Curso de Pós-Graduação em Arquitetura Bioclimática
Sustentabilidade e Eficiência Energética
Módulo 6
Conforto Térmico III
Profa. Dra. Léa Cristina Lucas de Souza
Março/2010
Curso de Pós-Graduação em Arquitetura Bioclimática
Sustentabilidade e Eficiência Energética
AB
Módulo 6 – Conforto Térmico III
Cronograma
HORÁRIO
Sexta
18:00 – 20:00
20:05 – 23:00
Sábado
08:00 – 10:00
10:00 – 11:30
11:30 – 13:00
14:00 – 17:00
17:05 – 18:00
Domingo
08:00 – 10:00
10:00 – 13:00
Mar-10
Souza
MATÉRIA
Desempenho térmico: Processos de transmissão de calor.
Propriedades térmicas dos materiais. Exercício de avaliação.
Aplicação da NBR.15220
Aplicação da NBR.15220
Aplicação da NBR 15220
Exercício de Avaliação
Ventilação
Cálculo da Ventilação
Avaliação e correção da avaliação
Profa. Dra. Léa Cristina Lucas de
Pág.: 2
AB
Curso de Pós-Graduação em Arquitetura Bioclimática
Sustentabilidade e Eficiência Energética
Módulo 6 – Conforto Térmico III
Índice
1
DESEMPENHO TÉRMICO DE EDIFICAÇÕES .......................................
..........................
1.1
4
Processos de transferência de calor...................................................................................... 4
1.1.1
Condução, convecção e radiação............................................................................. 4
1.2
Propriedades térmicas dos materiais..................................................................................... 5
1.3
Cálculo para paredes, coberturas e janelas: Aplicação da NBR-15.220 ..............................11
2
VENTILAÇÃO........................................................................................................................
18
2.1 Ventilação nos espaços internos............................................................................................19
2.1.1
3
Cálculo de ventilação.................................................................................................20
BIBLIOGRAFIA.......................................................................................................................21
ANEXOS
Mar-10
Souza
Profa. Dra. Léa Cristina Lucas de
Pág.: 3
AB
Curso de Pós-Graduação em Arquitetura Bioclimática
Sustentabilidade e Eficiência Energética
Módulo 6 – Conforto Térmico III
DESEMPENHO TÉRMICO DE EDIFICAÇÕES
Para a sustentabilidade e eficiência energética das construções, o desempenho térmico do edifício é um
dos principais elementos a serem considerados, determinando o conforto térmico do usuário. Uma
edificação, sujeita às variações climáticas externas, deve promover o conforto térmico do homem em
seu ambiente interno. Porém, uma edificação é uma estrutura rígida que não se auto-regula, como é o
caso dos seres vivos, e por isso mesmo é necessário conhecer os princípios termodinâmicos que agem
sobre ela, para que as trocas de calor proporcionem ambientes internos apropriados ao desenvolvimento
das atividades humanas no seu interior. O estudo do desempenho térmico de edificações requer,
portanto, o conhecimento de processos de transmissão de calor e das propriedades térmicas dos
materiais.
1.1 Processos de transferência de calor
Na transferência de calor, um dos principais conceitos envolvidos é a temperatura. O conceito de
temperatura pode ser descrito como o grau de calor contido em um sistema, corpo ou meio fluido. A
condição para que haja transferência de calor é haver diferença de temperatura entre os corpos (ou
parte deles) ou meio. Havendo diferença de temperatura (ou gradiente de temperatura em um mesmo
corpo), haverá fluxo de calor do corpo (ou parte dele) de maior temperatura para aquele de menor
temperatura.
Como essa transferência depende diretamente da diferença de temperatura, à medida que o corpo de
menor temperatura se aquece, diminui essa diferença e a velocidade de transmissão do calor se reduz.
O tempo é, portanto, uma variável importante no processo de transmissão de calor. Quando é
considerado que o processo de transmissão de calor depende não só da temperatura, mas também do
tempo, adota-se a denominação de regime transitório ou transiente. Em condições normais, sob as
condições de variações climáticas externas, o edifício está sujeito ao regime transitório de transmissão
de calor. No entanto, por razões didáticas, para efeitos de simplificação de cálculos, muitas vezes
adotam-se procedimentos que assumem que as temperaturas são mantidas constantes durante um
tempo indeterminado. Esse regime constante é denominado regime permanente de transferência de
calor.
A transferência de calor ocorre por três tipos de mecanismos, que podem agir separadamente ou em
conjunto (o que é mais habitual). São eles: condução, convecção e radiação.
1.1.1 Condução, Convecção e Radiação
A condução é o processo de transmissão de energia térmica em corpos sólidos que estejam em contato,
exigindo, portanto, continuidade física da matéria. É feita pelo movimento vibratório de moléculas
aquecidas, que se colidem e transportam energia para as mais frias, sem que haja deslocamento de
matéria. Como a taxa de transferência de calor é proporcional ao gradiente de temperatura, a
transmissão de calor por condução pode ser equacionada pela Lei de Fourier:
Q = - λ.A.T/x
OBS: O sinal negativo da expressão é uma indicação do fluxo de calor no sentido da maior temperatura para a
menor temperatura.
onde:
Q é a taxa de transferência de calor (W)
λ é a condutividade térmica característica de cada material (W/m.K)
A é a área da superfície considerada (m2)
T/x é o gradiente de temperatura na direção do fluxo (K/m)
Mar-10
Souza
Profa. Dra. Léa Cristina Lucas de
Pág.: 4
AB
Curso de Pós-Graduação em Arquitetura Bioclimática
Sustentabilidade e Eficiência Energética
Módulo 6 – Conforto Térmico III
radiação
convecção
condução
Figura 1 – Condução, convecção e radiação
A convecção é a passagem de calor em meios fluidos ou gases, pela diferença de temperatura e de
densidade entre duas regiões, envolvendo transporte de matéria. Quando as moléculas entram em
contato entre si, a transferência de calor que se produz no interior desse fluido é um processo de
condução, mas a troca de energia ocorre por transferência de massa.
A convecção pode ser natural ou forçada. Quando ocorre espontaneamente por diferenças de
densidades provocadas pelas diferenças de temperaturas, chama-se convecção natural; quando ocorre
por meios mecânicos, produzidos artificialmente, chama-se convecção forçada. O calor transmitido por
convecção pode ser expresso pela Lei de Newton:
q = h.A.(Tp - T)
onde:
h é o coeficiente de convecção (W/m2.oC)
Tp é a temperatura da superfície (oC)
T é a temperatura do fluido (oC)
O coeficiente h indica a quantidade de calor que se transfere da superfície até o fluido, por unidade de
o
tempo e unidade de área, quando a diferença de temperatura entre a superfície e o fluido é de 1 C. No
caso da convecção natural, esse valor depende de diferenças de temperaturas, do tipo de superfície, da
posição e da dimensão. Quando se trata de convecção forçada, depende principalmente da velocidade
do ar.
A radiação é uma emissão de energia em forma de ondas eletromagnéticas. A radiação é um processo
que não requer contato entre os corpos, podendo ocorrer mesmo no vácuo.
Nas trocas de calor por radiação é importante verificar que cada corpo possui seu fator de emissividade
e nem toda a radiação emitida por um corpo chega ao outro, pois depende da posição (visibilidade)
entre eles. A quantidade de calor por radiação emitida por um corpo é regida pela Lei de StefanBoltzmann:
4
4
q = Fe.Fg..A (T1 - T2 )
onde:
Fe é a função emissividade, que leva em conta dimensões e emissividade das superfícies
Mar-10
Souza
Profa. Dra. Léa Cristina Lucas de
Pág.: 5
AB
Curso de Pós-Graduação em Arquitetura Bioclimática
Sustentabilidade e Eficiência Energética
Módulo 6 – Conforto Térmico III
Fg é o fator de forma, que relaciona uma superfície com a outra
-8
2
4
 é a constante de Stefan-Boltzmann, que vale 5,669 x 10 W/m . K
T1 e T2 são as temperaturas em K
A radiação recebida por um corpo pode ser proveniente do Sol, sendo denominada radiação de ondas
curtas, ou ser originária da emissão de superfícies em função da temperatura alcançada; nesse caso
denominada radiação de ondas longas.
Uma parte da energia radiante que incide sobre um corpo é perdida em função da sua capacidade de
absorver, refletir e transmitir calor. Para as ondas longas, a quantidade absorvida pode ser considerada
igual à quantidade emitida.
1.2 Propriedades térmicas dos materiais
Os materiais apresentam características térmicas que influem nas trocas de calor (como pode ser
verificado nas expressões matemáticas que exprimem os processos de transmissão de calor
anteriormente abordados) e, por consequência, determinam o desempenho térmico do edifício.
O parâmetro denominado condutividade térmica (W/m.K) é um coeficiente, que inclui as trocas
envolvidas no interior do material e que define a capacidade do mesmo de conduzir o calor. A
condutividade térmica determina a quantidade de calor que atravessa um metro linear do material, em
uma unidade de tempo, para cada unidade de temperatura diferente entre dois pontos considerados.
O valor alcançado para a condutividade térmica permite classificar os materiais como isolantes ou
condutores, ou seja, se sua capacidade de conduzir calor é alta, eles são bons condutores; sendo baixa,
os materiais são isolantes.
Em geral, essa propriedade guarda determinada relação com a densidade de massa aparente do
material (kg/m3). Quanto mais denso, melhor condutor, pois apresenta mais partes sólidas. Quanto mais
porosos, melhores isolantes, porque apresentam maior quantidade de ar, que, por sua vez, quando
parado é menos condutor. No entanto, o aumento da porosidade do material tem um limite ótimo, acima
do qual, há um aumento das trocas de calor por convecção, dentro do material, que podem aumentar a
sua condutividade, pelo ganho de calor causado por essas trocas.
O valor da condutividade aumenta com o incremento da umidade no material, porque a água é melhor
condutor do que o ar, e como passa a preencher os poros do material, esse passa a ter maior
condutividade. Normalmente, os valores de condutividades encontrados em bibliografias são relativos ao
material seco.
Na prática, é mais comum que seja tomada a razão entre a espessura do elemento construtivo e a
condutividade térmica, revelando a capacidade do material em resistir à passagem de calor e
possibilitando assim a melhor comparação entre os elementos construtivos. Esse parâmetro é
denominado resistência térmica de elementos e componentes e é expresso por:
R
onde:
e

2
R é a resistência térmica do elemento (m .K/W)
e é a espessura do material (m)
λ é a condutividade térmica (W/m.K)
Quanto maior é a espessura do elemento, maior é a resistência e, quanto maior é a condutividade,
menor é a resistência.
A resistência térmica R acima mencionada considera apenas o material propriamente dito, porém,
devem ser ainda levadas em conta as resistências superficiais exercidas pelas faces do material
(camada limite). Essas são devidas à resistência da própria camada de ar adjacente à superfície, que
promovem coeficientes de radiação e de convecção, que são traduzidos pelos coeficientes de
convecção externa e interna. Além disso, o material pode apresentar diversas camadas com diferentes
resistências, que também devem ser levadas em conta. Desse modo, a resistência térmica total de uma
Mar-10
Souza
Profa. Dra. Léa Cristina Lucas de
Pág.: 6
AB
Curso de Pós-Graduação em Arquitetura Bioclimática
Sustentabilidade e Eficiência Energética
Módulo 6 – Conforto Térmico III
superfície é a soma das resistências superficiais (interna e externa) e das resistências de todas as
camadas que compõem o material propriamente dito. Assim sendo é definida por:
RT  R se  Rt  R si
convecção
convecção
condução
Rse
Rt
Rsi
Figura 2 – Resistência térmica
onde:
2
RT é a resistência térmica total (m .K/W)
Rse é a resistência superficial externa
Rsi é a resistência superficial interna
Rt é resistência resultante de todas as camadas do material e cuja forma de cálculo varia em
função do componente apresentar camadas homogêneas ou camadas homogêneas e não homogêneas.
No caso de componentes com apenas camadas homogêneas, a resistência térmica resultante do
componente é calculada por:
Rt = R1+R2+....+Rn
Ou seja, é a soma das resistências de cada camada homogênea, inclusive aquelas que corresponderem
a camadas de ar.
No caso de componentes com camadas homogêneas e não homogêneas, a resistência térmica
resultante é:
Rt =
Aa + Ab +...+ An
Aa Ab
An

...
Ra Rb
Rn
onde:
Ra, Rb,..., Rn são as resistências térmicas de cada seção (a, b, ...n)
Aa, Ab,..., An são as áreas de cada seção
O inverso da resistência térmica total determina a transmitância térmica ou ainda o coeficiente global de
transferência de calor:
U
Mar-10
Souza
1
RT
Profa. Dra. Léa Cristina Lucas de
Pág.: 7
AB
Curso de Pós-Graduação em Arquitetura Bioclimática
Sustentabilidade e Eficiência Energética
Módulo 6 – Conforto Térmico III
Onde:
2
U é a transmitância térmica (W/m .K)
2
RT é a resistência térmica total (m .K/W)
Para o regime transitório, é importante ainda lembrar que a condutividade térmica influi também no
gradiente de temperatura. Nesse caso a característica da difusividade térmica permite identificar essa
influência:

onde:

 .c
2
α é a difusividade térmica (m /s)
λ é a condutividade térmica característica de cada material (W/m.K)
ρ é a densidade de massa aparente (kg/m3)
c é o calor específico do material (J/kg.K)
A capacidade térmica e o calor específico por sua vez determinam a variação de temperatura de uma
superfície. A capacidade térmica é a quantidade de calor necessária para variar a temperatura do
sistema em uma unidade (J/K), enquanto o calor específico é o quociente da capacidade térmica pela
massa (J/kg.K). É o calor específico de cada material que provoca as diferenças que podem ser
alcançadas entre as temperaturas de dois materiais distintos, porém submetidos a uma mesma fonte de
calor (madeira e metal, por exemplo, quando submetidos a uma mesma orientação e incidência solar).
A capacidade térmica para camadas homogêneas é expressa por:
n
n
C T   i .R i .c i . i   e i .c i . i
i1
Mar-10
Souza
i1
Profa. Dra. Léa Cristina Lucas de
Pág.: 8
AB
Curso de Pós-Graduação em Arquitetura Bioclimática
Sustentabilidade e Eficiência Energética
Módulo 6 – Conforto Térmico III
Para camadas homogêneas e não homogêneas, a capacidade térmica é calculada por:
CT 
Aa  Ab  ...  An
Aa
A
A
 b  ...  n
CT a CT b
CT n
onde:
CTa, ..., CTn são as capacidades térmicas de cada seção
Aa, Ab,..., An são as áreas de cada seção
Tomando-se um componente sujeito à radiação solar direta, por exemplo, é possível ainda observar que
a temperatura atingida pela sua superfície externa, em determinado instante, não é igual àquela
alcançada pela superfície interna, no mesmo instante. Como a superfície externa está sujeita
diretamente à fonte de calor, o fluxo de energia tenderá a assumir o sentido externointerno (da maior
temperatura para a menor temperatura) e levará um tempo para alcançar a parte interna do fechamento.
Assim a diferença térmica não será notada instantaneamente pela face interna, revelando um atraso
térmico. Para camadas homogêneas esse pode ser estimado por:
  1,382.e.
ρ.c
3,6.λ
ou ainda por:
  0,7284. R t .C T
sendo:
φ o atraso térmico (h)
e a espessura da placa (m)
λ condutividade térmica do material (W/m.K)
3
ρ é a densidade de massa aparente do material (kg/m )
c é o calor específico do material (J/kg.K)
Rt é a resistência térmica de superfície a superfície (m2.K/W)
CT é a capacidade térmica do componente (J/K)
Para n camadas de diferentes elementos perpendiculares ao fluxo o valor pode ser estimado por:
  1,382.R t . B1  B2
Mar-10
Souza
Profa. Dra. Léa Cristina Lucas de
Pág.: 9
AB
Curso de Pós-Graduação em Arquitetura Bioclimática
Sustentabilidade e Eficiência Energética
Módulo 6 – Conforto Térmico III
onde
B1 e B2 são calculados por:
B1=0,226.Bo/RT Bo= CT-CText
R  Rext 

B2  0,205.c ext . R ext  t

10 

sendo “ext” uma referência à última camada do componente.
Além do atraso térmico, as variações térmicas ocorridas em uma das faces não se manifesta com
valores iguais na face oposta, ou seja, ao ser submetido um fechamento a uma variação de temperatura,
haverá um amortecimento na amplitude desta variação. Assim, chama-se capacidade de amortecimento
à propriedade do fechamento de diminuir a amplitude de variações térmicas. O amortecimento para
elementos homogêneos num período de 24 horas é expresso por:
amortecimento  ( 2,72)
1
0 ,36. L ( )
v
onde:
L é a espessura (m)
2
v é a difusividade térmica (m /s)
A estas duas propriedades em conjunto - atraso e amortecimento - dá-se o nome de inércia térmica.
Deste modo, uma construção terá maior inércia térmica, quanto maior for a espessura de suas paredes.
Em termos construtivos, para adaptação da edificação ao clima, a espessura da parede depende das
condições climáticas apresentadas pelo local.
Te
Ti
Figura 3 – Inércia térmica: atraso e amortecimento
Os materiais também possuem características próprias diante da radiação solar (considerada radiação
de ondas curtas): absortância à radiação solar, transmitância à radiação solar e refletância à radiação
solar. Observa-se que, quando a energia solar atinge uma superfície, parte da radiação é absorvida,
outra parte refletida e/ou transmitida. A soma dessas três parcelas é igual à unidade (refletância à
radiação solar + transmitância á radiação solar+ absortância à radiação solar = 1).
Mar-10
Souza
Profa. Dra. Léa Cristina Lucas de
Pág.: 10
AB
Curso de Pós-Graduação em Arquitetura Bioclimática
Sustentabilidade e Eficiência Energética
Módulo 6 – Conforto Térmico III
A refletância à radiação solar é um fator que depende diretamente da cor e polimento da superfície.
Apesar do nosso olho nem sempre conseguir distinguir entre as cores que absorvem mais ou menos
calor, normalmente superfícies com cores mais claras e mais polidas são mais refletora que aquelas
escuras e mais texturizadas. As cores mais escuras normalmente contribuem para maior quantidade de
radiação solar absorvida, elevando a temperatura do componente.
A transmitância à radiação solar só tem valor para superfícies transparentes ou translúcidas. Para
superfícies opacas seu valor é nulo (refletância à radiação solar + absortância à radiação solar = 1).
A absortância à radiação solar, juntamente com a transmitância térmica e a resistência superficial tem
sua grande influência em um parâmetro denominado fator solar. O fator solar representa a razão entre a
taxa de radiação solar transmitida através de um componente e a taxa de radiação solar total incidente
em sua superfície externa.
Para superfícies opacas o fator solar é estimado por:
FSo = 100.U.α.Rse
onde:
FSo é o fator solar de superfícies opacas (porcentagem)
α é absortância à radiação solar (função da cor)
Rse é a resistência superficial externa (admitida constante 0,04)
U é a transmitância térmica do componente
Para superfícies transparentes ou translúcidas o fator solar é:
FSt = U.α.Rse + τ
onde:
FSt é o fator solar de elementos transparentes ou translúcidos (porcentagem)
U é a transmitância térmica do componente
Rse é a resistência superficial externa
τ é a transmitância à radiação solar
α é a absortância à radiação solar – função da cor
Por outro lado, diante da radiação térmica de ondas longas, os materiais são capazes de emitir calor
decorrente das temperaturas atingidas em suas superfícies. A taxa de radiação emitida por uma
superfície em relação à taxa emitida por um “corpo negro” à mesma temperatura é denominada
emissividade. Esta é uma característica que independe da cor, mas que guarda determinada relação
com o polimento da superfície. Em geral as superfícies polidas têm baixa emissividade.
Nas trocas de calor envolvidas no ambiente construído cabe ainda lembrar a influência do conteúdo de
água no ar e nos materiais.
A água, por estar sujeita à mudanças de estado (líquido e vapor), quando presente no ar, promoverá
trocas por evaporação ou por condensação. A mudança de estado requer o envolvimento de
determinada quantidade de calor. Portanto, para passar de líquida para gasosa (evaporação), a água
retira calor da superfície que está em contato. A velocidade de evaporação dependerá do grau
higrométrico e da velocidade do ar.
O ar, por sua vez, tem uma capacidade máxima de reter vapor d'água a uma determinada temperatura.
Quanto maior a temperatura, maior a capacidade do ar em reter vapor d'água. Quando o ar está
saturado (umidade relativa = 100%) significa que está na sua capacidade máxima de reter vapor d'água.
Desta forma, qualquer queda na temperatura acarreta a condensação de uma quantidade de água, que
é acumulada nas superfícies mais frias e acompanhada de um dispêndio de energia.
Mar-10
Souza
Profa. Dra. Léa Cristina Lucas de
Pág.: 11
AB
Curso de Pós-Graduação em Arquitetura Bioclimática
Sustentabilidade e Eficiência Energética
Módulo 6 – Conforto Térmico III
A condensação de água pode ocorrer também no interior dos materiais, conforme a sua porosidade.
Os materiais de construção oferecem resistência à passagem de vapor d'água, caracterizando sua
permeabilidade (termo usado para materiais delgados) ou porosidade (termo usado para materiais de
espessura considerável).
A resistência à passagem do vapor d'água Rv é dada por:
Rv = L/
onde:
L é a espessura do material
 é a porosidade do material
Para uma parede com diversas camadas, a resistência total à passagem de vapor é a soma das
resistências parciais:
Rv = Rv1 + Rv2 +...+Rvn
Mar-10
Souza
Profa. Dra. Léa Cristina Lucas de
Pág.: 12
AB
Curso de Pós-Graduação em Arquitetura Bioclimática
Sustentabilidade e Eficiência Energética
Módulo 6 – Conforto Térmico III
1.3 Cálculo para paredes, coberturas e janelas: Aplicação da NBR15.220 da
ABNT
Para o cálculo do desempenho de componentes a ABNT, a NBR-15.220 de “Desempenho térmico de
edificações” indica um método de cálculo baseado na determinação dos parâmetros de transmitância
térmica, atraso térmico e fator solar. Estes parâmetros são indicados pela norma para classificar as
paredes e coberturas.



As paredes podem ser classificadas em:
Paredes leves, quando U <=3 φ<=4,3 FS <=5;
Paredes Leves refletoras, quando U <=3,6 φ<=4,3 FS <=4;
Paredes pesadas, quando U <=2,2 φ>=6,5 FS <=3,5.



As coberturas podem ser classificadas em:
Cobertura leve isolada, quando U <=2 φ<=3,3 FS <=6,5;
Cobertura leve refletora, quando U <=2,3 φ<=3,3 FS <=6,5;
Cobertura pesada, quando U <=2 φ>=6,5 FS <=6,5.



Quanto às aberturas para ventilação, a norma as classifica em:
Pequenas, quando são de 10 % a 15% da área de piso;
Médias, quando são de 15% a 25% da área de piso;
Grandes, quando são maior que 40% da área de piso.
Mar-10
Souza
Profa. Dra. Léa Cristina Lucas de
Pág.: 13
AB
Curso de Pós-Graduação em Arquitetura Bioclimática
Sustentabilidade e Eficiência Energética
Módulo 6 – Conforto Térmico III
Para a identificação desses parâmetros, o método adota as fórmulas já referenciadas no tópico anterior.
De uma forma resumida, o método pode ser esquematizado em alguns passos, considerando-se as
tabelas fornecidas pela NBR-15.220:
RT = Rsi+Rt+Rse
Consultar tabela A.1 para Rse e Rsi
U = 1/RT
n
n
C T   i .R i .c i . i   e i .c i . i
i 1
i 1
ou sua equivalente se for composta por
camadas não homogêneas
Consultar tabela B.3 para λ, ρ, c
  0,7284. R t .C T

Se opaco
FSo = 100.U.α.Rse

Mar-10
Souza
Consultar tabela B.2 para α
Se translúcido ou
tranparente
FSt = U.α.Rse + 
Profa. Dra. Léa Cristina Lucas de
Pág.: 14
AB
Curso de Pós-Graduação em Arquitetura Bioclimática
Sustentabilidade e Eficiência Energética
Módulo 6 – Conforto Térmico III
Para o cálculo de RT e de CT é importante lembrar as diferenças de cálculo entre componentes de
camadas homogêneas e aqueles de camadas homogêneas e não homogêneas (ou hetergêneas),
conforme as fórmulas já demonstradas no item anterior.
Além disso, no caso das camadas serem referentes a camadas de ar, é necessário verificar se essas
camadas são ventiladas e que tipo de ventilação. Nesse caso o procedimento para cálculo da resistência
térmica da camada de ar deve seguir o esquema abaixo:
Não ventilada
Componentes
com camadas
de ar
Se parede,
S/L <500.
Se cobertura,
S/A<30.
Obter valor de Rar
na tabela B.1
Pouco
ventilada
Ventilada *
Se parede,
S/L >= 500.
Se cobertura,
S/A>=30.
Muito
ventilada
inverno
*
verão
Desconsiderar
camada externa
RT=2Rsi+Rt
S = área total de ventilação em cm2
L = comprimento da parede em m
A = altura da cobertura
Cabe salientar também que no caso de superfícies translúcidas ou transparentes, como vidros, seu
comportamento revela transparência à passagem de radiações visíveis. Nos vidros comuns, por
exemplo, cerca de 80% dos comprimentos de onda entre 0,4 e 2,8 µm são transmitidos através das suas
superfícies, porém, para comprimentos de onda acima de 4 µm, o vidro se comporta de maneira opaca à
transmissão desses raios. Por esta razão, o vidro promove o efeito estufa. Uma vez que a quantidade de
radiação solar é transmitida através do vidro, as superfícies internas da edificação (paredes, móveis,
pisos, etc) a absorvem, se aquecem e passam a emitir em comprimentos de onda que não conseguem
atravessar o vidro (cerca de 9 µm). Ocorre, portanto, um aquecimento do ar interno. Por esta razão, o
cálculo do fator solar de superfícies transparentes é diferenciado daquele de superfícies opacas. Este
fator representa a razão entre a quantidade de radiação solar que atravessa e aquela que incide sobre a
superfície transparente. O valor do fator solar depende do tipo das superfícies transparentes (vidro,
policarbonato, acrílico, etc), pois estas podem possuir pigmentação ou mesmo influência de protetores
solares, o que pode alterar transmitância, refletância e absortância à radiação solar.
Todo o cálculo do desempenho de componente pode ser facilmente realizado através do freeware
“Transmitância” desenvolvido pelo Labeee-UFSC, disponível para download no site www.labeee.ufsc.br.
Mar-10
Souza
Profa. Dra. Léa Cristina Lucas de
Pág.: 15
AB
Curso de Pós-Graduação em Arquitetura Bioclimática
Sustentabilidade e Eficiência Energética
Módulo 6 – Conforto Térmico III
Na norma é estabelecido ainda um zoneamento bioclimático para todo o Brasil, no qual o território é
dividido em 8 zonas bioclimáticas e são apontadas as recomendações para a adequação do edifício ao
clima local. São elas (todas as imagens desta tabela foram adaptadas da NBR-15.220):
ZONA 1
Aberturas médias
Sombreamento com sol no inverno
Parede leve
Cobertura leve isolada
Inverno: aquecimento solar
inércia térmica interna
Passivo insuficiente no frio
ZONA 2
Aberturas médias
Sombreamento com sol no inverno
Parede leve
Cobertura leve isolada
Verão: ventilação cruzada
Inverno: aquecimento solar
inércia térmica
Passivo insuficiente no frio
Mar-10
Souza
Profa. Dra. Léa Cristina Lucas de
Pág.: 16
AB
Curso de Pós-Graduação em Arquitetura Bioclimática
Sustentabilidade e Eficiência Energética
Módulo 6 – Conforto Térmico III
ZONA 3
Aberturas médias
Sombreamento com sol no inverno
Parede leve refletora
Cobertura leve isolada
Verão: ventilação cruzada
Inverno: aquecimento solar
inércia térmica
Passivo insuficiente no frio
ZONA 4
Aberturas médias
Sombreamento
Parede pesada
Cobertura leve isolada
Verão: resfriamento evaporativo e
massa térmica
ventilação seletiva
Inverno: aquecimento solar
inércia térmica
interna
Mar-10
Souza
Profa. Dra. Léa Cristina Lucas de
Pág.: 17
AB
Curso de Pós-Graduação em Arquitetura Bioclimática
Sustentabilidade e Eficiência Energética
Módulo 6 – Conforto Térmico III
ZONA 5
Aberturas médias
Sombreamento
Parede leve refletora
Cobertura leve isolada
Verão: ventilação cruzada
Inverno:
inércia térmica
interna
ZONA 6
Aberturas médias
Sombreamento
Parede pesada
Cobertura leve isolada
Verão: resfriamento evaporativo e
massa térmica
ventilação seletiva
Inverno:
inércia térmica
interna
Mar-10
Souza
Profa. Dra. Léa Cristina Lucas de
Pág.: 18
AB
Curso de Pós-Graduação em Arquitetura Bioclimática
Sustentabilidade e Eficiência Energética
Módulo 6 – Conforto Térmico III
ZONA 7
Aberturas pequenas
Sombreamento
Parede pesada
Cobertura pesada
Verão: resfriamento evaporativo e
massa térmica
ventilação seletiva
ZONA 8
Aberturas grandes
Sombreamento
Parede leve refletora
Cobertura leve refletora (ático
ventilado)
Verão: Ventilação cruzada
Mar-10
Souza
Profa. Dra. Léa Cristina Lucas de
Pág.: 19
AB
Curso de Pós-Graduação em Arquitetura Bioclimática
Sustentabilidade e Eficiência Energética
Módulo 6 – Conforto Térmico III
VENTILAÇÃO
A ventilação é um dos fatores que influi no desempenho térmico de uma edificação. A infiltração através
de portas, janelas ou fendas é normalmente uma ocorrência natural nos edifícios. No entanto, a
ventilação para o conforto deve ser controlada, permitindo as trocas de calor do usuário, a renovação
para oxigenação, remoção de odores, retirada do excesso de vapor d´água e resfriamento das
superfícies aquecidas. A ventilação representa a troca de ar entre o ambiente interno e o ambiente
externo.
A origem da ventilação terrestre está no topo da atmosfera (termosfera), onde chega a radiação solar
em uma quantidade chamada de "constante solar" e que governa o aquecimento da camada
atmosférica. Quanto menor o caminho percorrido pelos raios solares na atmosfera, em geral, maior a
quantidade de radiação que atinge o solo terrestre, ocasionando aquecimento diferenciado entre as
regiões do globo terrestre. Este aquecimento diferenciado gera correntes convectivas, pois a atmosfera
tende a igualar as suas diferentes áreas de pressão e temperatura. O movimento de ar é gerado sempre
da região de maior pressão para a de menor pressão, resultando assim em movimentos convectivos
globais.
Observam-se ainda movimentos gerados pela presença das massas de água e terra e as diferentes
coberturas do solo. Sempre que há uma diferença de temperatura e pressão, origina-se o movimento do
ar. Assim, o aquecimento diferenciado entre o mar e a terra provoca brisas marinhas (normalmente
diurnas) e brisas terrestres (normalmente noturnas); pelo mesmo motivo, são geradas as brisas de vale
(normalmente diurnas) e de montanha (normalmente noturnas).
A configuração das cidades pode causar alterações na velocidade e direção dos ventos. O aumento da
densidade construtiva ocasiona, normalmente, uma diminuição da velocidade do ar, pelo aumento da
superfície de atrito. Por outro lado, a concentração das edificações em zona urbana origina movimentos
locais (microclima). Sob este aspecto, a altura das edificações é um importante fator, pois em prédios de
grandes alturas, o fluxo de ar de maior velocidade existente acima das edificações pode ser desviado
para baixo, aumentando a velocidade do vento naquele local.
A forma como a edificação é implantada na rede urbana determina maior ou menor possibilidade de
ventilação. Quando os corredores urbanos formados são paralelos à direção do vento, são formados
canais livres de obstáculos, proporcionando maior ventilação às edificações. Quando estes corredores
são perpendiculares à direção do vento, menores são as condições de ventilação gerada. Assim como,
edificações compactas são obstáculos para aquelas implantadas a sotavento, enquanto as edificações
mais porosas podem criar maior possibilidade de ventilação a sotavento.
As construções produzem vários efeitos aerodinâmicos no vento: efeito de pilotis, efeito de esquina,
efeito de barreira, efeito de Venturi, efeito de canalização, efeito de esteira, efeito de redemoinho, efeito
das zonas de pressão diferente, efeito de malha e efeito de pirâmide.
No contexto urbano é importante ressaltar ainda as influências da vegetação no movimento do ar. A
velocidade do vento pode aumentar com a presença de grandes áreas de vegetação rasteira e pode
diminuir com a presença de bosques densos. Além disso, a presença de vegetação provoca diferentes
temperaturas, podendo gerar movimento do ar por diferenças térmicas (efeito chaminé). A vegetação
pode ser utilizada para controle do vento, obstruindo-o, defletindo-o, filtrando-o ou direcionando-o,
porém sua eficiência está diretamente ligada a sua permeabilidade e suas dimensões.
1.4 VENTILAÇÃO NOS ESPAÇOS INTERNOS
Mar-10
Souza
Profa. Dra. Léa Cristina Lucas de
Pág.: 20
AB
Curso de Pós-Graduação em Arquitetura Bioclimática
Sustentabilidade e Eficiência Energética
Módulo 6 – Conforto Térmico III
A necessidade de ventilação dos espaços internos ocorre devido às exigências higiênicas e térmicas do
ser humano. As exigências higiênicas referem-se a: odores, respiração e vapor d'água no ar. As
exigências térmicas referem-se à eliminação do calor ganho através dos elementos construtivos.
Normalmente, em épocas frias são requeridas exigências higiênicas, para haver apenas renovação do
ar, eliminando-se odores e otimizando-se a respiração dos usuários. Em épocas quentes são requeridas
as exigências térmicas, para retirada do calor das superfícies e para proporcionar o conforto térmico do
usuário.
Existem formas naturais e artificiais para se ventilar o ambiente e deve ser sempre considerado que o
fluxo do ar apresenta inércia, produz fricção ou atrito e ocorre por diferença de pressão.
A ventilação natural pode ser feita por princípios baseados na diferença de pressão e temperatura ou no
aproveitamento do vento, enquanto que a ventilação artificial é promovida através de aparelhos e
equipamentos.
A ventilação natural pode ser dividida em térmica e dinâmica. A térmica é também chamada de efeito
chaminé e a dinâmica efetua-se por ação dos ventos. O efeito chaminé ocorre quando há diferença
térmica entre duas massas de ar tanto em áreas urbanas, como já foi mencionado, como no caso do
interior de edificações. As diferenças de temperatura entre o ar interno e o externo causam diferenças
de densidade e pressão, provocando assim o movimento do ar no caso de existirem aberturas em
diferentes alturas da edificação. A ventilação natural dinâmica pode ser exemplificada através da
incidência do vento sobre uma placa. O aumento da pressão do ar sobre essa placa e a diminuição de
pressão à sotavento, produz zona positiva e zona negativa de pressão, promovendo diferenças de
pressão. Assim ocorrerá um aumento da velocidade do ar nas extremidades da placa e uma zona de
sucção na zona posterior.
Como as diferentes formas de posicionamento de aberturas nas construções resultam em diferentes
direções e caminhos percorridos pelo ar, não basta que a edificação esteja submetida ao vento para que
ocorra a ventilação adequada. A ventilação para conforto por diferença de pressão deve permitir que o
fluxo de ar atravesse o ambiente, configurando-se no que se chama ventilação cruzada. Para que ela
ocorra é necessário que haja aberturas, tanto em zona de alta pressão, como em zona de baixa pressão,
promovendo a entrada e a saída de ar.
A configuração do fluxo de ar no interior de uma edificação é influenciada pelo local e tamanho das
aberturas de entrada do ar, pelo tipo e forma da abertura e pela localização de superfícies e
componentes próximas a essas aberturas.
Para melhor aproveitamento da ventilação cruzada, normalmente as aberturas devem ser posicionadas
de forma a captar a maior incidência dos ventos dominantes, promovendo maior número de trocas de
calor. Em geral, quanto mais próxima da perpendicular é a direção do vento em relação à entrada de ar,
maior a diferença de pressão através da edificação. As aberturas de entrada sendo menores que as
aberturas de saída aumentam a taxa de ventilação.
1.4.1 CÁLCULO DA VENTILAÇÃO
Para o cálculo da ventilação Lamberts et al (2007) descrevem um algoritmo simplificado. Nele o fluxo de
3
ar em m /s para ventilação cruzada gerado por vento pode ser estimado por:
Mar-10
Souza
Profa. Dra. Léa Cristina Lucas de
Pág.: 21
Curso de Pós-Graduação em Arquitetura Bioclimática
Sustentabilidade e Eficiência Energética
AB
Módulo 6 – Conforto Térmico III
Qvento  0,6  A  V . C
sendo:
A
V a velocidade do vento em m/s na altura de interesse, podendo ser calculada por V  V10  K  Z ,
onde: V10 é a velocidade do vento a 10m (normalmente fornecida pelas estações
meteorológicas); Z é a altura da cumeeira para edificações de 2 andares ou a altura da janela
para aquelas mais altas; K e A são coeficientes dados em função da localização da edificação
(campo aberto K=0,68 e A=0,17; campo com algumas barreiras K=0,52 e A=0,20; ambiente
urbano K=0,40 e A=0,25, centro de cidade K=0,31 e A=0,33)
2
A área útil equivalente de aberturas em m calculada por
A
 A
1
entrada
2

1
  A 
2
, para a qual, quando existirem áreas de portas intermediárias entre a
saída
área de entrada e a de saída, deve ser acrescentado ainda o termo
1
 A
2
porta
.
ΔC é o coeficiente de pressão do vento, que é dado em função do ângulo de incidência (θ) sobre a
abertura. Seu valor pode ser extraído de tabelas como aquelas encontradas em Bittencourt &
Cândido (2005 anexo B.1 a B.6), que apresentam o coeficiente para algumas tipologias simples.
Ou ainda, conforme simplificado por Lamberts et al. (2007) (Para campo aberto: se 0<θ<30o →
o
o
ΔC =1,2, se 30 < θ<90 → ΔC =0,1+0,0183. (90-θ). No caso de loteamentos são aplicadas
correções em função da distância entre casas, sendo: a correção para o caso de uma casa igual
a 0,30. ΔC e para o caso de duas casas igual a 0,60. ΔC).
O número de trocas de ar por hora é então calculado pela expressão:
N
Q.3600
V
As expressões acima sofrem algumas alterações se a ventilação for gerada por diferença de
temperatura ou, tanto por vento, quanto por diferença de temperatura. Para maiores detalhes consultar
Lamberts et al. (2007).
Mar-10
Souza
Profa. Dra. Léa Cristina Lucas de
Pág.: 22
AB
Curso de Pós-Graduação em Arquitetura Bioclimática
Sustentabilidade e Eficiência Energética
Módulo 6 – Conforto Térmico III
BIBLIOGRAFIA
ASSOCIAÇÃO Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). NBR15220-1 - Desempenho térmico de edificações Parte 1: Definições, símbolos e unidades. Rio de Janeiro, ABNT, 2005.
ASSOCIAÇÃO Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). NBR15220-2 - Desempenho térmico de edificações Parte 2: Métodos de cálculo da transmitância térmica, da capacidade térmica, do atraso térmico e do
fator solar de elementos e componentes de edificações. Rio de Janeiro, ABNT, 2005.
ASSOCIAÇÃO Brasileira de Normas Técnicas (ABNT). NBR15220-3 - Desempenho térmico de edificações Parte 3: Zoneamento bioclimático brasileiro e diretrizes construtivas para habitações unifamiliares de
interesse social. Rio de Janeiro, ABNT, 2005.
BITTENCOURT, L.; CÂNDIDO, C. Introdução à ventilação natural. MACEIÓ: EDUFAL, 2005.
LAMBERTS, R.; GHISI, E.; ABREU, A.L.P.; CARLO, J.C.; BATISTA, J.O.; MARINOSKI, D.L. Desempenho
tèrmico de edificaçôes. Florianópolis, LABEEE, 2007. (Apostila da disciplina ECV 5161) disponível em:
www.labeee.ufsc.br
EGAN, M. D. Concepts in Thermal Comfort. New Jersey, Prentice-Hall, 1975.
ª
FROTA, A. B. & SCHIFFER, S. Manual de Conforto Térmico. São Paulo, Nobel, 1 edição, 1988.
GIVONI, B. “Comfort, climate and building design guidelines”, Energy and Buildings, 18 (1992), 11-23.
MASCARÓ, L. R. Energia na Edificação: estratégia para minimizar seu consumo. São Paulo: Projeto, 1985.
OLGYAY, V. & OLGYAY, A. Design with Climates: bioclimatic approach to architectural regionalism.
Princeton, Princeton University Press, 1963.
RIVERO, R. Arquitetura e Clima: condicionamento térmico natural. Porto Alegre, D. C. Luzzatto Editores,
a
1986, 2 edição.
Mar-10
Souza
Profa. Dra. Léa Cristina Lucas de
Pág.: 23
AB
Curso de Pós-Graduação em Arquitetura Bioclimática
Sustentabilidade e Eficiência Energética
Módulo 6 – Conforto Térmico III
ANEXOS
PARTE DOS VALORES FORNECIDOS PELA ABNT NA TABELA A.1, B.1, B.2 e B.3
DA NBR-15.220
A.1 Resistência térmica superficial interna e externa (Fonte: adaptada da NBR15.220)
Fluxo
Horizontal
Vertical Ascendente
Vertical Descendente
Resistência Interna (m2.K)/W
0,13
0,10
0,17
Resistência Externa(m2.K)/W
0,04
0,04
0,04
B.1 Resistência térmica de câmaras de ar não ventiladas com largura muito
maior que a espessura (valores válidos para temperatura média entre 0 e
o
o
20 C), com diferença de temperatura menor que 15 C (Fonte: adaptada da
NBR-15.220)
Natureza
Espessura da
câmara
Emissividade > 0,8
1,0 <= e <= 2,0
2,0 < e <=5,0
e > 5,0
1,0<=e<=2,0
2,0<e<=5,0
e >5,0
Emissividade < 0,2
Mar-10
Souza
Resistência Térmica da câmara
(m2.K/W)
Horizontal
Ascendente
Descendente
0,14
0,13
0,15
0,16
0,14
0,18
0,17
0,14
0,21
0,29
0,23
0,29
0,37
0,25
0,43
0,34
0,27
0,61
Profa. Dra. Léa Cristina Lucas de
Pág.: 24
AB
B.2
Curso de Pós-Graduação em Arquitetura Bioclimática
Sustentabilidade e Eficiência Energética
Módulo 6 – Conforto Térmico III
Absortância à radiação solar e Emissividade (ondas longas). (Fonte:
adaptada da NBR-15.220)
Absortância (α)
Tipo de superfície
Chapa de alumínio nova
Chapa de alumínio oxidada
Caiação nova
Concreto aparente
Telha de barro
Tijolo
Asfalto
Vidro incolor
Pintura branca
Pintura amarela
Pintura vermelha
Pintura preta
Pintura alumínio
B.3
Propriedades térmicas dos materiais. (Fonte: adaptada da NBR-15.220)
Materiais
Argamassa comum
Tijolo ou telha de
barro
Concreto normal
Gesso cartonado
Lã de rocha
Alumínio
Vidro comum
Mar-10
Souza
Emissividade (є)
0,05
0,12
0,90
0,85 a 0,95
0,85 a 0,95
0,85 a 0,95
0,90 a 0,98
0,84
0,90
0,90
0,90
0,90
0,90
0,05
0,15
0,12 a 0,15
0,65 a 0,80
0,75 a 0,80
0,65 a ,80
0,85 a 0,98
0,06 a 0,25
0,20
0,30
0,74
0,97
0,40
λ
Densidade de massa
3
aparente (kg/m )
1800-2100
1300-1600
c
Condutividade
térmica (W/m.K)
1,15
0,90
Ρ
Calor específico
(kJ/kg.K)
1,00
0,92
2200-2400
750-1000
20-200
2700
2500
1,75
0,35
0,045
230
1,00
1,00
0,84
0,75
0,88
0,84
Profa. Dra. Léa Cristina Lucas de
Pág.: 25