Os ganhos e perdas térmicas têm várias origens, quer interiores quer exteriores ao espaço, nomeadamente envolvente (Qc), renovação do ar (Qv), solares (Qs), pessoas (Qp) e equipamentos (Qi) (Aelenei, 2009). Neste procedimento, não foram considerados os ganhos ou perdas provenientes de pontes térmicas lineares e pavimentos, por se considerar que são menos significativos e de cálculo mais complexo. O ganho ou perda térmica total (Qt), para cada estação e para a situação inicial e otimizada, é dado pelo somatório entre os vários fatores, sendo todo o cálculo efetuado em W (Equação 1).
(Equação 1)
Em primeiro lugar, calculou-se as perdas térmicas por condução através da envolvente no inverno (Qci), tanto para a situação inicial como para a otimizada. Este fator é igual ao
somatório das perdas por todos os elementos ligados ao exterior (Qext) e a espaços interiores não-aquecidos (Qint).
No caso das perdas instantâneas pelas paredes e envidraçados exteriores (Qext), foi usada a equação 2, para cada elemento, onde o U é o quociente de transmissão térmica (W/m2/ºC), o A é a área do elemento medida pelo interior (m2), θi é a temperatura do ar no interior do edifício (ºC) para a situação inicial e otimizada e θatm é a temperatura do ar exterior (ºC) (Aelenei, 2009).
(Equação 2)
Sabendo que o período de construção da maioria dos edifícios do bairro de Telheiras é entre a década de 80 e 90 (CML et al., 2012; Guimarães & Matos, 2010), as paredes externas são constituídas de duas camadas de tijolo furado. Assim, os valores de U selecionados foram 1,1 W/m2/ºC, para paredes de espessura 0,11 + 0,11 m, de 0,96 W/m2/ºC, para espessuras de 0,11 + 0,15 m, e 0,86 W/m2/ºC, para espessuras de 0,15 + 0,15 m (LNEC, 2006). Para os envidraçados, escolheu-se o valor de U igual a 6,0 W/m2/ºC, correspondente a vidros simples, sem corte térmico e em janelas fixas (LNEC, 2006).
No caso das perdas por zonas correntes que separam um espaço aquecido de um não aquecido (Qint), foi usada a equação 3 para cada elemento (Aelenei, 2009). As variáveis são semelhantes às da equação 2, com a exceção da θa que representa a temperatura da local não aquecido (ºC).
(Equação 3)
Para as paredes interiores, foi usado um U igual a 1,3 W/m2/ºC, correspondente a paredes simples de tijolo furado, sem isolamento térmico, com espessura de 0,20 a 0,24 m (pp 69 LNEC, 2006). A temperatura do ar do local não aquecido toma um valor intermédio entre a exterior e a interior, sendo dado pela equação 4, onde τ é um parâmetro adimensional que toma valores entre 0 e 1 (Aelenei, 2009). Em armazéns, este parâmetro toma o valor de 0,7, enquanto em espaços comerciais é igual a 0,2 (Aelenei, 2009).
149 (Equação 4)
Na estação de arrefecimento, foram calculados os ganhos térmicos por condução através da envolvente opaca exterior (Qcv), para a situação inicial e otimizada. Estas cargas resultam dos
efeitos combinados da temperatura exterior e da radiação solar incidente (Aelenei, 2009). O seu cálculo foi efetuado pela equação 5, para cada orientação e elemento, onde α é o coeficiente de absorção de radiação solar da superfície exterior da parede, G é a intensidade da radiação solar instantânea incidente em cada orientação (W/m2) e he é a condutância
térmica superficial exterior do elemento da envolvente que toma o valor de 25 W/m2/ºC
(Aelenei, 2009).
(Equação 5)
O valor de U usado foi o mesmo que referido anteriormente para as paredes externas. O coeficiente de absorção α toma o valor de 0,4 para paredes de cor clara, 0,5 para cor média e 0,8 para cor escura (Aelenei, 2009). A variável G foi calculada dividindo os valores de intensidade da radiação solar para a estação convencional de arrefecimento (em kWh/m2) da zona climática de Lisboa (Aelenei, 2009), pela duração desse período, encontrando-se na tabela seguinte.
Intensidade da radiação solar instantânea incidente em cada orientação (W/m2) na zona climática V2 S (adaptado de Aelenei, 2009):
Zona N NE E SE S SW W NW Horiz.
V2 S 68 116 161 157 130 157 161 116 280
O passo seguinte foi o cálculo das perdas ou ganhos térmicos resultantes da renovação do ar (Qv), nas estações de aquecimento e de arrefecimento e para as situações inicial e otimizada. Esta componente foi calculada pela equação 6, onde Rph é o número de renovações horárias do ar interior (h-1) e V é o volume do espaço, que pode ser calculado pelo produto entre a área útil e o pé-direito médio (Aelenei, 2009).
(Equação 6)
Para o Rph, os valores sugeridos para Aelenei (2009) não poderam ser usados, pois destinam- se a frações residenciais. Assim foram utilizados os números típicos de renovações horárias do ar descritos na tabela seguinte, referentes a um conjunto de espaços comerciais.
Os últimos ganhos térmicos externos calculados foram os solares através dos vãos envidraçados, para a estação de aquecimento e arrefecimento. Neste caso, não houve diferenciação por situação inicial e otimizada, pois a temperatura regulada para o ar interior não tem influência no cálculo.
150
Número típico de renovações horárias do ar interior (h-1) em espaços comerciais (adaptado de The Engineering ToolBox, 2016):
Tipo de espaço Número de renovações horárias do ar interior (h-1)
Espaço geral 4 Cabeleireiro 6 - 10 Clínica médica 8 - 12 Escritório 4 Restaurante 8 - 12 Retalho 6 - 10
Para a estação de aquecimento (Qsi), os ganhos térmicos foram obtidos pela equação 7, para
cada elemento e orientação (Aelenei, 2009). Nesta equação, Gsul é o valor médio da energia solar instantânea incidente numa superfície vertical orientada a sul de área unitária, durante a estação de aquecimento (Aelenei, 2009). Este valor foi calculado através do valor mensal fornecido por Aelenei (2009), sendo igual a 145 W/m2 para a região de Lisboa. A variável X é o fator de orientação para as diferentes exposições solares. Por sua vez, g┴ é o fator solar do vão envidraçado, que representa a relação entre a energia transmitida para o interior através do vão envidraçado e a radiação solar incidente na direção normal ao envidraçado (Aelenei, 2009).
(Equação 7) Fator de orientação (X) (Aelenei, 2009):
Fator N NE e NW E e W SE e SW S Horizontal
X 0,27 0,33 0,56 0,84 1,00 0,89
Fator solar (g┴) de alguns tipos de vidros e de vãos com proteção solar ativada (adaptado de Aelenei, 2009):
Fator solar (g┴)
Vidro simples com proteção
interior Vidro simples incolor Vidro simples colorido Clara Média Escura 4 mm 0,88 4 mm 0,70 Estores de lâminas 0,45 0,56 0,65 5 mm 0,87 5 mm 0,65 Cortinas opacas 0,33 0,44 0,54 6 mm 0,85 6 mm 0,60 Cortinas transparentes 0,38 0,48 0,58 8 mm 0,82 8 mm 0,55
As variáveis marcadas como F são fatores solares, que consideram a existência de eventuais obstáculos associados à transmissão da radiação solar para o espaço útil através do vão envidraçado (Aelenei, 2009). No âmbito dos estabelecimentos auditados na dissertação, Fo e
151 Ff tomam o valor de 1, Fg de 0,9, os valores de Fw e de Fh encontram-se nas tabelas seguintes (Aelenei, 2009).
Valores do fator de correção da seletividade angular dos envidraçados (Fw) (Aelenei, 2009):
Fw N NE/NW E/W SE/SW S
Vidro simples 0,85 0,90 0,90 0,90 0,80
Vidro duplo 0,80 0,85 0,85 0,85 0,75
Valores do fator de sombreamento do horizonte (Fh) na situação inverno e em ambiente urbano (adaptado de Aelenei, 2009):
Ângulo do
horizonte Horizontal N NE/NW E/W SE/SW S
45 º 0,62 1,00 0,80 0,58 0,48 0,45
Para a estação de arrefecimento (Qsv), os ganhos térmicos solares foram calculados pela
equação 8, para cada elemento e orientação (Aelenei, 2009). A maior parte das variáveis têm significado semelhante às equivalentes das equações anteriores, sendo que a única diferença é que o fator Fh toma o valor de 1.
(Equação 8)
Depois de ser calculada a influência dos fatores externos para a climatização do espaço, foi avaliada a contribuição dos internos. Neste caso, foi efetuada uma estimativa única, pois considerou-se que a estação e a temperatura regulada não influenciam significativamente a libertação de calor pelas pessoas e equipamentos.
Para os ganhos térmicos das pessoas (Qp), multiplicou-se o número médio horário de trabalhadores e de clientes presentes no espaço pela estimativa do calor libertado durante as suas atividades físicas. Nos ganhos térmicos dos equipamentos (Qe), foi efetuado o somatório da sua potência média, identificada nas estimativas de consumo, caso estes operem ao mesmo tempo que a climatização.
Estimativa da libertação de calor pelos seres humanos de acordo com a posição do corpo e com o tipo de atividade física (Sowa, 2013):
Libertação de calor dependendo da posição do corpo (W)
Libertação de calor adicional dependendo do tipo de atividade física (W)
Tipo de
trabalho Uso de mãos Uso de um braço Uso de dois braços
Sentado 120 Leve 30 60 120
Em pé 140 Médio 50 90 150
152