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Carga Térmica Denomina-se carga térmica ao calor (sensível ou latente) a ser fornecido ou extraído do ar, por unidade de tempo, para manter no recinto as condições desejadas. Esta quantidade de calor é calculada para duas condições, de modo a nunca termos situações de desconforto térmico nas épocas críticas do ano. A carga térmica varia com a estação: ☛ carga térmica de verão ☛ carga térmica de inverno
✓ Carga térmica de verão 1. Fontes de calor externo: a) Calor do Sol ✓ transferência de calor por condução e convecção através de paredes,tetos, janelas, etc... ✓ transferência de calor por radiação através de janelas, paredes e teto. b) Infiltração de Ar c) Renovação de Ar
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Carga Térmica 2. Fontes de calor interno: ü Pessoas, iluminação artificial, motores, cargas especiais. DETERMINAÇÃO DA CARGA TÉRMICA DE VERÃO - Método ABNT Todos os cálculos propostos pela ABNT prevêem regime permanente nos processos de transferência de calor. Etapas do cálculo da carga térmica Deve-se estabelecer as condições (temperatura e umidade) do ar externo e interno. a) Condições Internas Para Inverno A tabela 1 nos dá as condições recomendadas de temperatura e umidade relativa internas ao ambiente, segundo a ABNT.
Tabela 1 – Condições internas para inverno
TBS (°C) 20 – 22
U.R. (%) 35 - 65 2
Carga Térmica TABELA 2 - Condições Internas para Verão
Recomendável Finalidade
Local
Conforto
Residências, Hoteis Escritórios, Escolas Lojas de Bancos, Barbearias, curto tempo de Cabelereiros, Lojas, ocupação Magazines, Supermercados Ambientes c/ Teatros, Auditórios grandes cargas Templos, Cinemas, Bares, de calor latente Lanchonetes, Bibliotecas, e/ou sensível Estúdios de TV Locais de reuniões com Boates, Salões de Baile movimento Depósitos de Livros, Ambientes Manuscritos, Obras Raras de Arte Museus e galerias de arte Acesso Halls de elevadores
*Condições constantes para o ano inteiro TBS = Temperatura de bulbo seco (°C) UR = Umidade relativa (%)
Máxima
TBS (oC)
UR (%)
TBS (oC) UR (%)
23 a 25
40 a 60
26,5
65
24 a 26
40 a 60
27
65
24 a 26
40 a 65
27
65
24 a 26
40 a 65
27
65
21 a 23*
40 a 50*
-
-
21 a 23*
50 a 55*
-
-
-
-
28
70
3
Carga Térmica Tabela 3 – Condições externas para Verão
Cidades I - Região Norte Macapá (AP) Manaus (AM) Santarém (AP) Belém (PA) II - Região Nordeste João Pessoa (PB) São Luís (MA) Parnaíba (PI) Terezina (PI) Fortaleza (CE) Natal (RN) Recife (PE) Petrolina (PE) Maceió (AL) Salvador (BA) Aracajú (SE)
TBS
TBU Temperatura Máxima
34 35 35 33
28,5 29,0 28,5 27,0
34,7 36,9 37,3 34,9
32 33 34 38 32 32 32 36 33 32 32
26,0 28,0 28,0 28,0 26,0 27,0 26,0 25,5 27,0 26,0 26,0
33,9 35,2 40,3 32,4 32,7 32,6 38,4 35,0 33,6 4
Carga Térmica continuação Cidades TBS III - Região Sudeste Vitória (ES) 33 Belo Horizonte (MG) 32 Uberlândia (MG) 33 Rio (RJ) 35 São Paulo (SP) 31 Santos (SP) 33 Campinas (SP) 33 Pirassununga (SP) 33 IV - Região Centro-Oeste Brasília (DF) 32 Goiânia (GO) 33 Cuiabá (MT) 36 Campo Grande (MS) 34 Ponta-Porã (MS) 32
TBU
Temperatura Máxima
28,0 24,0 23,5 26,5 24,0 27,0 24,0 24,0
36,1 35,5 37,6 39,4 34,9 37,7 37,4 37,8
23,5 26,0 27,0 25,0 26,0
34,8 37,3 39,0 37,0 35,8
Cidades V - Região Sul Curitiba (PR) Londrina (PR) Foz do Iguaçu (PR) Florianópolis (SC) Joinville (SC) Blumenau (SC) Porto Alegre (RS) Santa Maria (RS) Rio Grande (RS) Pelotas (RS) Caxias do Sul (RS) Uruguaiana (RS)
TBS
TBU
Temperatura Máxima
30 31 34 32 32 32 34 35 30 32 29 34
23,5 23,5 27,0 26,0 26,0 26,0 26,0 25,5 24,5 25,5 22,0 25,5
33,3 34,0 38,0 36,0 36,0 36,0 39,0 40,0 -
Fonte: Tabelas Climatológicas da Diretoria de Rotas Aéreas, do Ministério da Aeronáutica, apud ABNT. 5
Carga Térmica b) Penetração de Calor por Condução e Convecção Ocorre por: ü paredes externas; ü paredes internas; ü vidros; ü cobertura. É calculada com:
Q = U × A × ∆T em kcal/h ou Watt, ou equivalente. ü O coeficiente global de transferência de calor (ou Transmitância Térmica), U, deve ser determinado a partir dos materiais constituintes. Apresenta-se, na tabela 4, alguns valores indicativos.
6
Carga Térmica TABELA 4 – Coeficiente Global de Transferência de Calor
Descrição
U (W/m2 0C)
Vidros simples Internos e Externos (6 mm) Vidro duplo Porta externa de madeira maciça – 4 cm Paredes externas(acabamento comum – 1 tijolo maciço) Paredes externas duplas de tijolo maciço, com camada de ar de 5 a 12 cm Paredes Divisórias - (1/2 tijolo oco, 12 cm, acabamento comum) Lajes expostas (valor médio para lajes de cobertura) Telhado (valores médios) Piso ou Teto (em laje – valor médio)
4,7 2,0 2,7 2,0 1,5 2,2 3,5 2,0 2,0
O Coeficiente Global é o inverso da resistência térmica. Para uma lâmina simples de vidro, o valor do Coeficiente Global de Transferência de Calor depende dos coeficientes de película, englobando efeitos de convecção e de radiação, do lado interno e externo da janela, da espessura do material e de sua condutibilidade térmica. Assim:
7
Carga Térmica U=
1 æ1 e 1ö çç + + ÷÷ è hi k he ø
onde: hi: coeficiente de película interno (W/m2 °C); e: espessura do vidro (m); k : condutibilidade térmica do vidro (W/m °C); he: coeficiente de película externo (W/m2 °C).
Coeficientes de película Geralmente, o coeficiente de película interno representa um parâmetro de convecção natural, com temperatura do ar em torno de 24 °C, acrescido da radiação que a janela emite para as superfícies interiores. Assim:
hi = hci + hri = A(Tv − Ti )
o , 25
[e × σ (T + v
4
v − Ti (Tv − Ti )
4
)]
onde: hci: coeficiente de convecção interno (W/m2 °C); hri: coeficiente de radiação interno (W/m2 °C); A = 1,77; ev: emitância da superfície interior do vidro; σ: constante de Stefan-Boltzmann (σ = 5,6697 x 10-8 W/m2 K); Tv: temperatura da superfície interior do vidro (K); Ti: temperatura do ar interior (K).
8
Carga Térmica Coeficiente de película externo, he:
he = 10 + 4,1× v Onde: he é expresso em (W/m2 ) e v é a velocidade do vento (m/s). c) Radiação ü frente / fundos ü laterais ü cobertura
Q = U × A × ∆Teq em [kcal/h ou Watt].
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Carga Térmica TABELA 5 – Temperatura Equivalente (0C) (300 latitude sul) Superfície Opaca SE (8h) E (8h) NE (8h) N (12h) NO (16h) O (16h) SO (16h) Telhado (12h) Superfície Transparente SE E (8h) NE (8h) N (12h) NO (16h) O (16h) Telhado (12h)
Escura 18 24 15,5 3,5 15,5 24 18 38 (1) 70 96 58,5 10,5 58 96 143
Cor Média 10 14,5 9 0,5 9 14,5 10 23 (2) 35 48 30 5 30 48 70
Clara 4,5 7 4 4 7 4,5 13 (3) 21 28 18 3,5 18 28 -
(1)Sem proteção contra a insolação ou cortinas escuras (2)Com cortinas claras ou persianas internas (3)Com persianas externas Temperatura ar-sol “A temperatura ar-sol, para a superfície de um dado elemento de envelope, é a temperatura externa teórica que produz os mesmos efeitos térmicos no elemento que a combinação de condições de temperatura do ar externo e radiação incidente”. 10
Carga Térmica d) Pessoas ü taxa de ocupação (Tabela 6)
TABELA 6 – Valores para Ocupação dos Recintos LOCAL
Dormitórios Salas residenciais Salões de hotel Escritórios privados Escritórios em geral Bancos – recintos Bancos – recintos Lojas de pouco público Lojas de muito público Restaurantes Boites Auditórios – Teatros - Cinemas
m2 / Pessoa
10 8 6 8 6 7 4 5 3 2 1 1,5 0,75
• calor liberado por pessoa (Tabela 7) [kcal/h] 11
Carga Térmica TABELA 7 – Calor Liberado por pessoa (kcal/h) MetabolisMetabolismo mo homem Médio( A) adulto
LOCAL
28
TBS 26
27
24
21
S
L
S
L
S
L
S
L
S
L
98
88
44
44
49
39
53
35
58
30
65
23
Escola secundária Escrit. Hotéis, Aptos. Universidades Supermercados varejistas, lojas Farmácias, drogarias
113
100
45
55
48
52
54
46
60
40
68
32
113
45
68
50
63
54
59
61
52
71
42
Bancos
139
126
45
81
50
76
55
71
64
62
73
53
Restaurantes (B)
126
139
48
91
55
84
61
78
71
68
81
58
Fábrica, trabalho leve
202
189
48
141
55
134
62
127
74
115
92
97
Salão de baile Fábrica trabalho moderadamente pesado Boliches, fábricas, ginásios (C)
227
214
55
159
62
152
69
145
82
132 101 113
252
252
68
184
76
176
83
169
96
156 116 136
378
365
113 252 117 248 122 243 132 233 152 213
Teatro, escola primária
120 139 139
S = Sensível
L = Latente 12
Carga Térmica NOTAS: a) O “Metabolismo Médio” corresponde a um grupo composto de adulto e crianças de ambos os sexos, nas proporções normais. Estes Valores foram obtidos à base das seguintes hipóteses: Metabolismo mulher adulta = Metabolismo homem adulto x 0,85 Metabolismo criança = Metabolismo homem adulto x 0,75 b) Estes valores compreendem 14 kcal/h (50% calor latente) por ocupante, para levar em conta o calor desprendido pelos pratos c) Boliche: admitindo uma pessoa jogando por pista e os outros sentados (100 kcal/h) ou de pé (139 kcal/h). e) Ar para Renovação ü Tabela 8
V
nº. Pessoas . V = Vtotal Qren = m . ∆h [kcal/h]
∆h = he − hi Cálculo de he: 1. te
(Tabela 9)
πe
pressão absoluta de vapor
2. pve = Ye. πe onde y é a umidade relativa/100 13
Carga Térmica 3.
he = 0,24 × te +
0,622 × Pve × (597 + 0,46 × te ) P − Pve
em [kcal/kg ar seco]
P = 700 mm (São Paulo)
Cálculo de hi: 1. ti
πi
(Tabela 9)
2. pvi=Yi. πi 3. h i = 0 , 24 × t i +
0 , 622 × Pv i × ( 597 + 0 , 46 × t i ) P − Pv i
em [kcal/kg ar seco]
m=
P ×Vt 700×Vt ×13,6 = R × T 29,27 × (273 + te )
em [kg/h]
14
Carga Térmica TABELA 8 – Ar Exterior para Renovação 3
LOCAL Bancos Barbearias Salões de beleza Bares Cassinos-Grill–roon Escritórios Públicos Privados Privados Estúdios Lojas Salas de hotéis Residenciais Restaurantes Salas de diretores Teatros-Cinemas-Auditórios Teatros-Cinemas-Auditórios Salas de aula Salas de reuniões Aplicações gerais Por pessoa (não fumando) Por pessoa (fumando)
m /h recomendável 17 25 17 68 45
Pessoas mínimo 13 17 13 42 35
Concentração de fumantes ocasional considerável ocasional -
25 42 51 35 17 51 35 25 85 13 25 50 85
17 25 42 25 13 42 17 20 50 8 17 40 50
alguns nenhum considerável nenhum ocasional grande alguns considerável muito grande nenhum alguns nenhum muito grande
13
8
-
68
42
-
Fonte: ASHRAE HANDBOOK OF FUNDAMENTALS – 1972
15
Carga Térmica Tabela 9 - PROPRIEDADES DO AR ÚMIDO Pressão de vapor d’água t 0 C absoluta h mm Hg π
Entalpia Entalpia Conteúdo do ar do vapor de água úmido de água por kg de h hv ar seco kcal/kg de kcal/kg de x103 kg/kg ar seco H20
Entalpia Pressão Entalpia do ar Conteúdo de vapor do vapor úmido de água d’água t de água h por kg de 0 hv C absoluta ar seco kcal/kg hmm Hg kcal/kg de 3 x10 kg/kg de ar H20 π seco
20
17,53
14,684
606,0
13,70
60 149,39
152,20
623,2
109,24
21
18,64
15,638
606,5
14,52
61 156,45
161,20
623,6
115,20
22
19,82
16,652
606,9
15,39
62 163,81
170,9
624,0
121,50
23
21,06
17,726
607,3
16,28
63 171,39
181,1
624,4
128,2
24
22,37
18,862
607,8
17,22
64 179,33
192,1
624,8
135,4
25
23,75
20,066
608,2
18,20
65 187,57
203,8
625,2
143,0
26
25,20
21,332
608,6
19,22
66 196,10
216,3
625,6
151,2
27
26,73
22,674
609,1
20,29
67 205,00
229,7
626,0
159,9
28
28,34
24,094
609,5
21,41
68 214,2
244,1
626,4
169,2
29
30,03
25,591
610,0
22,57
69 223,76
259,9
626,9
179,2
30
31,81
27,174
610,4
23,79
70 233,69
276,2
627,3
190,1
31
33,69
28,85
610,8
25,06
71 243,99
294,1
627,7
201,7
32
35,65
30,62
611,3
26,40
72 254,73
313,6
628,1
214,3 16
Carga Térmica f) Infiltração Tabela 10
Vinf.; he; hi; m Q = m. ∆h [kcal/h]
TABELA 10 – Infiltração de Ar
A) Pelas frestas Tipo de abertura - comum - basculante - guilhotina com caixilho de madeira
- guilhotina com caixilho metálico
Portas
Observação m3/h por metro de fresta 3,0 3,0 Mal ajustada 6,5 Bem 2,0 ajustada Sem 4,5 vedação Com 1,8 vedação Mal ajustada 13,0 Bem 6,5 ajustada 17
Carga Térmica continuação B) Pelas portas Local Bancos Barbearias Drogarias e Farmácias Escritórios de Corretagem Escritórios Privados Escritórios em Geral Lojas em Geral Restaurantes Lanchonetes
m3/h por pessoa Porta Porta de vai e giratória vem (1,80 m) (0,90 m) 11 14 7 9 10 12 9 9 4 7 12 14 3 4 7 9
C) Pelas portas abertas Porta até 90 cm 1350 m3/h Porta de 90 cm até 180 cm 2000 m3/h g) Iluminação Potência dissipada por luminárias Tabela 11 A carga térmica é a potência das lâmpadas multiplicada por um percentual devido aos reatores. 18
Carga Térmica TABELA 11 – Energia Dissipada pelas Luminárias LOCAL Escritórios Lojas Residenciais Supermercados Barbearias e salões de beleza Cinemas e teatros Museus Bibliotecas Restaurantes Bancos Auditórios a) Tribuna b) Platéia c) Sala de espera Hotéis a) Banheiros b) Corredores c) Sala de leitura d) Quartos e) Salas de Reuniões - Platéias - Tablado f) Portaria e recepção
Tipos de Iluminação Fluorescente Fluorescente Incandescente Fluorescente Fluorescente Incandescente Fluorescente Incandescente Fluorescente Incandescente Fluorescente
Nível de Iluminação LUX 1000 1000 300 1000 500 60 500 500 150 150 1000
Potência dissipada W/m2 40 50 30 35 20 15 45 70 15 25 35
Incandescente Incandescente Incandescente
1000 500 150
50 30 20
Incandescente Incandescente Fluorescente Incandescente Incandescente
150 100 500 500 500
25 15 45 70 35
Incandescente Incandescente Incandescente
150 500 250
20 30 35
19
Carga Térmica h) Cargas especiais ü motor do ventilador; ü equipamentos, etc...
TABELA 12 – Calor Liberado por Fontes Diversas Equipamentos Diversos
kcal/h Sensível Latente
Total
Equipamento Elétrico Aparelhos elétricos – por KW Forno elétrico – Serviço de cozinha por KW Torradeiras e aparelhos de grelhar por KW Mesa quente – por KW Cafeteiras – por litro
860 690
0 170
860 860
770
90
860
690 100
170 50
860 150
5540
700
6240
9800 835
1200 215
11000 1050
10500
10500
21000
Banho Maria Por m2 de superfície superior Cafeteira - por litro
2130 150
1120 50
3250 200
Equipamentos a Vapor Banho Maria por m 2 de boca
1125
2625
3750
Equipamentos a Gás GLP 50% butano + 50% propano por m3 /h GLP (50/50%) por kg Bico de Bunsen – tamanho grande Fogão a gás – Serviço de Restaurante por m2 superfície da mesa
20
Carga Térmica continuação
Equipamentos Diversos Alimentos Por Pessoa (Restaurante) Motores Elétricos Potência (Placa) Até ¼ CV Por CV ½ a 1 CV Por CV 1 ½ a 5 CV Por CV 7 ½ a 20 Por CV CV Acima de Por CV 20 CV
kcal/h Sensível Latente Total 7
7
14
Eficiência aproximada (%) 60 70 80 85
1050 900 800 750
0 0 0 0
1050 900 800 750
88
725
0
725
21
