SET 2003
NBR 15220 Projeto 02:135.07-001
Desempenho térmico de edificações ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas
Parte 1: Definições, símbolos e unidades
Sede: Rio de Janeiro Av. Treze de Maio, 13 28º andar CEP 20003-900 – Caixa Postal 1680 Rio de Janeiro – RJ Tel.: PABX (21) 3974-2300 Fax: (21) 2240-8249/2220-6436 Endereço eletrônico: www.abnt.org.br
Origem: Projeto 02:135.07-001:2003 ABNT/CB-02Comitê Brasileiro de Construção Civil CE-02:135.07 - Comissão de Estudo de Desempenho Térmico de Edificações Thermal performance in buildings - Terminology, symbols and units Descriptors: Thermal performance. Buildings. Palavras-chave:
Desempenho térmico. Edificações.
7 páginas
Copyright © 2003, ABNT–Associação Brasileira de Normas Técnicas Printed in Brazil/ Impresso no Brasil Todos os direitos reservados
Sumário Prefácio 1 Objetivo 2 Definições ANEXO A Referências bibliográficas Prefácio
A ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas - é o Fórum Nacional de Normalização. As Normas Brasileiras, cujo conteúdo é de responsabilidade dos Comitês Brasileiros (ABNT/CB) e dos Organismos de Normalização Setorial (ABNT/ONS), são elaboradas por Comissões de Estudo (CE), formadas por representantes dos setores envolvidos, delas fazendo parte: produtores, consumidores e neutros (universidades, laboratórios e outros). Os projetos de Norma Brasileira, elaborados no âmbito dos ABNT/CB e ABNT/ONS, circulam para Consulta Pública entre os associados da ABNT e demais interessados. Esta norma, sob o título geral “Desempenho térmico de edificações”, tem previsão de conter as seguintes partes: Parte 1: Definições, símbolos e unidades; Parte 2: Métodos de cálculo da transmitância térmica, da capacidade térmica, do atraso térmico e do fator solar de elementos e componentes de edificações; Parte 3: Zoneamento bioclimático brasileiro e diretrizes construtivas para habitações unifamiliares de interesse social; Parte 4: Medição da resistência térmica e da condutividade térmica pelo princípio da placa quente protegida; Parte 5: Medição da resistência térmica e da condutividade térmica pelo método fluximétrico. Esta parte da NBR contém o anexo A, de caráter informativo. 1 Objetivo
Esta parte da NBR estabelece as definições e os correspondentes símbolos e unidades de termos relacionados com o desempenho térmico de edificações. NOTA - O anexo A apresenta a fonte de algumas definições abordadas nesta Norma . 2 Definições
Para os efeitos desta parte da NBR aplicam-se as definições, os símbolos e as unidades indicadas nas tabelas 1, 2 e 3, conforme o campo de estudo.
2
Projeto 02:135.07-001:2003 Tabela 1 - Características térmicas de materiais, elementos e componentes construtivos.
o NGrandeza 1 Fluxo de calor ou Taxa de fluxo de calor
2 3
Densidade de fluxo de calor ou Densidade de taxa de fluxo de calor Condutividade térmica
Definição Símbolo Unidade Quociente da quantidade de calor que Q atravessa uma superfície durante um intervalo de tempo pela duração desse intervalo. Quociente do fluxo de calor que atravessa q uma superfície pela área dessa superfície (1). Propriedade física de um material λ homogêneo e isótropo, no qual se verifica um fluxo de calor constante, com densidade de 1 W/m2, quando submetido a um gradiente de temperatura uniforme
W
W/m 2 W/(m.K)
(2).
4
Resistência térmica de elementos e componentes
5
Resistência superficial interna
6
Resistência superficial externa
7
Resistência térmica total
8
Transmitância térmica ou Coeficiente global de transferência de calor Capacidade térmica
9 10
12
Calor específico ou Capacidade térmica específica Capacidade térmica de componentes Densidade de massa aparente
13
Difusividade térmica
14
Atraso térmico
11
de 1 Kelvinda pordiferença metro de temperatura Quociente verificada entre as superfícies de um elemento ou componente construtivo pela densidade de fluxo de calor, em regime estacionário. Resistência térmica da camada de ar adjacente à superfície interna de um componente que transfere calor por radiação e/ou convecção. Resistência térmica da camada de ar adjacente à superfície externa de um componente que transfere calor por radiação e/ou convecção. Somatório do conjunto de resistências térmicas correspondentes às camadas de um elemento ou componente, incluindo as resistências superficiais interna e externa. Inverso da resistência térmica total.
R
(m 2.K)/W
Rsi
(m 2.K)/W
Rse
(m 2.K)/W
RT
(m 2.K)/W
U
W/(m 2.K)
Quantidade de calor necessária para variar em uma unidade a temperatura de um sistema (3). Quociente da capacidade térmica pela massa.
C
J/K
c
J/(kg.K)
Quociente da capacidade térmica de um componente pela sua área. Quociente da massa pelo volume aparente de um corpo. Quociente da condutividade térmica de um material (λ) pela sua capacidade de armazenar energia térmica (ρc). Tempo transcorrido entre uma variação térmica em um meio e sua manifestação na superfície oposta de um componente construtivo submetido a um regime periódico de transmissão de calor (4).
CT
J/(m 2.K)
ρ
kg/m 3
α
m 2/s
ϕ
h
3
Projeto 02:135.07-001:2003 Tabela 1 (conclusão) - Características térmicas de materiais, elementos e componentes construtivos. o NGrandeza Definição Símbolo Unidade 15 Fator de ganho de calor solar de Quociente da taxa de radiação solar FSo elementos opacos transmitida através de um componente ou opaco pela taxa da radiação solar total Fator solar de elementos opacos incidente sobre a superfície externa do mesmo. 16 Fator de ganho de calor solar de Quociente da taxa de radiação solar FSt elementos transparentes ou diretamente transmitida através de um translúcidos componente transparente ou translúcido, ou sob determinado ângulo de incidência, Fator solar de elementos mais a parcela absorvida e transparentes ou translúcidos posteriormente retransmitida para o interior, pela taxa da radiação solar total incidente sobre a superfície externa do mesmo. 17 Coeficiente de sombreamento Quociente entre o fator solar do CS componente transparente ou translúcido estudado e o fator solar de um vidro plano incolor de 3 mm de espessura (FSt = 0,87) 18 Emitância Taxa de emissão de radiação por unidade E W/m 2 de área (5). 19 Irradiância Taxa de radiação incidente sobre um G W/m 2 corpo, por unidade de área da superfície (5).
20
Radiosidade
21
Emissividade
22
Absortância à radiação solar
Taxa de emissão de radiação de uma superfície por unidade de área, incluindo a parcela refletida da radiação incidente
J
W/m 2
ε
-
α
-
αol
-
ρ
-
ρol
-
τ
-
(5).
23
Absortância em ondas longas
24
Refletância à radiação solar
25
Refletância em ondas longas
26
Transmitância à radiação solar
Quociente da taxa de radiação emitida por uma superfície pela taxa de radiação emitida por um corpo negro, à mesma temperatura (5). Quociente da taxa de radiação solar absorvidasolar por uma superfície radiação incidente sobrepela estataxa de mesma superfície (6). Quociente da taxa de radiação de ondas longas que é absorvida por uma superfície pela taxa de radiação de ondas longas incidente sobre esta superfície (7). Quociente da taxa de radiação solar refletida por uma superfície pela taxa de radiação solar incidente sobre esta mesma superfície. Quociente da taxa de radiação de ondas longas que é refletida por uma superfície pela taxa de radiação de ondas longas incidente sobre esta superfície. Quociente da taxa de radiação solar que atravessa um elemento pela taxa de radiação solar incidente sobre este mesmo elemento.
(1) Esta grandeza também pode serexpressa por unidade de comprimento. Neste caso, seusímbolo é q’ e sua unidade W/m. (2) Quando existe transferência de calor por condução, convecção e radiação em materiais porosos recomenda-se usar o termo “condutividade térmica aparente”. (3) Para que esta grandeza seja completamente definida, é necessário que tipo o de transformação seja especificado. (4) O atraso térmico depende da capacidade térmica do componente construtivo e da ordem em que as camadas estão dispostas. (5) Todas as grandezas relativas às propriedades radiantes dos componentes devem fazer referência ao comprimento de onda da radiação e à sua direção de incidência ou dereflexão ou de emissão. Quando estas informações forem omitidas, tratam-se de propriedades totais hemisféricas. µm (6) A radiação solar está concentrada na regiãodo espectro eletromagnético compreendida entre comprimento de onda de 0,2 e 3,0 µm. (7) Fontes de baixa temperatura emitem radiação térmica de onda longa com comprimento de onda compreendido entre µm e3,0 100,0 µm. (6.1) Luz visível--> Comprimento de onda entre 0.38 µm e 2,00 µm (nanômetro) ∗∗ Para a parte 2 da norma adotar: Calor específico do AR=1 Densidade do AR=0
4
Projeto 02:135.07-001:2003 Tabela 2 - Características térmicas de ambientes.
o NGrandeza Definição Símbolo Unidade 27 Transmitância em ondas longas Quociente da taxa de radiação de ondas τol longas que é transmitida por um corpo pela taxa de radiação de ondas longas incidente sobre a superfície desse corpo. 28 Transmitância à radiação visível Quociente da taxa de radiação solar no τv espectro visível (0,38 a 0,72 µm) que atravessa um elemento transparente ou translúcido pela taxa de radiação solar no espectro visível incidente sobre este mesmo elemento. 29 Temperatura radiante plana Temperatura uniforme do ambiente no Trp qual o fluxo radiante incidente em um
30
Temperatura radiante média
31
Assimetria de radiação
32
Temperatura operativa
33
Temperatura efetiva
34
Temperatura neutra
35
Temperatura termodinâmica
36
Temperatura Celsius
37
Temperatura ar-sol
38
Taxa de ventilação
39
Taxa de infiltração
40
Taxa de renovação de ar
lado de que um pequeno elemento plano é o mesmo no ambiente real, geralmente não uniforme (1). Temperatura uniforme de um ambiente imaginário no qual a troca de calor do corpo humano por radiação é igual a troca de calor por radiação no ambiente real não uniforme. Diferença entre as temperaturas radiantes planas medidas em lados opostos de um pequeno elemento plano. Temperatura uniforme de um ambiente com comportamento de corpo negro imaginário, no qual o ocupante poderia trocar a mesma quantidade de calor por radiação e convecção que no ambiente real não uniforme. Temperatura operativa de um ambiente com 50% de umidade relativa que resulta na mesma troca total de calor do corpo humano que em um ambiente real. Temperatura operativa para a qual o corpo humano encontra-se em neutralidade térmica. Fração 1/273,15 de temperatura termodinâmica do ponto tríplice da água. Intervalo de temperatura unitário igual a 1K, numa escala de temperaturas em que o ponto 0 coincide com 273,15K. Temperatura fictícia que representa o efeito combinado da radiação solar incidente no fechamento e dos intercâmbios de energia por radiação e convecção entre a superfície e o meio envolvente. Vazão de ar exterior que circula por um ambiente através de aberturas intencionais. Vazão de ar exterior que circula por um ambiente através de aberturas não intencionais. Número de trocas de ar de um ambiente por unidade de tempo.
(1) A temperatura radiante plana é uma quantidade que descreve a radiação em uma direção.
-
-
o
C
Trm
o
C
∆Trp
o
C
To
o
C
Tef
o
C
TN
oC
T
K
t
o
C
Tar-sol
o
C
Var
m 3/s
Vi
m 3/s
Nv
Renovações /hora
5
Projeto 02:135.07-001:2003 Tabela 3 - Grandezas do clima, do ambiente e da fisiologia humana relacionadas ao condicionamento térmico de edificações. o NGra ndeza 41 Conforto térmico
42
Neutralidade térmica
43
Desconforto local
44 45
Taxa metabólica Índice de resistência térmica de vestimentas
46
Porcentagem de pessoas insatisfeitas com o ambiente
47
Temperatura de bulbo seco
48
Temperatura de bulbo úmido
49
Temperatura de bulbo úmido natural
50
Umidade absoluta do ar
51
Umidade relativa do ar
52
Zona bioclimática
53
Irradiância solar direta
Definição Símbolo Unidade Satisfação psicofisiológica de um indivíduo com as condições térmicas do ambiente. Estado físico no qual a densidade do fluxo de calor entre o corpo humano e o ambiente é igual à taxa metabólica do corpo, sendo mantida constante a temperatura do corpo. Aquecimento ou resfriamento de uma parte do corpo gerando insatisfação do indivíduo. Taxa de produção de energia do corpo (1). Resistência térmica da vestimenta à troca de calor sensível por condução, convecção e radiação entre a pele e a superfície externa da roupa(2). Porcentagem de pessoas em um ambiente que não se encontram termicamente satisfeitas (3). Temperatura do ar medida por um termômetro com dispositivo de proteção contra a influência da radiação térmica. Temperatura à qual a evaporação de água conduzirá uma massa de ar úmido, por meio de um processo isobárico de saturação adiabática. (Pode ser medida por um termômetro cujo bulbo está embutido em uma mecha embebida em água destilada, sobre o qual atua um exaustor de ar, tornando forçada a convecção entre a mecha e o ar). Temperatura à qual a evaporação de água conduzirá uma massa de ar úmido, por meio de um processo isobárico, não atingindo necessariamente a condição de saturação adiabática. (Pode ser medida por um termômetro cujo bulbo está embutido em uma mecha embebida em água destilada, o qual está sujeito à circulação de ar existente no ambiente). Quociente da massa de vapor d’água (em gramas) pela massa de ar seco (em quilogramas). Quociente da umidade absoluta do ar pela umidade absoluta do ar saturado para a mesma temperatura e pressão atmosférica. Região geográfica homogênea quanto aos elementos climáticos que interferem nas relações entre ambiente construído e conforto humano. Taxa radiação solarpor direta incidente sobrede uma superfície unidade de área.
-
2
TM Ir
W/m clo
PPI
%
ou PPD
TBS
o
TBU
o
TBUn
oC
UA
g vapor/ kg ar seco
UR
%
-
-
Gdir
W/m
C C
2
6
Projeto 02:135.07-001:2003 Tabela 3 (conclusão) - Grandezas do clima, do ambiente e da fisiologia humana relacionadas ao condicionamento térmico de edificações. o NGrandeza Definição Símbolo Unidade 54 Irradiância solar difusa Taxa de radiação solar incidente sobre Gdif W/m 2 uma superfície por unidade de área, no conjunto de todas as direções, exceto a de incidência direta (4). 55 Irradiância solar total Fluxo de radiação solar direto e difuso G W/m 2 incidente sobre uma superfície unitária, a uma dada inclinação e orientação. 56 Admitância térmica Taxa de fluxo de calor entre a superfície interna de um elemento ou componente construtivo e o ar, por unidade de variação de temperatura. unidade (1) A Taxa “met” metabólica, (do inglêsmetabolic função daunit intensidade ), que corresponde da atividade a 58,2 física W/m2desenvolvida . pelo corpo humano, pode também ser expressa na (2) É expresso em “clo”, do inglês clothing, sendo que 1 clo = 0,155 2(m .K)/W. (3) Esta grandeza também pode ser chamada de PPD – Predicted Percentage of Dissatisfied.
________________________ //ANEXO
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Projeto 02:135.07-001:2003 Anexo A (informativo) Referências bibliográficas
da grandezaNo 1, 2, 3, 9, 10, 32 e 33 26, 27, 28 e 30
29
41 e 42
Fonte ABNT (1992). NBR 12538 – Grandezas e unidades de termodinâmica. Associação Brasileira de Normas Técnicas. ASHRAE (2001). Ashrae Handbook – Fundamentals. Capítulo 8 - Physiological principles for comfort and health. ISO 7726 (1998). Thermal environments: Instruments and methods for measuring physical quantities. ISO 7730 (1994). Moderate thermal environments: Determination of the PMV and PPD indices and specification of the conditions for thermal comfort. ASHRAE (1997). Ashrae Standard 55/1992 – Thermal environmental conditions for human occupancy. ASHRAE (1997). Ashrae Standard – Thermal environmental conditions for human occupancy.
Projeto 02:135.07-001/2 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 SET 2003
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas Sede: Rio de Janeiro Av. Treze de Maio, 13 28º andar CEP 20003-900 – Caixa Postal 1680 Rio de Janeiro – RJ Tel.: PABX (21) 3974-2300 Fax: (21) 2240-8249/2220-6436 Endereço eletrônico: www.abnt.org.br
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edificações Origem: Projeto 02:135.07-001/2:2003 ABNT/CB-02 - Comitê Brasileiro de Construção Civil CE-02:135.07 - Comissão de Estudo de Desempenho Térmico de Edificações Thermal performance in buildings - Calculation methods of thermal transmittance, thermal capacity, thermal delay and solar heat factor of elements and components of buildings. Descriptors: Thermal performance. Buildings.
Palavras-chave:
Desempenho térmico. Edificações.
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SUMÁRIO Prefácio 1 Objetivo 2 Referências normativas 3 Definições, símbolos e subscritos 4 Fórmulas básicas 5 Resistência térmica de um componente 6 Capacidade térmica de um componente 7 Atraso térmico de um componente 8 Fator de calor solar ANEXOS A Resistências térmicas superficiais B Resistência térmica de câmaras de ar não ventiladas, absortância e emissividade de superfícies e cores, e propriedades térmicas de materiais C Exemplos de cálculo Prefácio A ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas - é o Fórum Nacional de Normalização. As Normas Brasileiras, cujo conteúdo é de responsabilidade dos Comitês Brasileiros (ABNT/CB) e dos Organismos de Normalização Setorial (ABNT/ONS), são elaboradas por Comissões de Estudo (CE), formadas por representantes dos setores envolvidos, delas fazendo parte: produtores, consumidores e neutros (universidades, laboratórios e outros). Os Projetos de Norma Brasileira, elaborados no âmbito dos ABNT/CB e ABNT/ONS, circulam para Consulta Pública entre os associados da ABNT e demais interessados. Esta norma, sob o título geral “Desempenho térmico de edificações”, tem previsão de conter as seguintes partes: Parte 1: Definições, símbolos e unidades; Parte 2: Métodos de cálculo da transmitância térmica, da capacidade térmica, do atraso térmico e do fator solar de elementos e componentes de edificações; Parte 3: Zoneamento bioclimático brasileiro e diretrizes construtivas para habitações unifamiliares de interesse social; Parte 4: Medição da resistência térmica e da condutividade térmica pelo princípio da placa quente protegida; Parte 5: Medição da resistência térmica e da condutividade térmica pelo método fluximétrico. Esta norma contém o anexo A, de caráter normativo, e os anexos B e C, de caráter informativo. 1 Objetivo Esta parte da NBR estabelece procedimentos para o cálculo das propriedades térmicas - resistência, transmitância e capacidade térmica, atraso térmico e fator de calor solar - de elementos e componentes de edificações.
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Projeto 02:135.07-001/002:2003 Notas: 1 O anexo A apresenta as resistências térmicas superficiais a serem consideradas na aplicação desta Norma. 2 O anexo B apresenta a resistência térmica de câmaras de ar não ventiladas, a absortância e a emissividade de superfícies e cores e as propriedades térmicas (condutividade térmica, calor específico densidade e de massa aparente) de materiais. 3 O anexo C apresenta exemplos de cálculo das grandezas tratadas nesta Norma. No anexo D do projeto 02:135.07-001/3 apresentam-se a transmitância térmica, a capacidade térmica e oatraso térmico de vários exemplos de paredes e coberturas.
2 Referências normativas As normas relacionadas a seguir contêm disposições que, ao serem citadas neste texto, constituem prescrições para esta parte da NBR. As edições indicadas estavam em vigor no momento desta publicação. Como toda norma está sujeita a revisão, recomenda-se àqueles que realizam acordos com base nesta que verifiquem a conveniência de se usarem as edições mais recentes das normas citadas a seguir. A ABNT possui a informação das normas em vigor em um dado momento. Projeto 02:135.07-001/3:2003 02:135.07-001/1:2003 - Desempenho térmico de edificações - Parte 3: 1: Definições, símbolos e unidades. Procedimentos para avaliação de habitações de interesse social. ISO 6946:1996: Building components and building elements - Thermal resistance and thermal transmittance - Calculation methods. 3 Definições, símbolos e subscritos Para os efeitos desta parte da NBR, aplicam-se as definições, símbolos e abreviaturas do projeto 02:135.07-001/1 e os seguintes símbolos, unidades, subscritos e definições: 3.1 Símbolos Símbolo Variável A R U CT
ϕ
FSo FSt CS c e
λ ρ ε
Unidade
Área Resistência térmica de um componente Transmitância térmica de um componente Capacidade térmica de um componente Atraso térmico de um componente Fator solar de elementos opacos Fator solar de elementos transparentes ou translúcidos
m2 (m 2.K)/W W/(m 2.K) kJ/(m 2.K) horas -
Coeficiente de sombreamento Calor específico Espessura de uma camada Condutividade térmica do material Densidade de massa aparente do material Emissividade hemisférica total
kJ/(kg.K)m W/(m.K) kg/m 3 -
3.2 Subscritos Subscrito ar n s e i t T
Descrição Referente a uma câmara de ar Número total de seções ou camadas (a, b, c, …, n-1, n.) de um elemento ou componente Superfície Exterior da edificação Interior da edificação Total, superfície a superfície Total, ambiente a ambiente
3.3 Definição de seções e camadas Denomina-se seção à uma parte de um componente tomada em toda a sua espessura (de uma face à outra) e que contenha apenas resistências térmicas em série. Denomina-se camada à uma parte de um componente tomada paralelamente às suas faces e com espessura constante. Nota: Desta forma, conforme 5.2.1, a figura 1 possui quatro seções (Sa, Sb, Sc e Sd). A seção Sa é composta por uma única camada, a seção Sb é composta por duas camadas, a seção Sc também é composta por uma única camada (diferente daquela da seção Sa) e a seção Sd é composta por duas camadas. 4 Fórmulas básicas 4.1 Resistência térmica 4.1.1 Camadas homogêneas Valores da resistência térmica, R, obtidos através de medições baseadas em ensaios normalizados, devem ser usados sempre que possível. Na ausência de valores medidos, conforme ISO 6946, recomenda-se que a resistência térmica, R, de uma camada homogênea de material sólido seja determinada pela expressão 1.
3
Projeto 02:135.07-002:2003 ...1)
R = e/λ
Os valores recomendados de condutividade térmica de alguns materiais de uso corrente são encontrados na tabela B.3. 4.1.2 Câmara de ar A resistência térmica de câmaras de ar (Rar) não ventiladas pode ser obtida na tabela B.1. Para tijolos ou outros elementos com câmaras de ar circulares, deve-se transformar a área da circunferência em uma área equivalente a um quadrado com centros coincidentes. Para coberturas, independentemente do número de águas, a altura equivalente da câmara de ar para cálculo é determinada dividindo-se por dois a altura da cumeeira. 4.1.3 Superfícies A resistência superficial externa (Rse) e a superficial interna (Rsi) são obtidas na tabela A.1. 4.2 Transmitância térmica A transmitância térmica de componentes, de ambiente a ambiente, é o inverso da resistência térmica total, conforme expressão 2. U = 1/RT
...2)
4.3 Capacidade térmica de componentes A capacidade térmica de componentes pode ser determinada pela expressão 3. n
CT =
n
∑ λ .R .c .ρ = ∑ e .c .ρ i
i
i=1
i
i
i
i
i
i=1
... 3)
Onde: λi é a condutividade térmica do material da camada ia. ; Ri é a resistência térmica da camada i a.; ei é a espessura da camada ia. a.
i específico do material da do camada i ; da camada ia.. ρc i éé ao calor densidade de massa aparente material
5 Resistência térmica de um componente 5.1 Componentes com camadas homogêneas A resistência térmica total de um componente plano constituído de camadas homogêneas perpendiculares ao fluxo de calor é determinada pelas expressões 4 e 5. 5.1.1 Superfície a superfície (Rt) A resistência térmica de superfície a superfície de um componente plano constituído de camadas homogêneas, perpendiculares ao fluxo de calor, é determinada pela expressão 4. Rt = R t1 + R t2 + ..... + Rtn + Rar1 + Rar2 + ..... + Rarn Onde: R t1, R t2, …, R tn Rar1, Rar2, ... , R arn
...4)
são as resistências térmicas das n camadas homogêneas, determinadas pela expressão 1; são as resistências térmicas das n câmaras de ar, obtidas da tabela B.1.
5.1.2 Ambiente a ambiente (R T) A resistência térmica de ambiente a ambiente é dada pela expressão 5. RT = Rse + Rt + Rsi ...5) Onde: Rt Rse e Rsi
é a resistência térmica de superfície a superfície, determinada pela expressão 4; são as resistências superficiais externa e interna, respectivamente, obtidas da tabela A.1.
5.2 Componentes com camadas homogêneas e não homogêneas A resistência térmica total de um componente plano constituído de camadas homogêneas e não homogêneas, perpendiculares ao fluxo de calor, é determinada pelas expressões 6 e 7. Nota: O procedimento de cálculo da resistência térmica de componentes apresentado nesta parte da NBR é diferente daquele apresentado pela ISO 6946, sendo que o apresentado nesta parte da NBR é mais rápidosimples e e os resultados sãoequivalentes.
5.2.1 Superfície a superfície (Rt)
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Anexo B (informativo) Resistência térmica de câmaras de ar não ventiladas, absortância e emissividade de superfícies e cores e propriedades térmicas de materiais B.1 Resistência térmica de câmaras de ar não ventiladas Os valores da resistência térmica de câmaras de ar não ventiladas apresentados na tabela B.1 são válidos para uma temperatura média da camada entre 0°C e 20°C e com uma diferença de temperatura entre as superfícies limitantes menor do que 15°C. Tabela B.1 - Resistência térmica de câmaras de ar não ventiladas, com largura muito maior que a espessura. Resistência térmica Rar m 2.K/W Natureza da Espessura “e” da Direção do fluxo de calor superfície da câmara de ar Horizontal Ascendente Descendente câmara de ar cm ð
Superfície de alta emissividade ε > 0,8 Superfície de baixa emissividade ε < 0,2
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
0,14 0,16 0,17 0,29 0,37 0,34
ñ
.
ò
0,13 0,14 0,14 0,23 0,25 0,27
0,15 0,18 0,21 EX.5 0,29 0,43 0,61
Notas: 1 ε é a emissividade hemisférica total. 2 Os valores para câmaras de ar com uma superfície refletora só podem ser usados se a emissividade da superfície for controlada e previsto que a superfície continue limpa, sem pó, gordura ou água de condensação. 3 Para coberturas, recomenda-se a colocação da superfície refletora paralelamente ao plano das telhas (exemplo C.6 do anexo C); desta forma, garante-se que pelo menos uma das superfícies - a inferior - continuará limpa, sem poeira. 4 Caso, no processo de cálculo, existam câmaras de ar com espessura inferior a 1,0 cm, pode-se utilizar o valor mínimo fornecido por esta tabela. Ca acidade de uma su erfície de emitir calor
Tabela B.2 - Absortância (α) para radiação solar (ondas curtas) e emissividade ( ε) para radiações a temperaturas comuns (ondas longas) Tipo de superfície α ε Chapa de alumínio (nova e brilhante) 0,05 0,05 Chapa de alumínio (oxidada) 0,15 0,12 Chapa de aço galvanizada (nova e brilhante) 0,25 0,25 Caiação nova 0,12 / 0,15 0,90 Concreto aparente 0,65 / 0,80 0,85 / 0,95 EX.2 Telha de barro 0,75 / 0,80 0,85 / 0,95 Tijolo aparente 0,65 / 0,80 0,85 / 0,95 Reboco claro 0,30 / 0,50 0,85 / 0,95 Revestimento asfáltico 0,85 / 0,98 0,90 / 0,98 Vidro incolor 0,06 / 0,25 0,84 Vidro colorido 0,40 / 0,80 0,84 Vidro metalizado 0,35 / 0,80 0,15 / 0,84 Pintura: Branca 0,20 0,90 Amarela Verde clara “Alumínio” Verde escura Vermelha Preta
0,30 0,40 0,40 0,70 0,74 0,97
0,90 0,90 0,50 0,90 0,90 0,90
10
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Tabela B.3 (continuação) - Densidade de massa aparenteρ(), condutividade térmica ( λ) e calor específico (c) de materiais Material c ρ λ (kJ/(kg.K)) (kg/m 3) (W/(m.K)) Impermeabilizantes membranas betuminosas asfalto asfalto betume asfáltico Isolantes térmicos lã de rocha lã de vidro poliestireno expandido moldado poliestireno estrudado espuma rígida de poliuretano Madeiras e derivados madeiras com densidade de massa aparente elevada carvalho, freijó, pinho, cedro, pinus aglomerado de fibras de madeira (denso) aglomerado de fibras de madeira (leve) aglomerado de partículas de madeira placas prensadas placas extrudadas compensado aparas de madeira aglomerada com cimento em fábrica palha (capim Santa Fé) Metais aço, ferro fundido alumínio cobre zinco Pedras (incluindo junta de assentamento) granito, gneisse ardósia, xisto basalto calcáreos/mármore outras
Plásticos borrachas sintéticas, poliamidas, poliesteres, polietilenos polimetacrilicos de metila (acrílicos) policloretos de vinila (PVC) Vidro vidro comum
1000-1100 1600 2300 1000
0,23 0,43 1,15 0,17
1,46 0,92 0,92 1,46
20-200 10-100
0,045 0,045
0,75 0,70
15-35 25-40 30-40
0,040 0,035 0,030
1,42 1,42 1,67
800-1000 600-750 450-600 300-450 850-1000 200-250 650-750 550-650 450-550 350-450 550-650 450-550 350-450 450-550 350-450 250-350 200
0,29 0,23 0,15 0,12 0,20 0,058 0,17 0,14 0,12 0,10 0,16 0,15 0,12 0,15 0,12 0,10 0,12
1,34 1,34 1,34 1,34 2,30 2,30 2,30
7800 2700 8900 7100
55 230 380 112
0,46 0,88 0,38 0,38
2300-2900 2000-2800 2700-3000 > 2600 2300-2600 1900-2300 1500-1900 < 1500
3,00 2,20 1,60 2,90 2,40 1,40 1,00 0,85
0,84 0,84 0,84 0,84 0,84 0,84 0,84 0,84
900-1700
0,40
1200-1400
0,20
2500
1,00
2,30 2,30 2,30 2,30 2,30 2,30 2,30 2,30
0,84
EX.5
12
Projeto 02:135.07-001/002:2003 Tab. A1
.7
b) resistência térmica total: RT = Rsi + Rt + Rse = 0,13 + 0,1296 + 0,04 = 0,2996 (m2.K)/W c) transmitância térmica:
1 1 = = 3,34 W/(m 2.K) U= R T 0,2996 d) capacidade térmica da parede: Seção A (reboco+argamassa+reboco): Aa= 0,01 x 0,19 + 0,01 x 0,06 = 0,0025 m2
Somat rio do conjunto de resist ncias térmicas correspondentes às camadas de um elemento ou componente, incluindo as resistências su erficiais interna e externa. Quanto de radiação atravesssa um elemento em relação a quanto de radiação que incediu.
Capacidade do material de ser atravessado por um fluxo de calor Quanto de energia é necessário para alterar em 1ºC a temperatura do ambiente
3
C Ta =
∑ e .c .ρ = (e.c) .ρ i
i
i
( ) + e.c.ρ( arg) amassa + e.c.ρ reboco
reboco
i 1
= Como ρreboco =
ρargamassa = 2000 kg/m 3 e creboco = cargamassa = 1,00 kJ/(kg.K), tem-se:
C Ta = 0,13 x1,00 x 2000 = 260 kJ/(m2.K) Seção B (reboco + tijolo + reboco): Ab = 0,05 x 0,19 = 0,0095 m2 3
C Tb =
∑ e .c .ρ = (e.c).ρ i
i
i
+ e.c.ρ reboco ( )+ e.c.ρ( cerâmica )
reboco
i=1
C Tb = 0,02 x1,00 x 2000 + 0,09 x 0,92 x1600 + 0,02 x1,00 x 2000 = 212 kJ/(m2.K) Portanto, a capacidade térmica da parede será:
CT =
Aa + Ab = 220 kJ/(m2.K) Aa Ab + C Ta C Tb
e) atraso térmico: Rt = 0,1296 (m 2.K)/W B0 = CT - CText = 220 – 0,02.1,00.2000 = 180
B0 180 B1 = 0,226. R t = 0,226. 0,1296 = 313,9 (λ.ρ.c)ext . R ext − R t − R ext B 2 = 0,205. 10 Rt 0,02 (1,15.2000.1,00) ext . 0,02 − 0,1296 − 1,15 = 22,4 0,1296 10 1,15 ϕ = 1,382.R t . B1 + B 2 = 1,382.0,12 96. 313,9 + 22,4 = 3,3 horas
B 2 = 0,205.
Quanto que a parede transmite de radiaç o em relação a quanto que ela recebeu
f) fator solar: Tab. A1 .7 FSo = 100.U.α.Rse = 100.U.α.0,04 = 4.U. α Utilizando cor externa branca (α =0,2 0,3), tem-se: Tab. B2 (p.8) FSo = 4.3,34.0,3 = 4,0% 4x3 34x0 2=2 67% Pode-se verificar, também, a absortância máxima permitida em função do limite máximo permitido de fator solar para a zona bioclimática onde será executada a parede. Por exemplo, se para uma determinada região FS o < 5,5%, teremos:
α ≤ FSo/(4.U.) ≤ 5,5/(100.3,34) ≤ 0,4 4 (13,36)
Quanto de radiação absorve um elemento em relação a quanto de radiação que incediu
C.2 Exemplo 2: Parede com blocos de concreto colados, sem reboco (ver figura C.2) Dados: Dimensões do bloco = 39 cm x 19 cm x 9 cm ρconcreto = 2400 kg/m 3 λconcreto = 1,75 W/(m.K) (ver tabela B.3) cconcreto = 1,00 kJ/(kg.K) (ver tabela B.3) Nota: despresa-se a cola. Para a câmara de ar, Rar = 0,16 (m 2.K)/W (ver tabela B.1, superfície de alta emissividade, espessura da câmara de ar = 5,0 cm, fluxo horizontal).
15
Projeto 02:135.07-002:2003
R tijolo =
4 xA 1 + 3 xA 2 4 x 0,0032 + 3 x 0,0128 0,0512 = = = 0,2321 (m 2.K)/W 4 xA 1 3 xA 2 4 x0,0032 3 x 0,0128 0,2206 + + R1 R2 0,1111 0,3644
b) resistência térmica da parede (Rt): Seção A (reboco + argamassa + reboco): Aa = 0,01 x 0,32 + 0,01 x 0,17 = 0,0049 m2
Ra =
ereboco
λ reboco
+
eargamassa
λ argamassa
+
ereboco
λ reboco
=
0,02 0,10 0,02 0,14 + + = = 0,1217 (m 2.K)/W 1,15 1,15 1,15 1,15
Seção B (reboco + tijolo + reboco): Ab = 0,16 x 0,32 = 0,0512 m2
ereboco ereboco 0,02 0,02 2 R b = λ reboco + R tijolo + λ reboco = 1,15 + 0,2321 + 1,15 = 0,2669 (m .K)/W Portanto, a resistência da parede será:
Rt =
Aa + Ab 0,0049 + 0,0512 0,0561 = = = 0,2417 (m 2.K)/W A a A b 0,0049 0,0512 0,2321 + + R a R b 0,1217 0,2669
c) resistência térmica total: RT = Rsi + Rt + Rse = 0,13 + 0,2417 + 0,04 = 0,4117 (m2.K)/W d) transmitância térmica:
U=
1 1 = = 2,43 W/(m 2.K) R T 0,4117
Segunda forma (ver figura C.4):
Elemento isolado
Vista em perspectiva Figura C.4- Parede de tijolos cerâmicos de seis furos rebocados em ambas as faces a) resistência térmica da parede: Seção A (reboco + argamassa + reboco): Aa = 0,01 x 0,32 + 0,01 x 0,17 = 0,0049 m2
eargamassa e e 0,02 0,10 0,02 0,14 R a = λ reboco + λ argamassa + λreboco = 1,15 + 1,15 + 1,15 = 1,15 = 0,1217 (m 2.K)/W reboco reboco Seção B (reboco + tijolo + reboco): Ab = 0,01 x 0,32 = 0,0032 m2
Rb =
ereboco
λ reboco
+
ecerâmica
λ cerâmica
+
ereboco
λ reboco
=
0,02 0,10 0,02 + + = 0,1459 (m 2.K)/W 1,15 0,90 1,15
Seção C (reboco + tijolo + câmara de ar + tijolo + câmara de ar + tijolo + reboco): Ac = 0,04 x 0,32 = 0,0128 m 2
Rc =
ereboco
λ reboco
+
ecerâmica
λ cerâmica
+ R ar +
ecerâmica
λ cerâmica
+ R ar +
e cerâmica
λ cerâmica
+
ereboco
λ reboco
0,02 0,015 Rc = + + 0,16 + 0,01 + 0,16 + 0,015 + 0,02 = 0,3992 (m 2.K)/W 1,15 0,90 0,90 0,90 1,15 Portanto, a resistência da parede será:
21
Projeto 02:135.07-002:2003
0,008 (0,65.1700.0,84)ext . 0,008 − 0,6890 − 0,65 0,6890 10 0,65
B 2 = 0,205.
B2 é desconsiderado, pois resultou em valor negativo.
ϕ = 1,382.R t . B1 + B 2 = 1,382.0,68 90. 2,2 = 5,5
= -15,3
horas
e) fator solar para o verão: FSo = 4.U.α . amarela Utilizando cor externa branca (α = 0,3), tem-se: FSo = 4.1,11.0,3 = 1,3% Com α = 0,5, tem-se: FSo = 4.1,11.0,5 = 2,2% Com = 0,8, tem-se: FSo =α4.1,11.0,8 = 3,6%
____________________________
SET 2003
NBR 15220 Projeto 02:135.07-001/3
Desempenho térmico de edificações ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas Sede: Rio de Janeiro Av. Treze de Maio, 13 28º andar CEP 20003-900 – Caixa Postal 1680 Rio de Janeiro – RJ Tel.: PABX (21) 3974-2300 Fax: (21) 2220-8249/2220-6436 Endereço eletrônico: www.abnt.org.br
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Parte 3: Zoneamento bioclimático brasileiro e diretrizes construtivas para habitações unifamiliares de interesse social Origem: Projeto 02:135.07-001/3:2003 ABNT/CB-02- Comitê Brasileiro de Construção Civil CE-02:135.07 – Comissão de Estudo de Desempenho Térmico de Edificações Thermal performance in buildings – Brazilian Bioclimatic Zones and Building Guidelines for Low-Cost Houses. Descriptors: Thermal performance. Buildings. Palavras-chave:
Desempenho térmico. Edificações
23 páginas
Sumário
Prefácio Introdução 1 Objetivos e campo de aplicação 2 Referências normativas 3 Definições 4 Zoneamento bioclimático brasileiro 5 Parâmetros e condições de contorno 6 Diretrizes construtivas para cada Zona Bioclimática Brasileira 7 Estratégias de condicionamento térmico ANEXOS A Relação das 330 cidades cujos climas foram classificados B Zoneamento Bioclimático do Brasil C Recomendações e diretrizes construtivas para adequação da edificação ao clima local D Transmitância térmica, capacidade térmica e atraso térmico de algumas paredes e coberturas Prefácio
A ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas - é o Fórum Nacional de Normalização. As Normas Brasileiras, cujo conteúdo é de responsabilidade dos Comitês Brasileiros (ABNT /CB) e dos Organismos de Normalização Setorial (ABNT/ONS), são elaboradas por Comissões de Estudo (CE), formadas por representantes dos setores envolvidos, delas fazendo parte: produtores, consumidores e neutros (universidades, laboratórios e outros). Os projetos de Norma Brasileira, elaborados no âmbito dos ABNT/CB e ABNT/ONS, circulam para Consulta Pública entre os associados da ABNT e demais interessados. Esta norma, sob o título geral “Desempenho térmico de edificações”, tem previsão de conter as seguintes partes: Parte 1: Definições, símbolos e unidades; Parte 2: Métodos de cálculo da transmitância térmica, da capacidade térmica, do atraso térmico e do fator solar de elementos e componentes de edificações; Parte 3: Zoneamento bioclimático brasileiro e diretrizes construtivas para habitações unifamiliares de interesse social; Parte 4: Medição da resistência térmica e da condutividade térmica pelo princípio da placa quente protegida; Parte 5: Medição da resistência térmica e da condutividade térmica pelo método fluximétrico.
2
Projeto 02:135.07-001/3:2003 Esta parte da NBR contém os anexos A e B, de caráter normativo, e os anexos C e D, de caráter informativo. Introdução
A avaliação de desempenho térmico de uma edificação pode ser feita tanto na fase de projeto, quanto após a construção. Em relação à edificação construída, a avaliação pode ser feita através de medições in-loco de variáveis representativas do desempenho, enquanto que na fase de projeto esta avaliação pode ser feita por meio de simulação computacional ou através da verificação do cumprimento de diretrizes construtivas. Esta parte da NBR apresenta recomendações quanto ao desempenho térmico de habitações unifamiliares de interesse social aplicáveis na fase de projeto. Ao mesmo tempo em que estabelece um Zoneamento Bioclimático Brasileiro, são feitas recomendações de diretrizes construtivas e detalhamento de estratégias de condicionamento térmico passivo, com base em parâmetros e condições de contorno fixados. Propôs-se, então, a divisão do território brasileiro em oito zonas relativamente homogêneas quanto ao clima e, para cada uma destas zonas, formulou-se um conjunto de recomendações técnico-construtivas que otimizam o desempenho térmico das edificações, através de sua melhor adequação climática. Adaptou-se uma Carta Bioclimática a partir da sugerida por Givoni (“Comfort Climate Analysis and Building Design Guidelines”. Energy and Building, 18 (1), 11-23, 1992), detalhada no anexo B. Esta Norma não trata dos procedimentos para avaliação do desempenho térmico de edificações, os quais podem ser elaborados através de cálculos, de medições in loco ou de simulações computacionais. 1 Objetivos e campo de aplicação 1.1 Esta parte da NBR estabelece um Zoneamento Bioclimático Brasileiro abrangendo um conjunto de recomendações e
estratégias construtivas destinadas às habitações unifamiliares de interesse social. 1.2 Esta parte da NBR estabelece recomendações e diretrizes construtivas, sem caráter normativo, para adequação
climática de habitações unifamiliares de interesse social, com até três pavimentos. 2 Referências normativas
As normas relacionadas a seguir contêm disposições que, ao serem citadas neste texto, constituem prescrições para esta parte da NBR. As edições indicadas estavam em vigor no momento desta publicação. Como toda norma está sujeita a revisão, recomenda-se àqueles que realizam acordos com base nesta que verifiquem a conveniência de se usarem as edições mais recentes das mesmas. A ABNT possui a informação das normas em vigor em um dado momento. Projeto 02:135.07-001/1:2003 - Desempenho térmico de edificações - Parte 1: Definições, símbolos e unidades. Projeto 02:135.07-001/2:2003 - 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. Projeto 02:135.07-001/4:2003 - Desempenho térmico de edificações - Parte 4: Medição da resistência térmica e da condutividade térmica pelo princípio da placa quente protegida. Projeto 02:135.07-001/5:2003 - Desempenho térmico de edificações - Parte 5: Medição da resistência térmica e da condutividade pelo método fluximétrico. ASHRAE: 1996 - Algorithms for Building Heat Transfer Subroutines. 3 Definições
Para os efeitos desta parte da NBR, aplicam-se as definições, símbolos e unidades dos projetos 02:135.07-001/1, 02:135.07-001/2, 02:135.07-001/4 e 02:135.07-001/5. 4 Zoneamento bioclimático brasileiro
O zoneamento bioclimático brasileiro compreende oito diferentes zonas, conforme indica a figura 1. O anexo A apresenta a relação de 330 cidades cujos climas foram classificados e o anexo B apresenta a metodologia adotada na determinação do zoneamento.
3
Projeto 02:135.07-001/3:2003
Figura 1 - Zoneamento bioclimático brasileiro. 5 Parâmetros e condições de contorno
Para a formulação das diretrizes construtivas - para cada Zona Bioclimática Brasileira (seção 6) - e para o estabelecimento das estratégias de condicionamento térmico passivo (seção 7), foram considerados os parâmetros e condições de contorno seguintes: a) b) c) d)
tamanho das aberturas para ventilação; proteção das aberturas; vedações externas (tipo de parede externa e tipo de cobertura)1; e estratégias de condicionamento térmico passivo.
As informações constantes das seções 6 e 7, a seguir, não têm caráter normativo mas apenas orientativo. 6 Diretrizes construtivas para cada Zona Bioclimática
Diretrizes construtivas relativas a aberturas, paredes e coberturas para cada zona bioclimática são apresentadas de 6.1 a 6.8. Limites indicativos são apresentados no anexo C. 6.1 Diretrizes construtivas para a Zona Bioclimática 1
Na zona bioclimática 1 (ver figuras 2 e 3) devem ser atendidas as diretrizes apresentadas nas tabelas 1, 2 e 3.
1
Transmitância térmica, atraso térmico e fator solar (ver 02:135.07-001/2)
4
Projeto 02:135.07-001/3:2003
Figura 3 - Carta Bioclimática com as normais climatológicas de cidades desta zona, destacando a cidade de Caxias do Sul, RS
Figura 2 - Zona Bioclimática 1
Tabela 1 - Aberturas para ventilação e sombreamento das aberturas para a Zona Bioclimática 1
Aberturas para ventilação Médias
Sombreamento das aberturas Permitir sol durante o período frio
Tabela 2 - Tipos de vedações externas para a Zona Bioclimática 1
Vedações externas Parede: Leve Cobertura: Leve isolada Tabela 3 - Estratégias de condicionamento térmico passivo para a Zona Bioclimática 1
Estação Inverno
Estratégias de condicionamento térmico passivo B) Aquecimento solar da edificação C) Vedações internas pesadas (inércia térmica) Nota: O condicionamento passivo será insuficiente durante o período mais frio do ano. Os códigos B e C são os mesmos adotados na metodologia utilizada para definir o Zoneamento Bioclimático do Brasil (ver anexo B).
6.2 Diretrizes construtivas para a Zona Bioclimática 2
Na zona bioclimática 2 (ver figuras 4 e 5) devem ser atendidas as diretrizes apresentadas nas tabelas 4, 5 e 6.
Figura 4 - Zona Bioclimática 2
Figura 5 - Carta Bioclimática apresentando as normais climatológicas de cidades desta zona, destacando a cidade de Ponta Grossa, PR
5
Projeto 02:135.07-001/3:2003 Tabela 4 - Aberturas para ventilação e sombreamento das aberturas para a Zona Bioclimática 2
Aberturas para ventilação Médias
Sombreamento das aberturas Permitir sol durante o inverno
Tabela 5 - Tipos de vedações externas para a Zona Bioclimática 2
Vedações externas Parede: Leve Cobertura: Leve isolada
Tabela 6 - Estratégias de condicionamento térmico passivo para a Zona Bioclimática 2
Estação Verão Inverno
Estratégias de condicionamento térmico passivo J) Venti lação cruzad a B) Aquecimento solar da edificação C) Vedações internas pesadas (inércia térmica) Nota: O condicionamento passivo será insuficiente durante o período mais frio do ano. Os códigos J, B e C são os mesmos adotados na metodologia utilizada para definir o Zoneamento Bioclimático do Brasil (ver anexo B).
6.3 Diretrizes construtivas para a Zona Bioclimática 3
Na zona bioclimática 3 (ver figuras 6 e 7) devem ser atendidas as diretrizes apresentadas nas tabelas 7, 8 e 9.
Figura 6 - Zona Bioclimática 3
Figura 7 - Carta Bioclimática apresentando as normais climatológicas de cidades desta zona, destacando a cidade de Florianópolis, SC
Tabela 7 - Aberturas para ventilação e sombreamento das aberturas para a Zona Bioclimática 3
Aberturas para ventilação Médias
Sombreamento das aberturas Permitir sol durante o inverno
Tabela 8 - Tipos de vedações externas para a Zona Bioclimática 3
Vedações externas Parede: Leve refletora Cobertura: Leve isolada Tabela 9 - Estratégias de condicionamento térmico passivo para a Zona Bioclimática 3
Estação Verão Inverno
Estratégias de condicionamento térmico passivo J) Venti lação cruza da B) Aquecimento solar da edificação C) Vedações internas pesadas (inércia térmica)
Nota: Os códigos J, B e C são os mesmos adotados na metodologia utilizada para definir o Zoneamento Bioclimático do Brasil (ver anexo B).
6
Projeto 02:135.07-001/3:2003
6.4 Diretrizes construtivas para a Zona Bioclimática 4
Na zona bioclimática 4 (ver figuras 8 e 9) devem ser atendidas as diretrizes apresentadas nas tabelas 10, 11 e 12.
Figura 9 - Carta Bioclimática apresentando as normais climatológicas de cidades desta zona, destacando a cidade de Brasília, DF
Figura 8 - Zona Bioclimática 4
Tabela 10 - Aberturas para ventilação e sombreamento das aberturas para a Zona Bioclimática 4
Aberturas para ventilação Médias
Sombreamento das aberturas Sombrear aberturas
Tabela 11 - Tipos de vedações externas para a Zona Bioclimática 4 Vedações externas
Parede: Pesada Cobertura: Leve isolada Tabela 12 - Estratégias de condicionamento térmico passivo para a Zona Bioclimática 4
Estação Verão
Inverno
Estratégias de condicionamento térmico passivo H) Resfriamento evaporativo e Massa térmica para resfriamento J) Ventilação seletiva (nos períodos quentes em que a temperatura interna seja superior à externa) B) Aquecimento solar da edificação C) Vedações internas pesadas (inércia térmica)
Nota: Os códigos H, J, B e C são os mesmos adotados na metodologia utilizada para definir o Zoneamento Bioclimático do Brasil (ver anexo B). 6.5 Diretrizes construtivas para a Zona Bioclimática 5
Na zona bioclimática 5 (ver figuras 10 e 11) devem ser atendidas as diretrizes construtivas apresentadas nas tabelas 13, 14 e 15.
Figura 10 - Zona Bioclimática 5
Figura 11 - Carta Bioclimática apresentando as normais climatológicas de cidades desta zona, destacando a cidade de Santos, SP
7
Projeto 02:135.07-001/3:2003
Tabela 13 - Aberturas para ventilação e sombreamento das aberturas para a Zona Bioclimática 5
Aberturas para ventilação Médias
Sombreamento das aberturas Sombrear aberturas
Tabela 14 - Tipos de vedações externas para a Zona Bioclimática 5
Vedações externas Parede: Leve refletora Cobertura: Leve isolada Tabela 15 - Estratégias de condicionamento térmico passivo para a Zona Bioclimática 5
Estação
Estratégias de condicionamento térmico passivo
Verão J) ilaç ãointernas cruzadapesadas (inércia térmica) Inverno C) Vent Vedações Nota: Os códigos J e C são os mesmos adotados na metodologia utilizada para definir o Zoneamento Bioclimático do Brasil (ver anexo B). 6.6 Diretrizes construtivas para a Zona Bioclimática 6
Na zona bioclimática 6 (ver figuras 12 e 13) devem ser atendidas as diretrizes apresentadas nas tabelas 16, 17 e 18.
Figura 12 - Zona Bioclimática 6
Figura 13 - Carta Bioclimática apresentando as normais climatológicas de cidades desta zona, destacando a cidade de Goiânia, GO
Tabela 16 - Aberturas para ventilação e sombreamento das aberturas para a Zona Bioclimática 6
Aberturas para ventilação Médias
Sombreamento das aberturas Sombrear aberturas
Tabela 17 - Tipos de vedações externas para a Zona Bioclimática 6
Vedações externas Parede: Pesada Cobertura: Leve isolada Tabela 18 - Estratégias de condicionamento térmico passivo para a Zona Bioclimática 6
Estação Verão
Estratégias de condicionamento térmico passivo H) Resfriamento evaporativo e massa térmica para resfria mento J) Ventilação seletiva (nos períodos quentes em que a temperatura interna seja superior à externa) C) Vedações internas pesadas (inércia térmica)
Inverno Nota: Os códigos H, J e C são os mesmos adotados na metodologia utilizada para definir o Zoneamento Bioclimático do Brasil (ver anexo B).
8
Projeto 02:135.07-001/3:2003 6.7 Diretrizes construtivas para a Zona Bioclimática 7
Na zona bioclimática 7 (ver figuras 14 e 15) devem ser atendidas as diretrizes apresentadas nas tabelas 19, 20 e 21.
Figura 14 - Zona Bioclimática 7
Figura 15 - Carta Bioclimática apresentando as normais climatológicas de cidades desta zona, destacando a cidade de Picos, PI
Tabela 19 - Aberturas para ventilação e sombreamento das aberturas para a Zona Bioclimática 7
Aberturas para ventilação Pequenas
Sombreamento das aberturas Sombrear aberturas
Tabela 20 - Tipos de vedações externas para a Zona Bioclimática 7
Vedações externas Parede: Pesada Cobertura: Pesada Tabela 21 - Estratégias de condicionamento térmico passivo para a Zona Bioclimática 7
Estação Verão
Estratégias de condicionamento térmico passivo H) Resfriamento evaporativo e Massa térmica para resfriamento J) Ventilação seletiva (nos períodos quentes em que a temperatura interna seja superior à externa)
Nota: Os códigos H e J são os mesmos adotados na metodologia utilizada para definir o Zoneamento Bioclimático do Brasil (ver anexo B). 6.8 Diretrizes construtivas para a Zona Bioclimática 8
Rio de Janeiro faz parte desta Zona
Na zona bioclimática 8 (ver figuras 16 e 17) devem ser atendidas as diretrizes apresentadas nas tabelas 22, 23 e 24.
Figura 16 - Zona Bioclimática 8
Figura 17 - Carta Bioclimática apresentando as normais climatológicas de cidades desta zona, destacando a cidade de Belém, PA
Tabela 22 - Aberturas para ventilação e sombreamento das aberturas para a Zona Bioclimática 8
Aberturas para ventilação Grandes
Sombreamento das aberturas Sombrear aberturas
9
Projeto 02:135.07-001/3:2003 Tabela 23 - Tipos de vedações externas para a Zona Bioclimática 8
Vedações externas Parede: Leve refletora Cobertura: Leve refletora Notas: 1 Coberturas com telha de barro sem forro, embora não atendam aos critérios das tabelas 23 e C.2, poderão ser aceitas na Zona 8, desde que as telhas não sejampintadas ou esmaltadas. 2 Na Zona 8, também serão aceitas coberturas com transmitâncias térmicas acima dos valores tabelados, desde que atendam às seguintes exigências: a) contenham aberturas para ventilação em, no mínimo, dois beirais opostos; e b) as aberturas para ventilação ocupem toda a extensão das fachadas respectivas. Nestes casos, em função da altura total para ventilação (ver figura 18), os limites aceitáveis da transmitância térmica poderão ser multiplicados pelo fator (FT)indicado pela expressão 1.
Figura 18 - Abertura (h) em beirais, para ventilação do ático
FT = 1,17 – 1,07 . h -1,04 (1) Onde: FT igual ao fator de correção da transmitância aceitável para as coberturas da zona 8 (adimensional); h igual à altura da abertura em dois beirais opostos, em centímetros. Nota: Para coberturas sem forro ou com áticos não ventilados, FT = 1. Tabela 24 - Estratégias de condicionamento térmico passivo para a Zona Bioclimática 8
Estação Verão
Estratégias de condicionamento térmico passivo J) Ventilação cruzada permanente Nota: O condicionamento passivo será insuficiente durante as horas mais quentes. O c digo JJ é o o mesmo mesmo adotado adotado na paradefinir definirooZoneamento ZoneamentoBioclimático Bioclim ticodo doBrasil Brasil(ver O código na metodologia metodologia utilizada utilizad a para anexo B).de Ventila ão (ver anexo B (p.14)). J-->Zona
7 Estratégias de condicionamento térmico
A tabela 25 apresenta o detalhamento das diferentes estratégias de condicionamento térmico passivo. Tabela 25 - Detalhamento das estratégias de condicionamento térmico
Estratégia A B
C D E F GeH
HeI
Detalhamento O uso de aquecimento artificial será necessário para amenizar a eventual sensação de desconforto térmico por frio. A forma, a orientação e a implantação da edificação, além da correta orientação de superfícies envidraçadas, podem contribuir para otimizar o seu aquecimento no período frio através da incidência de radiação solar. A cor externa dos componentes também desempenha papel importante no aquecimento dos ambientes através do aproveitamento da radiação solar. A adoção de paredes internas pesadas pode contribuir para manter o interior da edificação aquecido. Caracteriza a zona de conforto térmico (a baixas umidades). Caracteriza a zona de conforto térmico. As sensações térmicas são melhoradas através da desumidificação dos ambientes. Esta estratégia RJ pode ser obtida através da renovação do ar interno por ar externo através da ventilação dos ambientes. mas também demora até entrar o calor Em regiões quentes e secas, a sensação térmica no período de verão pode ser amenizada através da evaporação da água. O resfriamento evaporativo pode ser obtido através do uso de vegetação, fontes de água ou outros recursos que permitam a evaporação da água diretamente no ambiente que se deseja resfriar. se dá com o aumento da umidade Temperaturas internas mais agradáveis também podem ser obtidas através do uso de paredes (externas e internas) e coberturas com maior massa térmica, de forma que o calor armazenado em seu interior durante o dia seja devolvido ao exterior durante a noite, quando as temperaturas externas diminuem.
12
Projeto 02:135.07-001/3:2003 Continuação Estrat. Zona
UF
Cidade
Estrat.
Zona
UF
Cidade
MG MG MG MG MG MG MG MG MG MG MG MG
Governador Valadares Grão Mogol Ibirité Itabira Itajubá Itamarandiba Januária João Pinheiro Juiz de Fora Lavras Leopoldina Machado
CFIJ BCFI ABCFI BCFI ABCFI BCFI CFHIJ CDFHI BCFI BCFI CFIJ ABCFI
5 3 2 3 2 3 6 6 3 3 5 2
PA PA PA PA PA PA PA PA PA PA PA PA
Breves Conceição do Araguaia Itaituba Marabá Monte Alegre Óbidos Porto de Moz Santarém (Taperinha) São Félix do Xingú Soure Tiriós Tracuateua
FJK FIJK FJK FJK FIJ FJK FJK FJK FIJK JK FIJ FIJK
8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8
MG MG MG MG MG MG MG MG MG MG MG MG MG MG MG MG MG MG MG MG
Monte Alegre de Minas Monte Azul Montes Claros Muriaé Oliveira Paracatu Passa Quatro Patos de Minas Pedra Azul Pirapora Pitangui Poços de Calda Pompeu Santos Dumont São Francisco São João Del Rei São João Evangelista São Lourenço Sete Lagoas Teófilo Otoni
BCFIJ DFHI CDFHI BCFIJ BCDFI CFHIJ ABCFI BCDFI CFI BCFHI BCFHI ABCF BCFIJ BCFI CFHIJ ABCFI BCFIJ ABCFI BCDFI CFIJ
73 6 3 4 6 2 4 5 4 4 1 3 3 6 2 3 2 4 5
PA PB PB PB PB PB PB PB PB PE PE PE PE PE PE PE PE PE PE PE
Tucuruí Areia Bananeiras Campina Grande Guarabira João Pessoa Monteiro São Gonçalo Umbuzeiro Arco Verde Barreiros Cabrobó Correntes Fernando de Noronha Floresta Garanhuns Goiana Nazaré da Mata Pesqueira Petrolina
FJK FIJ FIJ FIJ FIJK FIJ CFHI FHIJK FI FHI FJK DFHI FIJ FIJ FHIK CFI FIJ FIJ FI DFHI
88 8 8 8 8 6 7 8 7 8 7 8 8 7 5 8 8 8 7
MG MG MG MG MS MS MS MS MS MS MS MS MS MT MT MT MT MT MT PA PA PA PA
Três Corações Ubá Uberaba Viçosa Aquidauana Campo Grande Corumbá Coxim Dourados Ivinhema Paranaíba Ponta Porã Três Lagoas Cáceres Cidade Vera Cuiabá Diamantino Meruri Presidente Murtinho Altamira Alto Tapajós Belém Belterra
ABCFI BCFIJ BCFIJ BCFIJ CFIJK CFHIJ FIJK CFHIJ BCFIJ CFIJK CFHIJ BCFI CFHIJ FIJK CFIJK FHIJK FHIJK CFHIJ BCFIJ FJK FJK FJK FJK
2 3 3 3 5 6 8 6 3 5 6 3 6 8 5 7 7 6 3 8 8 8 8
PE PE PE PE PE PI PI PI PI PI PI PR PR PR PR PR PR PR PR PR PR PR PR
Recife São Caetano Surubim Tapera Triunfo Bom Jesus do Piauí Floriano Parnaíba Paulistana Picos Teresina Campo Mourão Castro Curitiba Foz do Iguaçu Guaíra Guarapuava Ivaí Jacarezinho Jaguariaiva Londrina Maringá Palmas
FIJ FIJ FIJ FIJ CFHI DFHIJ FHIJK FIJ DFHIJ DFHIJ FHIJK BCFI ABCF ABCF BCFIJ BCFIJ ABCF ABCFI BCFIJ ABCFI BCFI ABCD ABCF
8 8 8 8 6 7 7 8 7 7 7 3 1 1 3 3 1 2 3 2 3 1 1
13
Projeto 02:135.07-001/3:2003 Continuação UF
Cidade
Estrat.
Zona
UF
Cidade
Estrat.
Zona
PR PR PR RJ RJ RJ RJ RJ RJ RJ RJ
Paranaguá Ponta Grossa Rio Negro Angra dos Reis Barra do Itabapoana Cabo Frio Campos Carmo Cordeiro Escola Agrícola Ilha Guaíba
BCFIJ ABCFI ABCFI FIJ CFIJ FIJ CFIJ BCFIJ BCFIJ CFIJ FIJ
3 2 2 8 5 8 5 3 3 5 8
SC SC SC SC SC SC SC SC SE SE SE
Lages Laguna Porto União São Francisco do Sul São Joaquim Urussanga Valões Xanxerê Aracajú Itabaianinha Propriá
ABCF ABCFI ABCFI CFIJ ABCF ABCFI ABCFI ABCFI FIJ FIJ FIJK
1 2 2 5 1 2 2 2 8 8 8
RJ RJ RJ RJ RJ RJ RJ RJ RJ RJ RJ RJ RN RN RN RN RN RN RN RN
Itaperuna Macaé Niterói Nova Friburgo Petrópolis Piraí Rezende Rio de Janeiro Rio Douro Teresópolis Vassouras Xerém Apodí Ceará Mirim Cruzeta Florania Macaiba Macau Mossoró Natal
CFIJ CFIJ CFIJ ABCFI BCF BCFIJ BCFIJ FIJ CFIJ ABCFI BCFIJ CFIJ FIJK FIJ FHIJK FHIJ FIJ FIJ FHIJK FIJ
55 5 2 3 3 3 8 5 2 3 5 8 8 7 7 8 8 7 8
SP SP SP SP SP SP SP SP SP SP SP SP SP SP SP SP SP SP SP SP
Andradina Araçatuba Avaré Bandeirantes Bariri Barra Bonita Campinas Campos do Jordão Casa Grande Catanduva Franca Graminha Ibitinga Iguape Itapeva Jau Juquiá Jurumirim Limeira Limoeiro
CFHIJ CFIJK BCFIJ BCFI BCFI BCFI BCFI ABCF ABCFI CFHIJ BCDF BCFI BCFIJ CFIJ ABCFI BCDFI CFIJ BCFI BCDFI BCDFI
65 3 3 3 3 3 1 2 6 4 3 3 5 2 4 5 3 4 4
RN RO RS RS RS RS RS RS RS RS RS RS RS RS RS RS RS RS RS SC
Nova Porto Cruz Velho Alegrete Bagé Bom Jesus Caxias do Sul Cruz Alta Encruzilhada do Sul Iraí Passo Fundo Pelotas Porto Alegre Rio Grande Santa Maria Santa Vitória do Palmar São Francisco de Paula São Luiz Gonzaga Torres Uruguaiana Araranguá
FIJ FIJK ABCFI ABCFI ABCF ABCF ABCFI ABCFI BCFIJ ABCFI ABCFI BCFI BCFI ABCFI ABCFI ABCF ABCFI BCFI ABCFI ABCFI
88 2 2 1 1 2 2 3 2 2 3 3 2 2 1 2 3 2 2
SP SP SP SP SP SP SP SP SP SP SP SP SP SP SP SP SP SP SP SP
Mococa Mogi Guaçu (Campininha) Paraguaçu Paulista Pindamonhangaba Pindorama Piracicaba Presidente Prudente Ribeirão das Antas Ribeirão Preto Salto Grande Santos São Carlos São Paulo São Simão Sorocaba Tietê Tremembé Ubatuba Viracopos Votuporanga
BCDFI BCFIJ CDFI BCFIJ CDFHI ABCFI CDFHI BCFI BCDFI BCFIJ CFIJ BCDFI BCFI BCDFI BCFI BCFI BCFI BCFIJ BCDFI CDFHI
43 6 3 6 2 6 3 4 3 5 4 3 4 3 3 3 3 4 6
SC SC SC SC
Camboriu Chapecó Florianópolis Indaial
BCFIJ BCFI BCFIJ BCFIJ
3 3 3 3
TO TO TO TO
Paranã Peixe Porto Nacional Taguatinga
CFHIJ FHIJK FHIJK DFHIJ
6 7 7 7
14
Projeto 02:135.07-001/3:2003 Anexo B (normativo) Zoneamento Bioclimático do Brasil B.1 Conceituação
O território brasileiro foi dividido em oito zonas relativamente homogêneas quanto ao clima. Para cada uma destas zonas, formulou-se um conjunto de recomendações técnico-construtivas, objetivando otimizar o desempenho térmico das edificações, através de sua melhor adequação climática. B.2 Base de dados climáticos B.2.1 O território brasileiro foi dividido em 6500 células, cada
uma das quais foi caracterizada pela posição geográfica e pelas seguintes variáveis climáticas: a) Médias mensais das temperaturas máximas; b) Médias mensais das temperaturas mínimas; e c) Médias mensais das umidades relativas do ar. B.2.2 Para 330 células (ver figura B.1) contou-se com:
a) dados das Normais Climatológicas medidos desde 1961 a 1990 em 206 cidades; b) dados das Normais Climatológicas e outras fontes medidos desde 1931 a 1960 em 124 cidades; c) para as demais células o clima foi estimado, por interpolação, através dos passos B.2.2.1 e B.2.2.2.
Figura B.1 – Localização das células com dados medidos B.2.2.1 Médias mensais de temperatur as máximas e mínimas
Os valores de cada célula foram considerados como médias ponderadas entre quatro células vizinhas (acima, abaixo, à esquerda e à direita). Na ponderação, as células com dados medidos tiveram peso quatro e as demais, peso um. B.2.2.2 Médias mensais de umidades relativas
Através dos algoritmos das relações psicrométricas (“Algorithms for Buiding Heat Transfer Subroutines”, ASHRAE, 1996), foram primeiramente calculadas as umidades absolutas (gramas de vapor d’água/quilo de ar seco) das cidades com clima medido. Em seguida, estas umidades foram interpoladas pelo mesmo procedimento adotado para as temperaturas. Finalmente, para cada célula, foram obtidas as umidades relativas correspondentes às temperaturas médias mensais. B.3 Método para a classificação bioclimática
Adotou-se uma Carta Bioclimática (ver figura B.2) adaptada a partir da sugerida por Givoni (“Comfort, climate analysis and building design guidelines”. Energy and Building, vol.18, july/92).
Figura B.2 – Carta bioclimática adaptada
As zonas da carta correspondem às seguintes estratégias: A – Zona de aquecimento artificial (calefação) G + H – Zona de resfriamento evaporativo B – Zona de aquecimento solar da edificação H + I – Zona de massa térmica de refrigeração C – Zona de massa térmica para aquecimento I + J – Zona de ventilação D – Zona de Conforto Térmico (baixa umidade) K – Zona de refrigeração artificial E – Zona de Conforto Térmico (Não precisa fazer nada!) L – Zona de umidificação do ar F – Zona de desumidificação (renovação do ar)
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Projeto 02:135.07-001/3:2003 Sobre esta carta, foram registrados e classificados os climas de cada ponto do território brasileiro. Para cada mês do ano, os dados mensais de temperatura e umidade do ar foram representados por uma reta (ver figura B.3), obtida da seguinte maneira: Dados de entrada: a) Tmin igual à temperatura média das mínimas; b) Tmax igual à temperatura média das máximas; c) UR igual à média mensal da umidade relativa. Cálculo da temperatura média mensal e seqüência Tmed = (Tmin + Tmax) / 2 Figura B.3 – Determinação da linha abc
Marcar o ponto “a”, na interseção entreTmed e UR. A umidade absoluta correspondente ao ponto “a” será considerada como a média mensal da umidade absoluta ( Umed, em g. de vapor / kg de ar seco). Calcular Umin (umidade absoluta correspondente aTmin) pela seguinte expressão: Umin = Umed – 1, 5 (gr. Vapor / kg ar seco) Calcular Umax (umidade absoluta correspondente aTmax) pela seguinte expressão: Umax = Umed + 1, 5 (gr. Vapor / kg ar seco) Nota: A variação média da umidade absoluta do ar, adotada nas expressões acima, é sugerida por Lamberts, Dutra e Pereira (“Eficiência Energética na Arquitetura”, 1997, página 144).
Localizar o ponto “b” na interseção entre as retas que passam porTmin e por Umin Localizar o ponto “c” na interseção entre as retas que passam porTmax e por Umax A reta “bc” representa as ahoras de um diadestas médio horas do mês considerado. Calcula-se,todas então, percentagem que corresponda a cada uma das estratégias indicadas na carta bioclimática. No exemplo indicado na figura B.4 , as horas mais frias do dia estão na região C da carta (massa térmica para aquecimento), enquanto as mais quentes estão na regiãoD. Como a reta inteira equivale a 100% do tempo, os segmentos C, E e D indicam, respectivamente, as percentagens das horas correspondentes a cada uma destas estratégias. Esta operação é repetida para os 12 meses, calculandose, assim, as percentagens de cada estratégia acumuladas ao longo de um ano. Figura B.4 – Percentagem de cada estratégia B.4 Um caso particular
A figura B.5 mostra uma condição climática sob a qual a aplicação do procedimento indicado implicaria em localizar o ponto “b” acima da curva de saturação do ar. Nestes casos, fazendo corresponder o ponto b“” a uma umidade relativa ≤ 100%, adota-se uma amplitude maior que 3 para a umidade absoluta (dU > 3 gr vapor / kg ar seco).
Figura B.5 – Ponto acima da curva de saturação do ar
16
Projeto 02:135.07-001/3:2003 A carta indicada na figura B.6 apresenta o clima de Brasília, com as respectivas percentagens das horas/ano correspondentes a cada estratégia. Valores menores que 1% são desprezados. Em seguida, são selecionadas as cinco principais estratégias, exceto a da região “E” (conforto térmico). No caso de Brasília, restariam as seguintes:
-->conforto -->des rezível
F – 16,2 % D – 10,6 % C – 12,7 % I – 3,7% B – 1,5%
Figura B.6 – Estratégias bioclimáticas para Brasília
Reunidas em ordem alfabética, estas letras definem o código “ BCDFI” para o clima analisado. Este código permitirá a classificação de cada tipo de clima, em uma das oito Zonas Bioclimáticas, através dos critérios apresentados na tabela B.1
Tabela B.1 - Critérios para classificação bioclimática
Classificação A Sim Sim
B
C
Sim Sim Sim Sim
D
H
Não
Não
Não
Não Sim
Não
I Não
J Não
Zona
No Cidades
1 2 3 4 5 6 7 8
12 33 62 17 30 38 39 99
Legenda: Sim = presença obrigatória Não = presença proibida
NOTAS: 1 As estratégias não assinaladas comsim ou não podem estar no código do clima, massua presença não é obrigatória. 2 Percorrer a tabela de cimapara baixo, adotando a primeira zona cujos critérios coincidam com código. o
B.5 Exemplo de aplicação
Como já foi visto, o clima de Brasília é identificado pelas letras BCDFI. Percorre-se, então, a tabela, de cima para baixo, procurando a primeira Zona cujos critérios aceitem esta seqüência: Zona 1: A é obrigatório e I e J são proibidos. Portanto, Brasília não faz parte desta Zona Bioclimática, pois não tem A e tem I. Zona 2: A é obrigatório. Brasília não faz parte desta Zona Bioclimática, pois não tem A. Zona 3: B é obrigatório e D e H são proibidos. Brasília tem D, portanto não faz parte desta Zona Bioclimática. Zona 4: B é obrigatório. Como Brasília tem B, sua Zona Bioclimática é a 4.
17
Projeto 02:135.07-001/3:2003 Anexo C (informativo) Recomendações e diretrizes construtivas para adequação da edificação ao clima local
A tabela C.1 apresenta diretrizes construtivas relativas às aberturas para ventilação e a tabela C.2, diretrizes construtivas relativas à transmitância térmica, atraso térmico e fator de calor solar para paredes externas e coberturas. Tabela C.1 - Aberturas para ventilação
Aberturas para ventilação Pequenas Médias Grandes
A (em % da área de piso) 10% < A < 15% 15% < A < 25% A > 40%
Tabela C.2 - Transmitância térmica, atraso térmico e fator de calor solar admissíveis para cada tipo de vedação externa
Veda ções exte rnas
Paredes
Coberturas
Transmitância térmica - U W/m 2.K Leve Leve refletora Pesada Leve isolada Leve refletora Pesada
U ≤ 3,00 U ≤ 3,60 U ≤ 2,20 U ≤ 2,00 U ≤ 2,30.FT U ≤ 2,00
Fator solar - FSo
Atraso térmico - ϕ Horas 4,3ϕ ≤ 4,3ϕ ≤ 6,5ϕ ≥ 3,3ϕ ≤ 3,3ϕ ≤ 6,5ϕ ≥
% FS FS FS FS FS FS
o
≤ 5,0
o
≤ 4,0
o
≤ 3,5
o
≤ 6,5
o
≤ 6,5
o
≤ 6,5
NOTAS 1 Transmitância térmica, atraso térmico e fator solar (ver 02:135.07-001/2) 22 Aberturas s aberturas efetivas para ventilação são dadas em percentagem da áreapiso de em ambientes de longa permanência (cozinha, dormitório, sala de estar). 3 No caso de coberturas (este termo deveser entendido como o conjunto telhado mais ático maisforro), a transmitância térmica deve ser verificadapara fluxo descendente. 4 O termo “ático” refere-se à câmara de arexistente entre o telhado e o forro.
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Projeto 02:135.07-001/3:2003
Anexo D (informativo) Transmitância térmica, capacidade térmica e atraso térmico de algumas paredes e coberturas Tabela D.1 - Propriedades térmicas dos materiais utilizados nos componentes da tabela D.3 Tabela D.1 - Propriedades térmicas dos materiais utilizados nos componentes da Calor tabelaespecifico D.3 Densidade Condutividade
Material Cerâmica Argamassa de emboço ou assentamento Concreto Tabela D.2 - Propriedades térmicas dos
Material Cerâmica Fibro-cimento Madeira Concreto Lâmina de alumínio polido (ε< 0,2) Lã de vidro
3
ρ (kg/m )
λ (W/(m.K))
1600 2000 2400
0,90 1,15 1,75
c (kJ/(kg.K)) 0,92 1,00 1,00
materiais utilizados nos componentes da tabela 3
ρ (kg/m )
λ (W/(m.K))
2000 1900 600 2200 2700 50
1,05 0,95 0,14 1,75 230 0,045
Densidade
D.4
c (kJ/(kg.K)) 0,92 0,84 2,30 1,00 0,88 0,70
Condutividade
Calor especifico
Tabela D.3 – Transmitância térmica, capacidade térmica e atraso térmico para algumas paredes Parede Descr ição U [W/(m 2.K)] C T [kJ/(m 2.K)] ϕ [horas]
Parede de concreto maciço Espessura total da parede: 5,0 cm 5,04
120
1,3
4,40
240
2,7
3,70
149
2,4
2,48
159
3,3
2,49
158
3,3
Parede de concreto maciço Espessura total da parede: 10,0 cm
Parede de tijolos maciços aparentes Dimensões do tijolo: 10,0x6,0x22,0 cm Espessura da argamassa de assentamento: 1,0 cm Espessura total da parede: 10,0 cm
Parede de tijolos 6 furos quadrados, assentados na menor dimensão Dimensões do tijolo: 9,0x14,0x19,0 cm Espessura da argamassa de assentamento: 1,0 cm Espessura da argamassa de emboço: 2,5 cm Espessura total da parede: 14,0 cm Parede de tijolos 8 furos quadrados, assentados na menor dimensão Dimensões do tijolo: 9,0x19,0x19,0 cm Espessura da argamassa de assentamento: 1,0 cm Espessura da argamassa de emboço: 2,5 cm Espessura total da parede: 14,0 cm
19
Projeto 02:135.07-001/3:2003 Tabela D.3 (continuação) – Transmitância térmica, capacidade térmica e atraso térmico para algumas paredes. Parede Des cri ção U [W/(m 2.K)] C T [kJ/(m 2.K)] ϕ [horas]
Parede de tijolos de 8 furos circulares, assentados na menor dimensão Dimensões do tijolo: 10,0x20,0x20,0 cm Espessura da argamassa de assentamento: 1,0 cm Espessura da argamassa de emboço: 2,5 cm Espessura total da parede: 15,0 cm Parede de tijolos de 6 furos circulares, assentados na menor dimensão Dimensões do tijolo: 10,0x15,0x20,0 cm Espessura da argamassa de assentamento: 1,0 cm Espessura da argamassa de emboço: 2,5 cm Espessura total da parede: 15,0 cm Parede com 4 furos circulares Dimensões do tijolo: 9,5x9,5x20,0 cm Espessura da argamassa de assentamento: 1,0 cm Espessura da argamassa de emboço: 2,5 cm Espessura total da parede: 14,5 cm Parede de blocos cerâmicos de 3 furos Dimensões do bloco: 13,0x28,0x18,5 cm Espessura da argamassa de assentamento: 1,0 cm Espessura da argamassa de emboço: 2,5 cm Espessura total da parede: 18,0 cm Parede de tijolos maciços, assentados na menor dimensão Dimensões do tijolo: 10,0x6,0x22,0 cm Espessura da argamassa de assentamento: 1,0 cm Espessura da argamassa de emboço: 2,5 cm Espessura total da parede: 15,0 cm Parede de blocos cerâmicos de 2 furos Dimensões do bloco: 14,0x29,5x19,0 cm Espessura da argamassa de assentamento: 1,0 cm Espessura argamassa de emboço: 2,5dacm Espessura total da parede: 19,0 cm Parede de tijolos com 2 furos circulares Dimensões do tijolo: 12,5x6,3x22,5 cm Espessura da argamassa de assentamento: 1,0 cm Espessura da argamassa de emboço: 2,5 cm Espessura total da parede: 17,5 cm
2,24
167
3,7
2,28
168
3,7
2,49
186
3,7
2,43
192
3,8
3,13
255
3,8
2,45
203
4,0
2,43
220
4,2
20
Projeto 02:135.07-001/3:2003 Tabela D.3 (continuação) – Transmitância térmica, capacidade térmica e atraso térmico para algumas paredes. Parede Des cri ção U [W/(m 2.K)] C T [kJ/(m 2.K)] ϕ [horas]
Parede de tijolos de 6 furos quadrados, assentados na maior dimensão Dimensões do tijolo: 9,0x14,0x19,0 cm Espessura da argamassa de assentamento: 1,0 cm Espessura da argamassa de emboço: 2,5 cm Espessura total da parede: 19,0 cm Parede de tijolos de 21 furos circulares, assentados na menor
2,02
192
4,5
dimensão Dimensões do tijolo: 12,0x11,0x25,0 cm Espessura da argamassa de assentamento: 1,0 cm Espessura da argamassa de emboço: 2,5 cm Espessura total da parede: 17,0 cm Parede de tijolos de 6 furos circulares, assentados na maior dimensão Dimensões do tijolo: 10,0x15,0x20,0 cm Espessura da argamassa de assentamento: 1,0 cm Espessura da argamassa de emboço: 2,5 cm Espessura total da parede: 20,0 cm Parede de tijolos de 8 furos quadrados, assentados na maior dimensão
2,31
227
4,5
1,92
202
4,8
Dimensões do tijolo: 9,0x19,0x19,0 cm Espessura da argamassa de assentamento: 1,0 cm Espessura da argamassa de emboço: 2,5 cm Espessura total da parede: 24,0 cm Parede de tijolos de 8 furos circulares, assentados na maior dimensão Dimensões do tijolo: 10,0x20,0x20,0 cm Espessura da argamassa de assentamento: 1,0 cm Espessura da argamassa de emboço: 2,5 cm Espessura total da parede: 25,0 cm Parede dupla de tijolos de 6 furos circulares, assentados na menor dimensão Dimensões do tijolo: 10,0x15,0x20,0 cm Espessura da argamassa de assentamento: 1,0 cm Espessura da argamassa de emboço: 2,5 cm Espessura total da parede: 26,0 cm Parede dupla de tijolos maciços, assentados na menor dimensão Dimensões do tijolo: 10,0x6,0x22,0 cm Espessura da argamassa de assentamento: 1,0 cm Espessura da argamassa de emboço: 2,5 cm Espessura total da parede: 26,0 cm
1,80
231
5,5
1,61
232
5,9
1,52
248
6,5
2,30
430
6,6
21
Projeto 02:135.07-001/3:2003 Tabela D.3 (conclusão) – Transmitância térmica, capacidade térmica e atraso térmico para algumas paredes.
Parede
Des cri ção Parede de tijolos maciços, assentados na maior dimensão Dimensões do tijolo: 10,0x6,0x22,0 cm Espessura da argamassa de assentamento: 1,0 cm Espessura da argamassa de emboço: 2,5 cm Espessura total da parede: 27,0 cm Parede dupla de tijolos de 21 furos circulares, assentados na menor dimensão
U [W/(m 2.K)]
C T [kJ/(m 2.K)]
ϕ [horas]
2,25
445
6,8
Dimensões do tijolo: 12,0x11,0x25,0 cm Espessura da argamassa de assentamento: 1,0 cm Espessura da argamassa de emboço: 2,5 cm Espessura total da parede: 30,0 cm Parede dupla de tijolos de 6 furos circulares, assentados na maior dimensão Dimensões do tijolo: 10,0x15,0x20,0 cm Espessura da argamassa de assentamento: 1,0 cm Espessura da argamassa de emboço: 2,5 cm Espessura total da parede: 36,0 cm Parede dupla de tijolos de 8 furos quadrados, assentados na maior dimensão Dimensões do tijolo: 9,0x19,0x19,0 cm Espessura da argamassa de assentamento: 1,0 cm Espessura da argamassa de emboço: 2,5 cm Espessura total da parede: 44,0 cm Parede dupla de tijolos de 8 furos circulares, assentados na maior dimensão Dimensões do tijolo: 10,0x20,0x20,0 cm Espessura da argamassa de assentamento: 1,0 cm Espessura da argamassa de emboço: 2,5 cm Espessura total da parede: 46,0 cm
1,54
368
8,1
1,21
312
8,6
1,12
364
9,9
0,98
368
10,8
22
Projeto 02:135.07-001/3:2003 Tabela D.4 – Transmitância térmica, capacidade térmica e atraso térmico para algumas coberturas. Cobertura Des cri ção U [W/(m 2.K)] C T [kJ/(m 2.K)] ϕ
[horas] Cobertura de telha de barro sem forro Espessura da telha: 1,0 cm
4,55
18
0,3
Cobertura de telha de fibro-cimento sem forro Espessura da telha: 0,7 cm
4,60
11
0,2
2,00
32
1,3
2,00
25
1,3
2,24
84
2,6
2,25
77
2,6
1,92
113
3,6
1,93
106
3,6
1,84
458
8,0
Cobertura de telha de fibro-cimento com laje de concreto de 20 cm Espessura da telha: 0,7 cm
1,99
451
7,9
Cobertura de telha de barro com laje de concreto de 25 cm Espessura da telha: 1,0 cm
1,75
568
9,3
Cobertura de telha de fibro-cimento com laje de concreto de 25 cm Espessura da telha: 0,7 cm
1,75
561
9,2
1,11
32
2,0
Cobertura de telha de barro com forro de madeira Espessura da telha: 1,0 cm Espessura da madeira: 1,0 cm Cobertura de telha de fibro-cimento com forro de madeira Espessura da telha: 0,7 cm Espessura da madeira: 1,0 cm Cobertura de telha de barro com forro de concreto Espessura da telha: 1,0 cm Espessura do concreto: 3,0 cm Cobertura de telha de fibro-cimento com forro de concreto Espessura da telha: 0,7 cm Espessura do concreto: 3,0 cm Cobertura de telha de barro com forro de laje mista Espessura da telha: 1,0 cm Espessura da laje: 12,0 cm Rt(laje) = 0,0900 (m 2.K/W) CT(laje) = 95 kJ/(m 2.K) Cobertura de telha de fibro-cimento com forro de laje mista Espessura da da laje: telha:12,0 0,7 cm cm Espessura Rt(laje) = 0,0900 (m 2.K/W) 2 CT(laje) = 95 kJ/(m .K) Cobertura de telha de barro com laje de concreto de 20 cm Espessura da telha: 1,0 cm
Cobertura telha edeforro barro, de alumíniodepolido de lâmina madeira Espessura da telha: 1,0 cm Espessura da madeira: 1,0 cm
23
Projeto 02:135.07-001/3:2003
Tabela D.4 (conclusão) – Transmitância térmica, capacidade térmica e atraso térmico para algumas coberturas.
Cobertura
Des cri ção
U [W/(m 2.K)]
C T [kJ/(m 2.K)]
ϕ
[horas]
D I F E R E N Ç A
Cobertura de telha de fibro-cimento, lâmina de alumínio polido e forro de madeira Espessura da telha: 0,7 cm Espessura da madeira: 1,0 cm Cobertura de telha de barro, lâmina de alumínio polido e forro de concreto Espessura da telha: 1,0 cm Espessura do concreto: 3,0 cm Cobertura de telha de fibro-cimento, lâmina de alumínio polido e forro de concreto Espessura da telha: 0,7 cm Espessura do concreto: 3,0 cm Cobertura de telha de barro, lâmina de alumínio polido e forro de laje mista Espessura da telha: 1,0 cm Espessura da laje: 12,0 cm Rt(laje) = 0,0900 (m2.K/W) CT(laje) = 95 kJ/(m 2.K) Cobertura de telha de fibro-cimento, lâmina de alumínio polido e forro de laje mista Espessura da telha: 0,7 cm Espessura da laje: 12,0 cm Rt(laje) = 0,0900 (m2.K/W) CT(laje) = 95 kJ/(m 2.K) Cobertura de telha de barro, lâmina de alumínio polido e laje de concreto de 20 cm Espessura da telha: 1,0 cm Cobertura de telha de fibro-cimento, lâmina de alumínio polido e laje de concreto de 20 cm Espessura da telha: 0,7 cm Cobertura de telha de barro, lâmina de alumínio polido e laje de concreto de 25 cm Espessura da telha: 1,0 cm Cobertura de telha de fibro-cimento, lâmina de alumínio polido e laje de concreto de 25 cm Espessura da telha: 0,7 cm Cobertura de telha de barro com 2,5 cm de lã de vidro sobre o forro de madeira Espessura da telha: 1,0 cm Espessura da madeira: 1,0 cm Cobertura de telha de barro com 5,0 cm de lã de vidro sobre o forro de madeira Espessura da telha: 1,0 cm Espessura da madeira: 1,0 cm
1,16
25
2,0
1,18
84
4,2
1,18
77
4,2
1,09
113
5,4
1,09
106
5,4
1,06
458
11,8
1,06
451
11,8
1,03
568
13,4
1,03
561
13,4
0,95
33
2,3
0,62
34
3,1
NOTAS: 1 As transmitâncias térmicas e os atrasos térmicos das coberturas são calculados para condições de verão (fluxo térmico descendente). 2 Deve-se atentar que, apesar da semelhança entre a transmitância térmica da cobertura com telhas de barro e aquela com telhas de fibrocimento, o desempenho térmico proporcionado por estas duas coberturassignificativamente é diferente pois as telhas de barro são porosas e permitem a absorção de água (de chuva oude condensação). Este fenômeno contribui para a redução do fluxo de calor para o interior da edificação, pois parte deste calor será dissipado no aquecimento e evaporação da água contida nos poros da telha. Desta forma,sugere-se a utilização de telhas de barro emseu estado natural, ou seja, isentas de quaisquer tratamentos que impeçam a absorção de água.
________________________________
SET 2003
NBR 15220 Projeto 02:135.07-001/4
Desempenho térmico de edificações ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas Sede: Rio de Janeiro Av. Treze de Maio, 13 28º andar CEP 20003-900 – Caixa Postal 1680 Rio de Janeiro – RJ Tel.: PABX (21) 3974-2300 Fax: (21) 2220-8249/2220-6436 Endereço eletrônico: www.abnt.org.br
Parte 4: Medição da resistência térmica e da condutividade térmica pelo princípio da placa quente protegida Origem: Projeto 02:135.07-001/4:2003 ABNT/CB-02 - Comitê Brasileiro de Construção Civil CE-02:135.07 - Comissão de Estudo do Desempenho Térmico nas Edificações Thermal performance in buildings - Measurements of the thermal resistance and thermal conductivity by the guarded hot plate apparatus Descriptors: Thermal performance. Buildings. Esta Norma é baseada nas ISO 8302:1991 e ASTM C-177 e BS 874:1986
Copyright © 2003, ABNT–Associação Brasileira de Normas Técnicas Printed in Brazil/ Impresso no Brasil Todos os direitos reservados
Palavras-chave:
Desempenho térmico. Edificações.
8 páginas
Sumário Prefácio Introdução 1 Objetivo, campo de aplicação e restrições 2 Referências normativas 3 Definições 4 Princípios gerais de medição 5 Aparelhagem experimental 6 Preparação dos corpos-de-prova 7 Procedimentos de ensaio 8 Resultados 9 Relatório Prefácio A ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas - é o Fórum Nacional de Normalização. As Normas Brasileiras, cujo conteúdo é de responsabilidade dos Comitês Brasileiros (ABNT/CB) e dos Organismos de Normalização Setorial (ABNT/ONS), são elaboradas por Comissões de Estudo (CE), formadas por representantes dos setores envolvidos, delas fazendo parte: produtores, consumidores e neutros (universidades, laboratórios e outros). Os Projetos de Norma Brasileira, elaborados no âmbito dos ABNT/CB e ABNT/ONS, circulam para Consulta Pública entre os associados da ABNT e demais interessados. Esta norma, sob o título geral “Desempenho térmico de edificações”, tem previsão de conter as seguintes partes: Parte 1: Definições, símbolos e unidades; Parte 2: Métodos de cálculo da transmitância térmica, da capacidade térmica, do atraso térmico e do fator solar de elementos e componentes de edificações; Parte 3: Zoneamento bioclimático brasileiro e diretrizes construtivas para habitações unifamiliares de interesse social; Parte 4: Medição da resistência térmica e da condutividade térmica pelo princípio da placa quente protegida; Parte 5: Medição da resistência térmica e da condutividade térmica pelo método fluximétrico.
Introdução O conteúdo desta Norma é a descrição do método da placa quente protegida para a determinação da resistência e da condutividade térmicas de materiais sólidos ou granulares. São apresentados os critérios essenciais de projeto, dimensões e tolerâncias para o conjunto de equipamentos, sendo também especificadas as exigências mínimas em termos de instrumentação.
2
Projeto 02:135.07-001/4:2003
São também apresentados em detalhes os procedimentos de medida, as condições de ensaio e o modo de preparação dos corpos-de-prova, para os diferentes materiais, especialmente os de baixa densidade e os materiais de construção civil. São também especificadas as informações a serem fornecidas nos relatórios de ensaio. Esta norma está de acordo com o método correspondente das ISO 8302, ASTM C-177 e BS 874. 1 Objetivo, campo de aplicação e restrições 1.1 Objetivo Esta Norma estabelece o método absoluto para determinação, em regime permanente, da resistência térmica e da condutividade térmica de materiais sólidos, usando-se a aparelhagem denominada placa quente protegida, tendo a placa uma largura total ou diâmetro acima de 200 mm e uma largura do anel de guarda entre 1/4 e 1/6 do diâmetro ou da largura total. 1.2 Campo de aplicação O método se aplica para a medição, em regime permanente, da resistência térmica e da condutividade térmica de materiais sólidos ou granulares, compactados ou não, nas seguintes faixas: 2
a) resistência térmica (R) acima de 0,02 m K/W; b) condutividade térmica (λ) abaixo de 2 W/(m.K). 1.3 Restrições na determinação da condutividade térmica Os materiais para os quais este método é aplicado podem ser divididos em três categorias, como segue: a) materiais homogêneos e isotrópicos, através dos quais o calor é transmitido somente pelo sólido, tais como plásticos densos, borrachas e vidros; b) materiais porosos termicamente homogêneos, através dos quais o calor pode ser transmitido por uma combinação dos processos de condução, convecção e radiação, como no caso de materiais fibrosos, celulares e granulares; c) materiais termicamente não homogêneos, através dos quais o calor pode ser transmitido por condução ou uma combinação de modos como na alínea b), formando estruturas compostas, de modo que o transporte de calor não seja uniforme através dos mesmos. NOTA: Materiais termicamente homogêneos no contexto desta seção são materiais cuja condutividade térmica em qualquer temperatura não seja afetada por uma mudança no gradiente de temperatura, na espessura ou na área dos corpos-de-prova. Materiais que contêm uma distribuição aleatória de inclusões ou cavidades de pequenas dimensões em relação à espessura dos corpos-de-prova são considerados como homogêneos. Este, porém, não é o caso de corpos-de-prova compostos que distorcem a distri buição do fluxo de calor.
A condutividade térmica pode ser considerada como propriedade intrínseca dos materiais classificados na categoria (a) e nenhuma restrição se aplica à sua determinação por este método. Por outro lado a condutividade térmica não pode ser considerada como propriedade intrínseca dos materiais classificados na categoria (b). Porém, considerando que estes materiais são termicamente homogêneos, o conceito de uma condutividade térmica pode ser empregado para descrever o seu comportamento em aplicações práticas diversas. O comportamento de materiais termicamente não homogêneos, categoria (c), não pode em nenhuma circunstância ser descrito em termos de condutividade térmica. Somente se pode fazer referência a uma resistência térmica dos corpos-deprova sob as condições de ensaio, ou seja, a uma espessura, a um gradiente de temperatura e emissividades particulares das superfícies envolvidas. Para materiais isolantes de baixa densidade, nos quais a radiação é um modo importante de transferência de calor, a espessura dos corpos-de-prova pode influenciar no valor da propriedade medida. A metodologia de ensaio destes materiais é detalhada nas ASTM C-177 e BS 874.
2 Referências normativas As normas relacionadas a seguir contêm disposições que, ao serem citadas neste texto, constituem prescrições para esta Norma. As edições indicadas estavam em vigor no momento desta publicação. Como toda norma está sujeita a revisão, recomenda-se àqueles que realizam acordos com base nesta que verifiquem a conveniência de se usarem as edições mais recentes das normas citadas a seguir. A ABNT possui a informação das normas em vigor em um dado momento. Projeto 02:135.17-001/1:2003 - Desempenho térmico de edificações - Parte 1: Definições, símbolos e unidades. ISO 8302:1991 - Thermal insulation - Determination of steady-state thermal resistance and related properties - Guarded hot-plate apparatus. BS 874:1986 - Methods for determining thermal insulating properties - Part 2: Tests for thermal conductivity and related properties - Section 2.1: Guarded Hot-Plate Method. ASTM C-177:1997 – Standard test method for steady-state thermal transmission properties by means of the guarded hot plate apparatus.
3 Definições
3
Projeto 02:135.07-001/4:2003
Para os efeitos desta Norma, aplicam-se as definições, símbolos e abreviaturas constantes na NBR 02:135.07-001/1 e as seguintes: 3.1 condutividade térmica: Quociente do fluxo de calor pelo gradiente de temperatura nos corpos-de-prova, conforme a seguinte expressão:
q/A ∆T/e
λ=
...1)
Onde: q é o fluxo de calor por condução através de um corpo-de-prova de espessura e e área A, em regime permanente, sujeita a uma diferença de temperatura ∆T entre as faces, calculada pela expressão:
q=
λ.A
∆T
...2)
e 3.2 resistência térmica: Valor obtido pela expressão: R=
e
...3)
λ 4 Princípios gerais da medição
A determinação da condutividade térmica por este método envolve a medição do gradiente de temperatura médio estabelecido sobre o corpo-de-prova, a partir de um certo fluxo de calor e em condições de regime permanente. A condução unidimensional é conseguida a partir do uso de um anel de guarda (figura 1), de modo a restringir as perdas laterais de calor e tendo-se o comportamento térmico de uma placa infinita. A placa quente é formada por duas seções de aquecimento independentes, sendo a central denominada de seção de medição e a externa de anel de guarda. Este é separado da seção de medição por um espaço de 1,5 mm a 2,0 mm. Pode ser assumido um fluxo de calor unidimensional na seção de medição quando sensores de temperatura instalados nesta e no anel de guarda indicarem o mesmo valor. Um anel de guarda lateral pode ainda ser usado de forma a reduzir as perdas de calor laterais. Este anel de guarda deve ser controlado de forma a se manter a uma temperatura igual à temperatura média dos corpos-de-prova.
anel de guarda lateral (opcional)
isolamento térmico
força de aprisionamento
placa fria
corpo de prova
placa aquecedora
anel de guarda
corpo de prova
placa fria
base isolante
Figura 1 - Montagem do conjunto. Conforme mostrado na figura 1, dois corpos-de-prova idênticos, com superfícies planas e paralelas, são dispostos horizontalmente em cada lado da placa quente central e colocados entre as duas placas frias isotérmicas. Placas de borracha deformável são introduzidas entre as superfícies dos corpos-de-prova e as placas do equipamento, sempre que necessário, de modo a melhorar o contato térmico entre estas superfícies. Para minimizar as perdas de calor, o conjunto é envolvido por isolante e colocado em uma caixa, que pode ser selada quando se fizerem medições com as temperaturas das placas frias próximas ou abaixo da temperatura de ponto de orvalho do ar ambiente.
4
Projeto 02:135.07-001/4:2003
Com as placas frias controladas a uma temperatura apropriada, fornece-se uma potência elétrica constante, estabilizada, na seção de medição da placa quente, de modo a estabelecer, em regime permanente, uma diferença de temperatura adequada através dos corpos-de-prova. Um equilíbrio de temperatura entre a seção de medição e o anel de guarda é conseguido através de um controle manual ou automático da potência do anel. Somente a potência dissipada na seção de medição é usada na determinação das propriedades térmicas dos corpos-de-prova. A diferença média de temperatura através dos corpos-de-prova é determinada usando-se os termopares montados nas suas superfícies. o
NOTA - Para ensaios a temperatura média de até 100C, recomenda-se que a diferença entre as temperaturas das faces dos corpos-deprova estejam compreendid as entre 15 K e 20 K. Para ensaios a temperaturas mais elevadas, esta diferença pode ser maior.
5 Aparelhagem experimental 5.1 Placa quente Pode ser redonda ou quadrada, com diâmetro ou lado de pelo menos 200 mm. A razão entre a largura do anel de guarda e a dimensão da placa quente deve se situar entre 1:4 e 1:6. As superfícies da seção de medição e do anel de guarda devem ser planas e usinadas conjuntamente, de modo a se situarem no mesmo plano, sendo separadas por uma fenda de dimensões entre 1,5 mm e 2,0 mm. O conjunto deve ser firmemente ligado, evitando-se, porém, as pontes térmicas entre a seção central e o anel de guarda. As duas superfícies da placa quente devem ser planas, com uma tolerância de 1/3000 de sua largura e tratadas de modo a ter uma emissividade total hemisférica em ondas longas não inferior a 0,9. Para determinar a temperatura da seção de medição e para estabelecer o equilíbrio de temperatura entre esta e o anel de guarda, podem ser utilizados termopares, conforme detalhes e distribuição descritos em 5.4.1 e 5.4.2. A potência elétrica fornecida deve ser estabilizada, usualmente corrente contínua e constante em pelo menos ± 0,1% durante toda a medição. A precisão na medição da potência não deve exceder ± 0,25%. O anel de guarda pode também ser alimentado por uma fonte de estabilidade equivalente, projetado para permitir um ajuste manual fino ou por uma fonte de potência similar conectado a um controlador de temperatura. O sinal para o controle da temperatura pode ser derivado de uma série de termopares diferenciais colocados entre a seção de medição e o anel de guarda. 5.2 Placas frias Podem ser fabricadas de metal com alta condutividade térmica, como cobre ou alumínio, e refrigeradas através da circulação de um líquido à temperatura constante. Estas placas devem ter as mesmas dimensões da placa quente. As superfícies de contato com os corpos-de-prova devem ser planas, dentro de 1/3000 da sua largura total e ter uma emissividade hemisférica em ondas longas não menor do que 0,9. O fluido de refrigeração deve ser capaz de manter as superfícies das placas frias a uma temperatura constante, com uma variação menor do que ± 0,1 °C durante a medição. NOTAS 1 Para aumentar a uniformidade de temperatura, o canal de passagem do fluido na placa pode ter a forma de uma dupla espiral, a qual permite o fluido circular em direções opostas ao longo da superfície (figura 2). 2 Pode ser utilizado um aquecedor auxiliar entre a placa fria e os corpos-de-prova com o objetivo de elevar a temperatura média de ensaio. Este aquecedor deve apresentar as mesmas características quanto à planicidade, condutividade e uniformidade da placa quente principal, porém sem a fenda.
5.3 Medição das temperaturas 5.3.1 Aspectos gerais Para a medição de temperatura os termopares devem ser calibrados individualmente ou podem ser utilizados termopares fabricados a partir de um estoque de fios já calibrados. Todos os termopares devem estar em contato com as superfícies dos corpos-de-prova em pelo menos 20 mm do comprimento a partir de suas junções.
5
Projeto 02:135.07-001/4:2003
Figura 2 - Esquema de fabricação das placas frias. 5.3.2 Placa quente No caso de placas quadradas, os termopares podem ser localizados em pontos situados a uma distância entre 1/4 e 1/3 da largura do núcleo, em relação ao canto, como mostrado na figura 3(a). Se forem utilizados termopares diferenciais para monitorar as diferenças de temperatura entre a seção de medição e o anel de guarda, será necessário um mínimo de quatro termopares para cada superfície, localizados simetricamente em relação à fenda de separação e afastados em 5 mm desta fenda (figura 3 (b)).
(a)
(b)
Figura 3 - Disposição dos termopares na placa quente. A resistência elétrica entre os termopares e as placas deve ser maior que 20 M? . NOTA - Uma termopilha típica compreende 20 termopares diferenciais, feitos com fios de 0,1 mm de diâmetro.
5.3.3 Placas frias Devem-se usar termopares conforme descrito em 5.3.1. A quantidade e disposição de termopares colocados nas superfícies de cada placa devem ser idênticas àquelas utilizadas na seção central da placa quente. Devem ser previstas ranhuras para a colocação destes termopares. 2
5.4.4 Superfícies dos corpos-de-prova (0,1
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colocados nas superfícies dos corpos-de-prova para a medição direta de suas temperaturas. Estes termopares devem estar dispostos na região central e em um número mínimo de quatro termopares por face, posicionados na superfície de maneira simétrica aos da face oposta. NOTAS: 1 Recomenda-se que os termopares sejam achatados perto de suas junções, de modo a melhorar o contato térmico e de modo a minimizar a sua penetração dentro das placas de borracha referidas acima. 2 Para materiais não porosos, pode ser aplicada uma camada fina de pasta térmica entre os termopares e as superfícies dos corpos-deprova, de modo a melhorar o contato térmico. 2
5.3.5 Corpos-de-prova com R < 0,1m K/W Neste caso, os termopares devem, se possível, ser colados em canaletas estreitas e rasas, feitas nas superfícies dos corpos-de-prova. Estas canaletas devem ter profundidade constante x, de modo que a espessura efetiva dos corpos-deprova, e', possa ser calculada pela seguinte expressão: e'= e + p - 2x Onde: e é a espessura dos corpos-de-prova; p é a espessura média das junções dos termopares. 5.4 Isolamento do conjunto O equipamento deve ser isolado em toda a sua extensão com pelo menos 100 mm de isolante granulado, ou ainda com pelo menos 150 mm no caso de placas com dimensões superiores a 500 mm. Se a temperatura do ensaio for muito maior do que a temperatura ambiente, recomenda-se utilizar um anel de guarda lateral controlado independentemente, de modo que a sua temperatura média seja igual à temperatura média dos corposde-prova. Para evitar a condensação, o envoltório que contém o equipamento e o isolante deve ser selado. No caso das placas frias serem mantidas próximas ao ponto de orvalho do ar ambiente, deve-se utilizar um dessecante. 6 Preparação dos corpos-de-prova 6.1 Aspectos gerais Os corpos-de-prova devem ser representativos do material a ser caracterizado e devem ser ensaiados em temperaturas próximas às suas condições de uso. Na ausência de especificações, os corpos-de-prova devem ser condicionados em um dessecador ou em uma estufa ventilada, na temperatura apropriada. Neste caso o percentual de perda de umidade deve ser registrado. 6.2 Espessura A espessura dos corpos-de-prova deve ser representativa do material a ser caracterizado, ou seja, deve ser várias vezes maior do que o diâmetro dos poros ou das partículas do material componente. A espessura mínima dos corpos-de-prova deve ser de 25 mm. O fluxo lateral de calor nos corpos-de-prova não é um problema sério para materiais de condutividade moderada a alta, de modo que corpos-de-prova de até 75 mm de espessura são aceitáveis em certas circunstâncias, mesmo quando a largura do anel de guarda for de somente 50 mm Por outro lado, o fluxo de calor lateral pode acarretar grandes incertezas no caso de ensaio de materiais de baixa condutividade térmica. Assim sendo, no caso dos equipamentos que não possuem aquecedores laterais auxiliares, recomenda-se que a máxima espessura para materiais isolantes de baixa densidade seja igual à largura do anel de guarda para ensaios realizados próximos à temperatura ambiente. No caso de uso de anéis de guarda auxiliares, a espessura dos corpos-de-prova pode ser aumentada. NOTAS 1 O limite inferior da espessura é recomendado não somente para minimizar as incertezas da própria espessura e da diferença de temperatura medida, mas também para reduzir as incertezas provenientes da distorção do campo térmico. Este efeito é particularmente importante no caso de materiais que possuam uma condutividade térmica mais elevada, podendo também reduzir os efeitos não lineares associados à transmissão da radiação térmica, os quai s são importantes em isolantes de baixa densidade. 2 O limite superior é imposto em função da necessidade de se estabelecer um fluxo de calor unidimensional na seção de medição dos corpos-de-prova. 3 As espessuras dos corpos-de-prova utilizados não devem diferir em mais de 2%.
O instrumento usado para a medição da espessura dos corpos-de-prova deve ter uma resolução de pelo menos ±0,025mm, em toda a faixa de medida. Para materiais compressíveis, a espessura pode ser obtida com pequenos espaçadores de altura conhecida, fabricados a partir de um material isolante não deformável. Estes espaçadores devem ser colocados na região de borda do anel de
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guarda. Materiais granulares soltos podem ser dispostos no interior de suportes especiais, feitos de materiais de baixa condutividade térmica, tais como madeira leve. A espessura de materiais semicompressíveis, como poliestireno expandido, pode ser medida na própria aparelhagem, já sob carga e na temperatura média de ensaio. Em cada caso, deve-se tomar cuidado para assegurar um contato uniforme entre os corpos-de-prova e as superfícies do equipamento. A espessura média dos corpos-de-prova rígidos deve ser determinada a partir de pelo menos oito medidas em posições bem distintas sobre as superfícies. A espessura média de corpos-de-prova deformáveis e em forma de grãos deve ser determinada a partir da distância média de separação entre as placas quente e fria. 6.3 Dimensões laterais As dimensões laterais dos corpos-de-prova devem ser, na medida do possível, iguais às das placas aquecedoras e frias. Se forem menores, a diferença deve ser no máximo de 1%. Tamanhos maiores não são um problema neste equipamento, se a condutividade dos corpos-de-prova não for muito diferente daquela do material isolante que os envolve. Para materiais de moderada a alta condutividade, as dimensões laterais podem ser excedidas em no máximo 10 mm. 6.4 Planicidade e paralelismo O desvio da planicidade das superfícies dos corpos-de-prova não deve ser superior a 0,2 mm sobre toda a largura dos mesmos. NOTA - Se o material tiver uma condutividade térmica de moderada a alta, pode ser exigida uma tolerância menor. A variação da espessura ao longo de um corpo-de-prova não deve exceder 2% da sua espessura média.
7 Procedimentos de ensaio 7.1 Ambiente do laboratório Durante as medições o ar ambiente do laboratório deve ser mantido a uma temperatura constante, com uma tolerância de ± 2 °C. 7.2 Medidas iniciais As dimensões dos corpos-de-prova devem ser verificadas, conforme especificado na seção 6. Os corpos-de-prova devem ser pesados, determinando-se as suas densidades. 7.3 Corpos-de-prova com resistência térmica superior a 0,3 m2K/W Este é o caso de materiais isolantes celulares ou fibrosos. Ao serem inseridos no equipamento, os corpos-de-prova devem ser alinhados com as placas quente e frias, sendo que devem ser usados espaçadores no caso de materiais compressíveis. Para materiais rígidos, deve ser aplicada uma carga sobre o conjunto, determinando-se a espessura dos corpos-de-prova sob pressão e na temperatura de equilíbrio, quando a espessura puder sofrer variações. O isolamento elétrico dos vários elementos deve ser verificado. Quando estiver satisfatório, deve-se colocar o isolamento térmico ao redor do conjunto, selando-o quando for necessário (ver 5.5). Os ensaios podem então ser iniciados, conforme o procedimento seguinte: a)
ajustar o termostato para o controle de temperatura da água fria e ligar a bomba de circulação;
b)
ajustar a voltagem fornecida para o aquecimento da seção de medição da placa quente, de acordo com a
c)
reajustá-la quando necessário, fazendo ao mesmo tempo o ajuste de temperatura do anel de guarda, seja
d)
quando o equilíbrio for atingido, determinar a diferença de temperatura entre as faces dos corpos-de-prova,
e)
fazer as leituras finais somente quando quatro séries de leitura sucessivas, separadas por um intervalo de
diferença de temperatura requerida;
manualmente ou seja através do controlador, de modo a zerar a diferença de temperatura entre ambos;
através da leitura dos termopares dispostos na seção de medição; 30 min, indicarem que o regime permanente foi atingido. Pequenas flutuações aleatórias podem ocorrer, mas a condutividade térmica calculada deve ficar dentro de uma variação menor do que 0,5%. O ensaio deve ser rejeitado se, em cada face da seção de medição, o desvio de qualquer temperatura individual em relação à média naquela face for maior que ± 0,15 K. NOTA - Recomenda-se que a diferença de temperatura nos corpos-de-prova seja de 15 K a 20 K.
Como uma alternativa para estabelecer o equilíbrio de temperatura entre a seção de medição e o anel de guarda, pode-se fazer quatro medições, sendo duas com o anel um pouco mais aquecido do que a seção de medição e duas ao contrário, dentro de uma faixa de ± 0,3K. Colocar em um gráfico os valores aparentes da condutividade ou da resistência térmica em função da diferença de temperatura, interpolando o valor da condutividade para uma diferença de temperatura nula entre a seção de medição e o anel de guarda, supondo que o comportamento seja linear.
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Projeto 02:135.07-001/4:2003
Os corpos-de-prova devem ser pesados imediatamente após o ensaio para determinar possíveis ganhos ou perdas de umidade. Se o conteúdo de umidade, expresso como uma fração de volume v/V, sendo v o volume de água e V o volume do corpo-de-prova, for maior do que 0,2%, então uma anotação deve constar no relatório de ensaio. 2
2
7.4 Corpos-de-prova com resistência térmica entre 0,025m K/W e 0,3m K/W Este é o caso de, por exemplo, plásticos densos, vidros e materiais de construção. Pode ser usado o mesmo procedimento descrito em 7.3, porém introduzindo-se uma placa de material compressível nas interfaces entre os corpos-de-prova e as placas, de modo a se obter um contato térmico uniforme. As diferenças de temperatura devem ser medidas através de, no mínimo, quatro termopares colocados diretamente sobre cada face dos corpos-de-prova. Para a secagem dos corpos-de-prova, pode-se utilizar uma estufa ventilada e aquecida a uma temperatura que não altere as características do material. Os corpos-de-prova devem então ser resfriados dentro de um dessecador e pesados a temperatura ambiente, obtendo-se assim o peso dos corpos-de-prova secos. NOTA - Recomenda-se que uma diferença mínima de 15 K a 20 K entre as faces do corpos-de-prova seja usada nestas medições.
8 Resultados A condutividade térmica pode ser obtida diretamente da equação da condução em regime permanente em parede plana, equação 3.1. Os equipamentos construídos e operados segundo esta Norma são capazes de determinar as propriedades térmicas de materiais homogêneos e isotrópicos, com uma incerteza de medição menor do que 3% e um grau de repetibilidade maior do que 1%. Para materiais não homogêneos como concretos, o grau de incerteza pode aumentar em função da presença de poros, agregados etc. 9 Relatório As seguintes informações devem constar no relatório de ensaio: a)
nome e descrição do material ensaiado;
b)
método utilizado no ensaio;
c)
resistência ou condutividade térmica medida, com o grau estimado de incerteza e temperatura média dos corpos-de-prova durante o ensaio;
d)
detalhes relativos ao acondicionamento dos corpos-de-prova, suas densidades no estado seco e os conteúdos de umidade, quando for o caso;
e) f)
dimensões, massa e densidade dos corpos-de-prova; detalhes acerca das medidas usadas para reduzir a resistência térmica de contato e de como o conjunto é mantido sob pressão;
g)
temperaturas das faces quentes e frias dos corpos-de-prova;
h)
temperatura ambiente e umidade relativa;
i)
detalhes sobre as anormalidades na composição e na textura dos corpos-de-prova e nas suas dimensões que venham a afetar os resultados dos ensaios;
j)
data do ensaio;
k) referência a esta Norma.
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SET 2003
NBR 15220 Projeto 02:135.07-001/5
Desempenho térmico de edificações ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas Sede: Rio de Janeiro Av. Treze de Maio, 13 28º andar CEP 20003-900 – Caixa Postal 1680 Rio de Janeiro – RJ Tel.: PABX (21) 3974-2300 Fax: (21) 2220-8249/2220-6436 Endereço eletrônico: www.abnt.org.br
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Parte 5: Medição da resistência térmica e da condutividade térmica pelo método fluximétrico Origem: Projeto 02:135.07-001/5:2003 ABNT/CB-02- Comitê Brasileiro de Construção Civil CE-02:135.07 - Comissão de Estudo de Desempenho Térmico nas Edificações Thermal performance in buidings - Measurement of the thermical resistance and thermical conductivity in steady state by the fluximetric method Descriptors: Thermal performance. Buidings. Esta Norma é baseada nas ISO 8301:1991 e NFX10-025:1991
Palavras-chave:
Desempenho térmico. Edificações.
7 páginas
Sumário
Prefácio Introdução 1 Objetivo e campo de aplicação 2 Referências normativas 3 Símbolos e unidades 4 Princípio 5 Dispositivos de medição 6 Calibração 7 Amostragem 8 Procedimento 9 Expressão dos resultados 10 Relatório Prefácio
A ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas - é o Fórum Nacional de Normalização. As Normas Brasileiras, cujo conteúdo é de responsabilidade dos Comitês Brasileiros (ABNT/CB) e dos Organismos de Normalização Setorial (ABNT/ONS), são elaboradas por Comissões de Estudo (CE), formadas por representantes dos setores envolvidos, delas fazendo parte: produtores, consumidores e neutros (universidades, laboratórios e outros). Os projetos de Norma Brasileira, elaborados no âmbito dos ABNT/CB e ABNT/ONS, circulam para Consulta Pública entre os associados da ABNT e demais interessados. Esta norma, sob o título geral “Desempenho térmico de edificações”, tem previsão de conter as seguintes partes: Parte 1: Definições, símbolos e unidades; Parte 2: Métodos de cálculo da transmitância térmica, da capacidade térmica, do atraso térmico e do fator solar de elementos e componentes de edificações; Parte 3: Zoneamento bioclimático brasileiro e diretrizes construtivas para habitações unifamiliares de interesse social; Parte 4: Medição da resistência térmica e da condutividade térmica pelo princípio da placa quente protegida; Parte 5: Medição da resistência térmica e da condutividade térmica pelo método fluximétrico. Introdução
Esta Norma descreve um método de medição da condutividade térmica com o auxílio de fluxímetro(s), tendo sido elaborada em conformidade com a ISO 8301, constituindo uma versão condensada. Em particular, o usuário poderá se reportar à ISO 8301 para explicações mais completas para certos itens desta Norma.
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O processo de medição descrito nesta Norma é um método relativo que necessita de uma pré-calibração em relação ao método absoluto da placa quente protegida definido pela NBR 02:135.07-001/4. 1 Objetivo e campo de aplicação 1.1 Objetivo
Esta Norma estabelece o método de utilização de técnicas fluximétricas para medir a resistência térmica em regime estacionário através de corpos-de-prova na forma de placas planas, podendo-se deduzir por cálculo a condutividade térmica. O resultado da medição é a resistência térmica individual do(s) corpo(s)-de-prova submetido(s) ao ensaio, sendo possível então calcular sua condutividade térmica, caso os corpos-de-prova sejam constituídos de material homogêneo. NOTA: Trata-se de um método relativo que necessita de uma pré-calibração periódica da aparelhagem com o auxílio de corpos-de-prova cujas resistências térmicas (ou a condutividade térmica) foram determinadas segundo o método absoluto da placa quente protegida, descrito na NBR 02:135.07-001/4. 1.2 Campo de aplicação
O campo de aplicação desta Norma é definido pelos critérios de 1.2.1 a 1.2.3. 1.2.1 Temperatura
Para materiais isolantes de edificações, a faixa de temperatura está limitada entre -30oC e +80oC. Para aplicações específicas, esta faixa pode ser estendida a outras temperaturas, desde que os materiais constituintes da aparelhagem o permitam e desde que a pré-calibração seja possível. 1.2.2 Corpos-de-prova
Eles devem atender às seguintes exigências: a) ter dimensões e espessura como indicado em 7.3 a 7.5; b) possuir planeza e paralelismo das faces como indicado em 7.2; e c) possuir resistência térmica, estimada maior ou igual a 0,1 (m2.K)/W, com a condição de não ultrapassar os limites de espessura e de resistência térmica específica resultante das características do dispositivo, das condições, dos resultados da calibração e das características térmicas dos corpos-de-prova. 1.2.3 Umidade
O método é aplicável somente se, durante toda a duração da medição, as transferências de umidade (redistribuição e absorção) forem desprezíveis. NOTAS 1 Normalmente essa condição implica em pré-condicionar os corpos-de-prova ao estado seco convencional e eventualmente protegê-los contra toda absorção de umidade posterior (antes e/oudurante a medição). 2 O estado seco convencional é definido como o estado de equilíbrio do material colocado em estufa ventilada aoC, 70sendo a tomada de o ar feita a uma atmosfera a 20oC e 65% de umidade relativa ou 23 C e 50% de umidade relativa. 2 Referências normativas
As normas relacionadas a seguir contêm disposições que, ao serem citadas neste texto, constituem prescrições para esta Norma. As edições indicadas estavam em vigor no momento desta publicação. Como toda norma está sujeita a revisão, recomenda-se àqueles que realizam acordos com base nesta que verifiquem a conveniência de se usarem as edições mais recentes das normas citadas a seguir. A ABNT possui a informação das normas em vigor em um dado momento. Projeto 02:135.07-001/1:2003 - Desempenho térmico de edificações - Parte 1: Definições símbolos e unidades. Projeto 02:135.07-001/4:2003 - Desempenho térmico de edificações - Parte 4: Medição da condutividade térmica pelo princípio da placa quente protegida. 3 Símbolos e unidades
Para os efeitos desta Norma, aplicam-se as definições, símbolos e abreviaturas da NBR 02:135.07-001/1 e os símbolos e unidades indicados na tabela 1. 4 Princípio
Medição da resistência térmica em regime permanente, conforme a seguinte seqüência: a) aplicação de uma densidade de fluxo de calor constante e através da zona central de medição de um (ou dois) fluxímetro(s) e da zona central de um (ou dois) corpo(s)-de-prova em forma de placa(s); b) determinação da densidade de fluxo de calor atravessando o(s) corpo-de-prova(s) a partir do sinal (f.e.m.) fornecido pelo(s) fluxímetro(s) e da(s) constante(s) de calibração do(s) fluxímetro(s), após validação das condições de regime permanente; e c) cálculo da resistência térmica do(s) corpo-de-prova(s) pelo quociente da diferença de temperatura entre as faces do(s) corpo-de-prova(s) e da densidade de fluxo de calor.
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Projeto 02:135.07-001/5:2003
Tabela 1 – Símbolos e unidades
Símbolo
Termo
Unidade
A
Área da zona ativa
m2
C
Calor específico
J/(kg.K)
E
Espessura do corpo-de-prova, medida perpendicularmente às superfícies isotérmicas
M
f.e.m.
Sinal fornecido pelo fluxímetro
V
F
Constante de calibração do
W/(m 2.K.V)
L
fluxímetro Dimensão lateral
m
M
Massa
kg
∆M
Perda de massa
kg
q
Densidade de fluxo de calor
W/m2
R
Resistência térmica
(m 2.K)/W
T
Temperatura ambiente
K
∆T
Diferença de temperatura
K
Q
Fluxo de calor
W
λ
Condutividade térmica
W/(m.K)
ρ
Densidade de massa aparente
kg/m3
µ
Massa por unidade de superfície
kg/m2
5 Dispositivos de medição 5.1 Generalidades
O dispositivo fluximétrico compreende geralmente uma placa aquecedora, um ou dois fluxímetros, um ou dois corpos-deprova e uma placa de resfriamento. NOTAS 1 Na seqüência desta Norma, para simplificar a notação, são mencionados somente dispositivos com forma geométrica quadrada, entretanto o conjunto de exigências e explicações é diretamente transportável às outras geometrias (por exemplo, placas de forma circular). 2 Segundo o número de fluxímetros (um ou dois), número de corpos-de-prova (um ou dois) e seus posicionamentos respectivos, pode-se distinguir três configurações esquematizadas conforme indicado na figura 1.
P1 F
P1
P1
F CP CP
CP
F CP
F P2
P2
P2
(a)
(b)
(c)
Legenda: P1 e P2 = placas quente e fria; F = fluxímetro; CP = corpo-de-prova. NOTAS 1 A configuração (a) é dita “assimétrica com um fluxímetro e um corpo-de-prova”, sendo que o fluxímetro pode ser posicionado contra uma ou outra placa. 2 A configuração (b) é dita ”simétrica com dois fluxímetros e um corpo-de-prova”. 3 A configuração (c) é dita "simétrica com um fluxímetro e dois corpos-de-prova". Figura 1 - Três possíveis configurações de ensaio
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5.2 Disposição de empilhamento
Duas orientações são possíveis: a) empilhamento com placas posicionadas verticalmente e com fluxo de calor horizontal; ou b) empilhamento com placas posicionadas horizontalmente e com o fluxo de calor vertical ascendente ou descendente, segundo as posições das placas quente e fria. 5.3 Placa quente e placa fria
As duas placas podem ser construídas de maneira idêntica, utilizando-se diversas soluções tecnológicas, como, por exemplo: a) um circuito elétrico com densidade de potência uniforme entre duas placas de uniformização com condutividade térmica elevada; ou b) um circuito de líquido com temperatura controlada circulando em uma placa com condutividade térmica elevada; ou c) uma combinação dessas duas soluções ou outra técnica apropriada que forneça resultados análogos. A construção das placas quente e fria deve satisfazer as exigências funcionais seguintes: a) dimensões laterais pelo menos iguais ao dobro daquelas da zona de medição do(s) fluxímetro(s); b) dimensões laterais da superfície isotérmica da placa fria pelo menos iguais àquelas da superfície da placa quente; e c) desvio de planeza das superfícies das placas quente e fria em contato com o fluxímetro e/ou com o corpo-de-prova inferior a 0,025% da menor das dimensões laterais ou 0,1 mm, prevalecendo o maior dos dois valores. 5.4 Fluxímetro
Compreende uma zona ativa, ou zona de medição, cercada de uma zona periférica servindo de suporte, com características térmicas similares. A parte ativa do fluxímetro é constituída de um sensor que produz um sinal (em geral f.e.m) proporcional à densidade de fluxo de calor que o atravessa. Para um fluxímetro dado, a lei de proporcionalidade, chamada curva de calibração, é normalmente função da temperatura do fluxímetro. NOTA A geometria do fluxímetro deve estar de acordo com as condições a seguir: a) as dimensões laterais do fluxímetro devem ser ao menos iguais ao dobro daquela da zona ativa e ao menos igual à dimensão lateral da menor das placas (quente oufria); b) o desvio de planeza das faces do fluxímetro deve ser inferior a 0,025% da menor das suas dimensões laterais ou 0,1mm, prevalecendo o maior dos dois valores; c) a precisão de medição do sinal elétrico fornecido pelo fluxímetro deve ser menor do que 1% em toda a faixa de utilização do equipamento. 5.5 Emissividade das superfícies em contato com os corpos-de-prova
Deve ser pelo menos igual a 0,9. 5.6 Uniformidade das temperaturas
A distribuição de temperatura das superfícies das placas fria e quente em contato com os fluxímetros e/ou corpo(s)-deprova deve respeitar os critérios a seguir: a) o desvio de uniformidade sobre cada uma das superfícies deve ser inferior, em amplitude, a 1% da diferença de temperatura entre as faces quente e fria do(s) corpo(s)-de-prova; b) se o fluxímetro em contato com as superfícies das placas quente e fria for sensível às variações locais de temperatura sobre essas superfícies, essas variações não devem gerar um erro de medição do fluxo de calor superior a 0,5%. 5.7 Estabilidade das medidas
Ao longo da medição, a estabilidade das medidas deve respeitar os critérios abaixo: a) as flutuações de temperatura das placas quente e fria devem ser inferiores a 0,5% da diferença de temperatura entre as faces quente e fria do(s) corpo(s)-de-prova; e b) a amplitude do(s) sinal(ais) produzido(s) pelo(s) fluxímetro(s) deve(m) ser inferior(es) a 2%. 5.8 Medição das temperaturas 5.8.1 Temperatura dos fluxímetros
Caso haja dependência da(s) constante(s) de calibração do(s) fluxímetro(s) com a temperatura, o dispositivo adotado para medição da(s) temperatura(s) deste(s) sensor(es) deve permitir a dedução de sua(s) constante(s) de calibração com precisão de pelo menos 1%. 5.8.2 Temperaturas das superfícies do(s) corpo(s)-de-prova
A(s) diferença(s) de temperatura entre as faces do(s) corpo(s)-de-prova deve(m) ser determinada(s) com precisão de
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±0,5% ou ±0,1 K, prevalecendo o maior desses dois valores. 1/2 O número de pontos de medição sobre cada uma das faces do corpo-de-prova não deve ser inferior a 10.A , onde A é a superfície em metros quadrados da zona de medição, desde que se adote um mínimo de dois.
5.9 Medição dos fluxos de calor
O dispositivo adotado deve permitir a medição do(s) sinal(ais) produzido(s) pelo(s) fluxímetro(s) com precisão de ±0,5% do valor medido. 5.10 Proteção contra as perturbações devido ao ambiente
As fugas térmicas periféricas do dispositivo de ensaio devem ser reduzidas por um dos seguintes métodos: a) isolamento térmico lateral; b) controle da temperatura do ar ambiente; ou c) combinação dos dois anteriores. 6 Calibração 6.1 Temperaturas
Recomenda-se calibrar todos os sensores de medição de temperaturas na faixa de funcionamento prevista, com um número de pontos de calibração suficiente para respeitar as condições indicadas em 5.8.1 e 5.8.2. 6.2 Fluxo de calor
A calibração do(s) fluxímetro(s) deve ser efetuada no próprio dispositivo, com o auxílio de corpos-de-prova de referência que atendam a uma das seguintes condições: a) as suas condutividades térmicas tenham sido medidas pelo método da placa quente protegida conforme projeto 02:135.07-001/4 b) sejam provenientes de um lote de corpos-de-prova padrão com condutividade térmica conhecida. A calibração deve ser efetuada num domínio no mínimo igual à faixa de temperaturas de funcionamento e à faixa de fluxo de calor previsto. Esta calibração fornece a lei de proporcionalidade entre o sinal elétrico produzido (f.e.m.) e a densidade de fluxo de calor (q). 6.3 Verificações complementares
O procedimento de calibração indicado em 6.1 e 6.2 pode ser complementado por uma análise experimental que permita definir os limites de funcionamento do equipamento em relação à temperatura, espessura e fluxo de calor, de maneira a avaliar a precisão global da medição. 6.4 Verificação posterior após calibração
A verificação rápida do funcionamento do equipamento deve ser efetuada através da medição da condutividade térmica de corpos-de-prova de referência, nas seguintes condições: a) sistemática e periodicamente; b) após toda parada prolongada; c) após toda intervenção importante; ou d) em caso de resultado de medição suspeito. 6.5 Calibração simplificada
Em função das necessidades do usuário, o procedimento de calibração indicado em 6.1 e 6.2 pode ser simplificado, mas a utilização posterior do equipamento deve estar, então, estritamente limitada às condições de calibração. 7 Amostragem 7.1 Preparação dos corpos-de-prova
Nos ensaios com mais de um corpo-de-prova, conforme indicado na figura 1 – configuração (c), apresentada anteriormente, os corpos-de-prova devem atender aos seguintes critérios: a) para materiais nos quais as características térmicas variam em função da sua densidade, as suas densidades devem ser próximas tanto quanto possível; e b) as espessuras dos corpos-de-prova não devem diferir mais de 2% ou de 1 mm, prevalecendo o maior desses dois valores. 7.2 Estado da superfície dos corpos-de-prova
O desvio de planeza de cada uma das faces dos corpos-de-prova não deve exceder 0,5mm ou 1% da largura, prevalecendo o maior desses dois valores. O desvio de paralelismo das faces dos corpos-de-prova não deve exceder 0,5 mm ou 1%, prevalecendo o maior desses dois valores. 7.3 Dimensões laterais
Devem ser pelo menos iguais àquelas da menor das superfícies quente e fria do equipamento. No caso onde esta condição não é satisfeita, pode-se utilizar os corpos-de-prova com dimensões inferiores, desde que:
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Projeto 02:135.07-001/5:2003 a) os corpos-de-prova sejam centrados em relação à zona de medição; b) a menor dimensão lateral seja ao menos igual a 1,2 vez a dimensão lateral da zona de medição; e c) a superfície restante seja completada por um material de mesma espessura e com características térmicas próximas às do corpo-de-prova. 7.4 Espessura mínima
A espessura mínima corresponde a uma resistência térmica mínima de 0,1 m 2.K/W. Na prática pode-se admitir que, se a espessura dos corpos-de-prova for insuficiente, vários corpos-de-prova podem ser empilhados, a fim de se obter a espessura mínima indicada; todavia, nesse caso, faz-se necessária uma avaliação de eventuais erros. 7.5 Espessura máxima
É definida pelos seguintes critérios: a) a espessura corpo-de-prova (ou soma das espessuras 1d+ d2 dos dois corpos-de-prova) deve ser inferior a 0,15.L, onde L é do a menor dimensão lateral do corpo-de-prova; b) o sinal produzido pelo fluxímetro deve ser pelo menos igual a 20 vezes a sua resolução de medição; e c) a diferença de temperatura deve ser conforme as disposições detalhadas em 8.3. 7.6 Condicionamento dos corpos-de-prova
Previamente à medição, deve-se condicionar os corpos-de-prova em estado seco convencional (definido em 1.2.3) ou em estado seco definido pela especificação particular aplicável ao produto a medir, até obtenção de massa constante. 8 Procedimento 8.1 Medição de identificação 8.1.1 Antes do condicionamento, medir a massa M o dos corpos-de-prova com precisão de± 0,2% ou ± 0,1 g, prevalecendo
o maior desses dois valores. 8.1.2 Antes do ensaio, efetuar para cada corpo-de-prova as seguintes operações: a) medir a massa no estado seco convencional M1 com precisão de ± 0,2% ou ± 0,1 g, prevalecendo o maior desses
dois valores; b) medir a espessura média d e as dimensões laterais L 1 e L2; c) calcular a perda de massa ao longo do condicionamento ∆M = Mo - M1 e a perda de massa relativa∆M/ M1 expressa em percentagem; d) calcular a massa por unidade de superfície µ = M1 / (L1 - L 2); e e) se o corpo-de-prova for constituído de um material homogêneo, calcular a densidade de massa aparente ρ = µ/e. 8.1.3 No caso em que as características acima puderem sofrer modificações ao longo do ensaio, deve-se repetir as
medidas após o ensaio e avaliar a influência das modificações observadas sobre o resultado das medidas de resistência térmica. 8.2 Instalação dos corpos-de-prova
Instalar os corpos-de-prova no equipamento, centrando-os em relação à zona ativa de medição. 8.3 Regulagem das temperaturas de medição
Regular a temperatura da placa quente Tq e da placa fria Tf de maneira que: a) a temperatura média de medição Tm = (Tf + Tq)/2 seja igual à temperatura média desejada com precisão de ± 0,5 K; b) o gradiente de temperatura nos corpos-de-prova esteja compreendido entre 100 K/m e 300 K/m (salvo especificação contrária). 8.4 Medições 8.4.1 A cada seqüência de medidas, anotar as seguintes grandezas:
a) as temperaturas individuais Ti , permitindo definir a constante de calibração dos fluxímetros; b) a tensão f.e.m.i fornecida por cada fluxímetro i; e c) as temperaturas individuais Tqi e Tfi das faces quente e fria de cada corpo-de-prova. 8.4.2 Calcular os seguintes parâmetros:
a) a constante de calibração fi de cada fluxímetro i e a densidade de fluxo médio q”m; b) a temperatura média das superfícies quente e fria de cada corpo-de-prova, respectivamente Tqm e Tfm ; c) a temperatura média Tm = (Tqm + Tfm)/2 de cada corpo-de-prova; e d) a diferença de temperatura ∆Tm = (Tqm - T fm)/2 entre as faces quente e fria de cada corpo-de-prova. 8.5 Estabelecimento do regime permanente
Para os corpos-de-prova em ensaio, calcular o tempo característico τ = ρ.c.e.R’, onde R’ é a resistência térmica estimada em m 2.K/W. Em intervalos de tempo no mínimo iguais a τ/5, medir as temperaturas das faces quente e fria dos corpos-de-prova e o fluxo de calor. O regime será considerado como permanente se ao menos por cinco medições sucessivas as condições seguintes forem
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satisfeitas: a) não é notada variação contínua crescente ou decrescente no valor da resistência térmica calculada; e b) nenhuma medição individual do fluxo de calor difere mais que ± 2% da média do conjunto de medições consecutivas. 9 Expressão dos resultados 9.1 A partir de pelo menos cinco seqüências sucessivas de medições, obtidas conforme 8.4 e 8.5, calcular para cada
corpo-de-prova: a) a densidade de fluxo de calor médio q; b) as temperaturas médias Tq e Tf das placas quente e fria; c) a temperatura média T; e d) a diferença média de temperatura ∆Tm entre as faces do(s) corpo(s)-de-prova. 9.2 Calcular a resistência térmica R = ∆T/q. 9.3 No caso de uma montagem em configuração do tipo c (simétrica com dois corpos-de-prova e um só fluxímetro), e
quando as temperaturas das faces em contato com o fluxímetro não são medidas, a resistência térmica R é a resistência térmica total dos corpos-de-prova e do fluxímetro. Neste caso a resistência térmica Rf do fluxímetro deve ser deduzida da resistência térmica R medida. 9.4 No caso de um corpo-de-prova de espessura "e" ser constituído de um material homogêneo, pode ser calculada diretamente a sua condutividade térmica λ = e/R. 10 Relatório
As seguintes informações devem constar no relatório de ensaio: a) identificação do produto (marca comercial, se for o caso) e breve descrição das suas características; b) identificação e modo de obtenção dos corpos-de-prova representativos do lote; c) características dos corpos-de-prova (espessura, dimensões laterais, massa antes e após condicionamento, massa por unidade de superfície e/ou densidade de massa aparente); d) procedimento de condicionamento dos corpos-de-prova antes e após o ensaio; e) breve descrição do equipamento (configuração, modo de calibração, características particulares); f) resultado das medições do fluxo de calor e das temperaturas das faces quente e fria de cada corpo-de-prova; g) temperatura média e resistência térmica de cada corpo-de-prova, bem como, eventualmente, a condutividade térmica; descrição de todo elemento suscetível ter influenciado os resultados da medição; i)h)data do ensaio e data da elaboração dode relatório; j) identificação do responsável pelo ensaio (eventualmente da pessoa diretamente encarregada do ensaio); e k) referência a esta Norma. __________________________________