
No hemisfério sul, o sol percorre um
caminho aparente sobre um plano
vertical ligeiramente inclinado para
o norte. Dessa forma pela manhã
são insoladas as faces norte e
leste. Pela tarde são insoladas as
faces oeste e norte. A face sul está
sempre à sombra.
Considerações gerais:
A estimativa de carga térmica é realizada
através de programas hora-a-hora, onde
é possível determinar a carga térmica ao
longo de todo o ano. Para fins de
aplicações até 5 TR basta a estimativa
para o período mais crítico – verão 10h
ou 15h. A carga térmica maior é a
considerada. Exemplo: se há muitas
janelas na face oeste, então a carga
térmica da tarde será superior à carga
térmica da manhã.
Considerações gerais:
Quando uma janela é sombreada
esta poderá ser considerada à
sombra. A parte que fica ao sol é
calculada em separado. Uma janela
tem energia entrando por insolação
direta e por transmissão.
Calculando as parcelas:
Transmissão: basta calcular as
áreas das superfícies que envolvem
o ambiente climatizado, separar as
paredes mais insoladas (oeste e
norte ou leste e oeste), calcular as
áreas do forro e piso.
Calculando as parcelas:
Se há insolação direta sobre a parede então a equação é:
Q = U.A.[ (0,2 x FGCI)/25) + Te -Ti] = Fator . Área
que é uma simplificação para a equação:
Q= U. A. [ DTC + (25 – Ti) + (Te – 29)] = Fator. Área
Já a equação para transmissão para paredes e vidros que
estão à sombra é:
Q = Área . U. (Te – Ti) = Fator . Área
Calculando as parcelas:
A parcela devido à Insolação pode ser calculada por:
Q=A.FGCImax. FCR.CS
onde FGCImáx é tabelado de acordo com a face e latitude
FCR é tabelado de acordo com a face
CS é tabelado de acordo com tipo de vidro
FGCI depende de cada região. Medições podem substituir os
valores das tabelas para construção de fatores para regiões
diferentes.
Para os vidros ao sol soma-se ainda a parcela:
Q = U. A.(Te – Ti)
Calculando as parcelas:
A soma de todas as parcelas latentes e sensíveis é importante
para se calcular o FCS = CALOR SENSÍVEL / CALOR TOTAL.
As serpentinas do equipamento de climatização são
projetadas para retirar parte de calor sensível (75%) e parte de
calor latente. Se um ambiente tiver muito calor latente, a
máquina deverá ser especialmente encomendada ao
fabricante senão não vai conseguir retirar a umidade do
ambiente.
Utilização de planilhas:
O uso de planilhas poderá ser realizado desde que se
entendam as limitações das mesmas: Ou seja, nossa planilha
vale para a região de Florianópolis. Para Joinville, Lages,
Blumenau deve-se utilizar planilhas específicas. Planilhas são
construídas utilizando-se materiais convencionais. Caso os
materiais utilizados sejam especiais, novos coeficientes de
transmissão de calor (U) devem ser calculados e isso mudará
os fatores das planilhas. Ou seja, planilhas são simplificações
do cálculo que para ser feito de forma mais precisa depende
de conhecimentos de transferência de calor.
Estimativa do coeficiente global de transf. Calor “U”
O coeficiente global “U” é calculado através das resistências
térmicas equivalentes:
U = 1 / Re
Re = [(1 / he) + ( L1 / K1) + ( L2 / K2 ) + ... + (1 / hi)]
Multiplicando-se U pela diferença de temperatura (Te-Ti) temse o fator da planilha de carga térmica. Logo, conhecendo-se a
equação de cada parcela e as condições geográficas é
possível construir se planilhas para qualquer cidade.
Exemplo de aplicação:
Semana 2 – período vespertino
janela oeste = 2,00 m2 x 353 (com cortina interna) = 706 kcal/h
janelas norte e sul totalmente sombreadas = 32m2 + 26m2 =
58m2. Logo: 58 x 42 (fator janela sombra) = 2436 kcal/h
A parede norte é a que sobra retirando-se a janela tem-se 16
m2 de janela mais insolada. A PAREDE oeste é de 24 m2
menos 2 m2 da porta e 2m2 da janela. Logo, 20m2 é a área
que sobra. As paredes mais insoladas somam então 36m2.
Então 36 x 43 (fator parede 15cm mais insolada) = 1548kcal/h.
As paredes sul e leste são menos insoladas. As áreas destas
superfícies (retirando-se as áreas das janelas) é de 22m2 +
24m2 = 46m2. Logo 46 x 18 (fator parede 15cm menos
insolada – item 2.4 da planilha) = 828 kcal/h.
Pelo forro de telhado arejado sem isolamento tem-se uma
parcela de 128m2 x 20 = 2560 kcal/h.
Exemplo de aplicação:
São 3240W x 1,032 = 3343kcal/h
São 900W de equipamentos x 0,86 = 774 kcal/h
São 16 pessoas em escritório – logo Parcela sensível é 16 x
54 = 864 kcal/h. Já a parcela latente é de 16 x 59 = 944 kcal/h.
O ar de renovação (determinado pela portaria do ´PMOC)
como sendo 27 m3/h por pessoa. Logo 16 x 27 = 432 m3/h.
A parcela sensível é 432 x 2 = 864 kcal/h. A parcela latente é
de 432 x 6,2 = 2678 kcal/h.
O cálculo ficará completo com a soma de todas as parcelas
sensíveis e latentes. Observa-se que a planilha utilizada é
para condições externas de 32C e 60% e condições internas
de 25C e 50% de umidade relativa – na Latitude de 27 graus
do hemisfério sul (isso interfere na insolação).
Exemplo de aplicação:
Para concluir, basta multiplicar esse valor total por 4 e obter a
carga térmica em Btu/h. Se esse novo valor em Btu/h for
dividido por 12.000 teremos o resultado da carga térmica em
TR. Com a carga térmica estimada podemos procurar nos
catálogos os equipamentos que são capazes de atender à
nossa necessidade. Pode ser splits, selfs, janela etc. Se o
equipamento for dutado, devemos estimar a rede de dutos.
Para tanto estima-se uma vazão de 680m3/h para cada TR da
máquina. Dessa forma é possível estimar a rede de dutos
considerando-se velocidades da ordem de 5m/s.
Observa-se que as capacidades das máquinas são
escalonadas. Logo é preciso se decidir algumas vezes por
uma máquina de menor capacidade ou uma de maior
capacidade. A decisão deve ser realizada dentro de cada
contexto, sendo que o objetivo de se vender equipamento não
deve ser o critério mais preponderante.