CEFET-SC UNIDADE SÃO JOSÉ

ESTIMATIVA DE CARGA TÉRMICA PARA CLIMATIZAÇÃO

Transmissão Insolação diretaar de renovação / infiltraçãoiluminaçãopessoasequipamentos

Parcelas de carga térmica:

CT sensível (pessoas, insolação, renovação / infiltração, transmissão, iluminação, equipamentos)

CT latente (pessoas, ar de renovação / infiltração e equipamentos)

Carga Térmica (CT) total:

Transmissão – através de paredes internas e externas, vidros internos e externos, tetos e pisos (exceto sobre o solo)

Determinação das parcelas:

Insolação – através da incidência direta do sol sobre vidros transparentes. Usa-se correções para vidro duplo, vidros mais grossos, vidros com película e para

retardamento da radiação.

Ar de renovação / infiltração: A quantidade do ar de renovação é calculada a partir do número de pessoas no ambiente. Utiliza-se 27 m3/h por pessoa ou 17 m3/h por pessoa para determinar o ar de renovação. O ar de infiltração depende das portas abertas – ver norma NBR

Iluminação A NBR estabelece a quantidade de Watts de iluminação por metro quadrado de acordo com o tipo de ambiente. Se iluminação é incandescente multiplica-se por 0,86. Se é fluorescente multiplica-se por 1,032.

EquipamentosDeve-se considerar todos os equipamentos que liberam calor sensível ou latente dentro do ambiente (ex de calor latente: bancadas para aquecimento de almoço). O valor em W liberado pelos equipamentos deve ser multiplicado por 0,86. Um computador dissipa cerca de 135 W de energia para o ambiente.

PessoasA Norma NBR 6401 apresenta a dissipação de calor sensível e latente para uma pessoa de acordo com o tipo de atividade desenvolvida no ambiente. Para auditórios uma pessoa libera 54kcal/h de calor sensível e 46kcal/h de calor latente (suor e respiração).

Dutos de retorno:Caso o duto de retorno atravesse um forro não climatizado, deve-se considerar o calor recebido pelo duto na estimativa da carga térmica, uma vez que essa energia recebida deverá ser retirada da máquina. Para tanto, basta calcular a área lateral dos dutos de retorno.

Considerações gerais:Cada cidade tem temperaturas e umidades relativas pré-determinadas pela NBR 6401. Cidades próximas devem ter suas condições consideradas através de aproximação ou dados medidos através de estações meteorológicas / solarimétricas. As temperaturas internas de conforto são estabelecidas de acordo com a aplicação.

Considerações gerais:Se um ambiente é construído diretamente sobre o piso, podemos desconsiderar a troca de calor por transmissão entre o piso e o ambiente. Se um ambiente climatizado está localizado ao lado de outro ambiente climatizado, desconsidera-se as trocas de calor por transmissão entre estas duas superfícies. Isso vale para o teto / piso.

Considerações gerais:No hemisfério sul, o sol percorre um caminho aparente sobre um plano vertical ligeiramente inclinado para o norte. Dessa forma pela manhã são insoladas as faces norte e leste. Pela tarde são insoladas as faces oeste e norte. A face sul está sempre à sombra.

Considerações gerais: A estimativa de carga térmica é realizada através de programas hora-a-hora, onde é possível determinar a carga térmica ao longo de todo o ano. Para fins de aplicações até 5 TR basta a estimativa para o período mais crítico – verão 10h ou 15h. A carga térmica maior é a considerada. Exemplo: se há muitas janelas na face oeste, então a carga térmica da tarde será superior à carga térmica da manhã.

Considerações gerais: Quando uma janela é sombreada esta poderá ser considerada à sombra. A parte que fica ao sol é calculada em separado. Uma janela tem energia entrando por insolação direta e por transmissão.

Calculando as parcelas:

Transmissão: basta calcular as áreas das superfícies que envolvem o ambiente climatizado, separar as paredes mais insoladas (oeste e norte ou leste e oeste), calcular as áreas do forro e piso.

Calculando as parcelas:Se há insolação direta sobre a parede então a equação é:

Q = U.A.[ (0,2 x FGCI)/25) + Te -Ti] = Fator . Área

que é uma simplificação para a equação:

Q= U. A. [ DTC + (25 – Ti) + (Te – 29)] = Fator. Área

Já a equação para transmissão para paredes e vidros que estão à sombra é:

Q = Área . U. (Te – Ti) = Fator . Área

Calculando as parcelas:

A parcela devido à Insolação pode ser calculada por:

Q=A.FGCImax. FCR.CSonde FGCImáx é tabelado de acordo com a face e latitudeFCR é tabelado de acordo com a faceCS é tabelado de acordo com tipo de vidro

FGCI depende de cada região. Medições podem substituir os valores das tabelas para construção de fatores para regiões diferentes.

Para os vidros ao sol soma-se ainda a parcela:Q = U. A.(Te – Ti)

Calculando as parcelas:

A soma de todas as parcelas latentes e sensíveis é importante para se calcular o FCS = CALOR SENSÍVEL / CALOR TOTAL.

As serpentinas do equipamento de climatização são projetadas para retirar parte de calor sensível (75%) e parte de calor latente. Se um ambiente tiver muito calor latente, a máquina deverá ser especialmente encomendada ao fabricante senão não vai conseguir retirar a umidade do ambiente.

Utilização de planilhas:

O uso de planilhas poderá ser realizado desde que se entendam as limitações das mesmas: Ou seja, nossa planilha vale para a região de Florianópolis. Para Joinville, Lages, Blumenau deve-se utilizar planilhas específicas. Planilhas são construídas utilizando-se materiais convencionais. Caso os materiais utilizados sejam especiais, novos coeficientes de transmissão de calor (U) devem ser calculados e isso mudará os fatores das planilhas. Ou seja, planilhas são simplificações do cálculo que para ser feito de forma mais precisa depende de conhecimentos de transferência de calor.

Estimativa do coeficiente global de transf. Calor “U”

O coeficiente global “U” é calculado através das resistências térmicas equivalentes:

U = 1 / Re

Re = [(1 / he) + ( L1 / K1) + ( L2 / K2 ) + ... + (1 / hi)]

Multiplicando-se U pela diferença de temperatura (Te-Ti) tem-se o fator da planilha de carga térmica. Logo, conhecendo-se a equação de cada parcela e as condições geográficas é possível construir se planilhas para qualquer cidade.

Exemplo de aplicação:Semana 2 – período vespertino

janela oeste = 2,00 m2 x 353 (com cortina interna) = 706 kcal/hjanelas norte e sul totalmente sombreadas = 32m2 + 26m2 = 58m2. Logo: 58 x 42 (fator janela sombra) = 2436 kcal/h

A parede norte é a que sobra retirando-se a janela tem-se 16 m2 de janela mais insolada. A janela oeste é de 24 m2 menos 2 m2 da porta e 2m2 da janela. Logo, 20m2 é a área que sobra. As paredes mais insoladas somam então 36m2.Então 36 x 43 (fator parede 15cm mais insolada) = 1548kcal/h.

As paredes sul e leste são menos insoladas. As áreas destas superfícies (retirando-se as áreas das janelas) é de 22m2 + 24m2 = 46m2. Logo 46 x 18 (fator parede 15cm menos insolada – item 2.4 da planilha) = 828 kcal/h.

Pelo forro de telhado arejado sem isolamento tem-se uma parcela de 128m2 x 20 = 2560 kcal/h.

Exemplo de aplicação:

São 3240W x 1,032 = 3343kcal/hSão 900W de equipamentos x 0,86 = 774 kcal/h

São 16 pessoas em escritório – logo Parcela sensível é 16 x 54 = 864 kcal/h. Já a parcela latente é de 16 x 59 = 944 kcal/h.

O ar de renovação (determinado pela portaria do ´PMOC) como sendo 27 m3/h por pessoa. Logo 16 x 27 = 432 m3/h.

A parcela sensível é 432 x 2 = 864 kcal/h. A parcela latente é de 432 x 6,2 = 2678 kcal/h.

O cálculo ficará completo com a soma de todas as parcelas sensíveis e latentes. Observa-se que a planilha utilizada é para condições externas de 32C e 60% e condições internas de 25C e 50% de umidade relativa – na Latitude de 27 graus do hemisfério sul (isso interfere na insolação).

Exemplo de aplicação:

Para concluir, basta multiplicar esse valor total por 4 e obter a carga térmica em Btu/h. Se esse novo valor em Btu/h for dividido por 12.000 teremos o resultado da carga térmica em TR. Com a carga térmica estimada podemos procurar nos catálogos os equipamentos que são capazes de atender à nossa necessidade. Pode ser splits, selfs, janela etc. Se o equipamento for dutado, devemos estimar a rede de dutos. Para tanto estima-se uma vazão de 680m3/h para cada TR da máquina. Dessa forma é possível estimar a rede de dutos considerando-se velocidades da ordem de 5m/s.

Observa-se que as capacidades das máquinas são escalonadas. Logo é preciso se decidir algumas vezes por uma máquina de menor capacidade ou uma de maior capacidade. A decisão deve ser realizada dentro de cada contexto, sendo que o objetivo de se vender equipamento não deve ser o critério mais preponderante.