Propriedades Termofísicas dos Materiais de Construção
Um ou mais processos de troca de calor entre o
ambiente exterior e o interior, através dos
componentes da edificação.
Trocas Secas: - Condução
- Convecção
- Radiação
Trocas Úmidas (calor latente): - Evaporação
- Condensação
PROPRIEDADES
Condutividade, resistência, transmitância
Características superficiais em relação à
radiação: absorção, transparência, reflexão,
emissividade
Coeficiente de convecção (hc)
Coeficiente de radiação (hr)
Calor específico e capacidade térmica
Transparência à radiação para diferentes
comprimentos de onda
Propriedades Termofísicas dos Materiais de Construção
CONDUTIVIDADE TÉRMICA
- Regime Estacionário
T1>T2
taxa de fluxo de calor por
condução
condutividade térmica do
material (W/m °C)
q densidade de fluxo de calor
(W/m2)
Aq
dxdT Aλ
dtdQ
T1
T2
dx
Propriedades Termofísicas dos Materiais de Construção
Resistividade térmica: 1 / é uma
propriedade característica de dado material
Resistência térmica: d/
d espessura
Propriedade característica do componente
construtivo
Condutância térmica: 1/r = /d
Também é característica do componente
Propriedades Termofísicas dos Materiais de Construção Nas superfícies forma-se uma camada de ar (película),
cuja espessura diminui à medida que aumenta a velocidade
do ar CONVECÇÃO.
AR: baixa condutividade térmica
Camada de ar: resistência
apreciável ao fluxo de calor entre a superfície e o ar
Coeficiente de trocas térmicas por convecção: hc = 1/r
r: resistência térmica da camada de ar – depende da
espessura da película
Dependem: - Direção do fluxo de ar - vertical ou horizontal
- Velocidade do ar
Propriedades Termofísicas dos Materiais de Construção
Radiação emitida por um corpo, de área unitária, à
temperatura absoluta T (densidade de fluxo –
W/m2)
: constante de Stefan-Boltzmann = 5,67 x 10-8
W/m2K4
Coeficiente de trocas térmicas por radiação (hr):
depende da emissividade das superfícies
4
rTq e
Ondas Eletromagnéticas
Fenômeno ondulatório: transporte deenergia; campo elétrico e magnético
Propaga-se no vácuo com velocidade constante
c = 3,0x108 m/s.
Relação entre a freqüência, f, e o comprimento deonda, : c = . f
Ondas eletromagnéticas
Espectro: faixa de comprimentos de onda
de 10-13 m até 1km
Região de interesse:
Radiação solar (radiação de ondas curtas)
Infravermelho longínquo (radiação de ondas longas)
Propriedades Termofísicas dos Materiais de Construção
CARACTERÍSTICAS DAS SUPERFÍCIES COM
RELAÇÃO À RADIAÇÃO
Radiação incidente:
: coeficiente de absorção
: coeficiente de reflexão
: coeficiente de transmissão
Corpos Opacos: = 0 + = 1
1
Incidente
Refletida ( )
Transmitida ( )
Absorvida ( )
Espectro de emissão a diferentes temperaturas
Emissividade e absorção
Radiação emitida pela própria superfície
e - emissividade: em comparação à capacidade de
emissão do corpo negro ideal (e=1)
Para dada faixa de comprimento de onda:
e =
Trabalha-se com faixas de comprimento de onda na região
do espectro solar – ondas curtas e região do infravermelho
longo (temperaturas ambientes)
Para o IVL – importância da emissividade
Valores das condutâncias superficiais internas e externas (W/m2oC):
soma dos efeitos de convecção e radiação
superfície interna
superfície externa
posição do fechamento e sentido do fluxo
Emissividade hi he
Vertical (fluxo nos dois sentidos) 0,90
0,20
0,05
8,3
4,2
3,3
25
horizontal (fluxo ascendente) 0,90
0,20
0,05
9,1
5,3
4,3
25
horizontal (fluxo descendente) 0,90
0,20
0,05
6,3
2,5
1,7
25
Rivero
Valores das resistências térmicas superficiais internas e externas (W/m2oC):
soma dos efeitos de convecção e radiação
Valores das resistências térmicas superficiais internas e externas (W/m2oC):
soma dos efeitos de convecção e radiação
Presença de câmaras de ar
111
1
21
ee
e ef
Emissividade
efetiva:
Posição da câmara
Direção do fluxo
eef Rar (m2.ºC/W)
Vertical Horizontal 0,82
0,20
0,05
0,17
0,30
0,45
Horizontal
Ascendente 0,82
0,20
0,05
0,16
0,25
0,45
Descendente 0,82
0,20
0,05
0,20
0,40
0,60
Resistência de câmaras de ar
ABNT
Não ventiladas, com largura muito maior que a espessura.
Densidade de fluxo de calor (W/m2)
Quando há trocas apenas por diferença de
temperatura:
te = temperatura externa do ar
ti = temperatura interna do ar
ie
ttUq
Como se calcula U?
Componentes homogêneos
Unidades: W/m2K (ou W/m2°C)
i
ar
k
k
e
T
T
hR
d
hR
RU
11
1
Como se calcula U?
Componentes heterogêneos
Ra, R
b, ... , R
nresistências térmicas de superfície à superfície para
cada seção (a, b, ... , n), conforme cálculo de R (m²K/W);
Aa, A
b, ... , A
nsão as áreas de cada seção (m²);
As camadas são dispostas em seções e o fluxo de calor atinge áreas
específicas para cada seção.
E quando há radiação solar
Os processos de troca de calor não são permanentes:
Aquecimento e resfriamento da terra
Radiação Solar
Proporções da radiação solar que atingem a superfície terrestre variam em função de: Condições atmosféricas, nebulosidade e presença de
vapor d’água.
Radiação Solar
Regiões do espectro de ondas eletromagnéticas geradas pelo Sol:
Ultravioleta, Visível e Infravermelho.
Raios gama Raios XUltra
Infravermelho Microondas Rádiovioleta
0.01 0.1 1A 1nm 10 100 1 10 100 1mm 10 100m 101m 100 1km 10 100
Comprimento
freqüência
de onda
Infravermelho
Ultravioleta
0.40.3 0.6 0.8 1 m
Luz
32 4 65 7
próximo
98 10 20 30 40 50
médio distante
Espectro solar
GHz300 300
MHz KHz30030 3 30 3 30 3
Radiação Solar - UV
Radiação Ultravioleta: Produzida em grande quantidade pelo Sol;
Emitida na faixa de 100 a 380nm;
Praticamente toda absorvida pela camada de Ozônio.
Presença do Ultravioleta em Edificações: Não pode ser desprezada: Desbotamento: Pinturas;
Móveis;
Carpetes e tapetes;
Quadros...
Radiação Solar - Visível
Região do Visível:
Entre 380 e 780nm;
Região para a qual o olho humano é sensível:
Sensação de visão e percepção das cores.
Cores em função do comprimento de onda
COR INTERVALO COMPREENDIDO (nm)
Violeta 380 – 430
Azul 430 – 450
Azul/Verde 450 – 500
Verde 500 – 570
Amarelo 570 – 600
Laranja 600 – 630
Vermelho 630 – 760
Radiação Infravermelha
Região do Infravermelho:
de 780 nm a 1 mm IV Ondas curtas: entre 780 a 1400 nm;
IV Ondas Médias: 1400 a 3000 nm
Infravermelho de Ondas Longas: 3000nm a 1mm.
Raios gama Raios XUltra
Infravermelho Microondas Rádiovioleta
0.01 0.1 1A 1nm 10 100 1 10 100 1mm 10 100m 101m 100 1km 10 100
Comprimento
freqüência
de onda
Infravermelho
Ultravioleta
0.40.3 0.6 0.8 1 m
Luz
32 4 65 7
próximo
98 10 20 30 40 50
médio distante
Espectro solar
GHz300 300
MHz KHz30030 3 30 3 30 3
Sol
Infravermelho
Infravermelho de Ondas Curtas: Radiação Solar;
Responsável pelos ganhos
de calor nos edifícios.
Infravermelho de Ondas Longas: Radiação emitida pelos corpos à temperatura
ambiente.
Emissividade
0 < < 1 ; 0 < < 1 ; 0 < < 1 0 < e < 1
O fenômeno de emissão de radiação térmica (onda longa) é independente dos fenômenos de absorção, reflexão e, eventualmente, transmissão de radiação solar (onda curta)
negro corpo pelo emitida energia
real superfície pela emitida energiae
GANHOS DE CALOR DEVIDO À RADIAÇÃO SOLAR
Superfícies OpacasSuperfícies Opacas
q = densidade de ganho de calor solar (W/m2)
= coeficiente de absorção da superfície em relação à radiação solar
U = coeficiente global de transmissão térmica
he = coeficiente de superfície, para a superfície externa
Ig = intensidade da radiação global incidente (depende da orientação da superfície em relação ao sol,da estação
do ano, da hora do dia, da latitude do local)
g
e
Ih
Uq
Absortância e Emissividade
metal polido
Radiação térmica (ou radiação de onda longa)
cores claras e escuras: mesmo comportamento
superfícies externas, independentemente da cor, igualmente resfriadas à noite por radiação para o exterior
Baixo (para ondas curtas)e Baixa radiação térmica (ondas longas)
bom refletor, mas não bom irradiador. Dificilmente perde seu próprio calor por resfriamento por irradiação para as outras superfícies.
Absorção e Emissividadecorpos negros
alta absorção à radiação solar
alta emissividade
Superfícies escuras, ásperas. Aquecem-se muito, mas perdem facilmente calor para o meio externo, efeito que é mais perceptível à noite
materiais seletivos frios
baixa absorção rad. solar
alta emissividade
Perdem facilmente calor para o
meio externo; cores claras
materiais seletivos quentes
•alta absorção rad. solar
•baixa emissividade
Absorverem bastante a radiação solar e
dificilmente perdem calor para o meio externo;
Superfícies metálicas envelhecidas ou ásperas
materiais refletores
•alta reflexão rad. solar
•baixa emissividade
Superfícies metálicas, polidas
Material da superfície ou cor Absortância solar Emissivid. e absort. ao IVLpelícula de alumínio, nova 0,20 0,05película de alumínio, oxidada 0,15 0,12pintura de alumínio 0,5 0,5vidro de janela 0,07 0,9aço galvanizado, brilhante 0,55 0,25pintura branca, nova 0,12 0,9pintura branca, velha 0,25 0,9cor cinza claro 0,4 0,9cor cinza escuro 0,7 0,9cor verde claro 0,4 0,9cor verde escuro 0,7 0,9pintura negra 0,9 0,9concreto 0,65 0,9asfalto 0,9 0,95telha cerâmica 0,7 0,9
Coeficientes de absorção (solar e OL) e emissividade
Superfícies transparentes
q = densidade de ganho de calor solar (W/m2)
= coeficiente de absorção à radiação solar da superfície
= coeficiente de transmissão à radiação solarda superfície
U = transmitância térmica total
he = coeficiente superficial externo
Ig = intensidade da radiação global incidente (depende da orientação da superfície em relação ao sol,da estação do ano, da hora do dia, da latitude do local)
g
e
Ih
Uq
GANHOS DE CALOR DEVIDO À RADIAÇÃO SOLAR
GANHOS DE CALOR DEVIDO
À RADIAÇÃO SOLAR
Superfícies transparentes
Exemplo: vidro comum,
espessura 4 mm:
U = 6,1 W/m2C
1/he = 0,04 (W/m2C)-1
= 0,07
e = 0,85
Calculando-se, FS = 0,86
g
e
Ih
Uq
fator solar
(FS)
Densidade de fluxo de calor total
Materiais opacos
Primeiro termo: positivo ou negativo, dependendo de qual é a maior temperatura– a externa ou a interna
Segundo termo: sempre positivo – é sempre ganho de calor
g
e
ieI
h
U)tt(Uq
Densidade de fluxo de calor total
Materiais transparentes:
gie
IFSttUq
RADIAÇÃO SOLAR
Intensidade:
Latitude
Estação do ano
Condição de céu (nebulosidade)
Orientação da fachada
Superfícies horizontais: radiação incidente ao longo de todo o dia –coberturas
Sotware: Luz do sol
Radiação solar em superfície horizontal e superfícies verticais em diferentes orientações; radiação total. Calculado pelo software “Luz do sol” (Roriz, 1995)
Ir Global = Ir Direta + Ir Difusa + Ir Albedo
Componentes da radiação solar
Transparência à radiação solar
Ambientes aquecidos
pela transmissão da
radiação solar
através do vidro
Emitem radiação de
onda longa, com
maior intensidade
Opacidade à radiação térmica (onda longa)
A radiação térmica não atravessa o vidro
Calor: retido
Conseqüência: aquecimento excessivo do ambiente
Vidros: Efeito estufa
Top Related