Influência do sistema de cobertura no comportamento térmico de edificações multifamiliares na Zona Bioclimática Brasileira 2

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(1)UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA CENTRO DE TECNOLOGIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA CIVIL. Giceli Tabarelli. INFLUÊNCIA DO SISTEMA DE COBERTURA NO COMPORTAMENTO TÉRMICO DE EDIFICAÇÕES MULTIFAMILIARES NA ZONA BIOCLIMÁTICA BRASILEIRA 2. Santa Maria, RS 2017.

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(3) Giceli Tabarelli. INFLUÊNCIA DO SISTEMA DE COBERTURA NO COMPORTAMENTO TÉRMICO DE EDIFICAÇÕES MULTIFAMILIARES NA ZONA BIOCLIMÁTICA BRASILEIRA 2. Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, do Centro de Tecnologia, da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM, RS), como requisito parcial para a obtenção do título de Mestre em Engenharia Civil.. Orientador: Joaquim Cesar Pizzutti dos Santos. Santa Maria, RS 2017.

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(7) 6. DEDICATÓRIA. À minha mãe, Nicéia, pelo grande exemplo de vida e força, e à minha vó Tereza, que permeia minhas melhores lembranças de carinho. Aos meus amados afilhados, que são a alegria da minha vida: Nicole, Francisco e Caroline..

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(9) 8. AGRADECIMENTOS. À Universidade Federal de Santa Maria que, por intermédio do Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, oportunizou a realização desta pesquisa. Ao Instituto Federal Farroupilha que, por meio do programa de afastamento parcial e do auxílio financeiro do Programa Institucional de Incentivo a Qualificação Profissional (PIIQP), tornou possível esta qualificação. Em especial, ao Pró-Reitor de Administração, Vanderlei José Pettenon, pelo apoio e pela compreensão, assim como a todos os colegas da Coordenação de Engenharia e Arquitetura da Reitoria. Ao meu orientador, Joaquim Cesar Pizzutti dos Santos, por todos os conhecimentos compartilhados, pela disposição, pela paciência e pelo estímulo para o desenvolvimento e a conclusão deste desafio. Ao professor Eduardo Grala da Cunha, pelos ensinamentos sobre simulação computacional e o programa EnergyPlus. Aos colegas de mestrado, pelas dúvidas, informações e ansiedades compartilhadas. Em especial à minha colega e amiga Liége Garlet, pelas longas discussões e descobertas sobre simulações, sempre acompanhadas de um bom chimarrão e longas risadas. Aos amigos que souberam compreender minha ausência neste período. Ao meu companheiro, Jeferson Ambros Recchia, que foi um grande incentivador da conclusão desta pesquisa e sempre se mostrou paciente com minhas angústias e longos períodos de estudo para a concretização de mais este sonho. À minha família, pelo amor e contínuo apoio. A todas as pessoas que, de alguma forma, contribuíram para a realização deste trabalho.. Muito obrigada!.

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(11) 10. “A arquitetura é o jogo sábio, correto e magnífico dos volumes dispostos sob a luz”. Le Corbusier.

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(13) 12. RESUMO INFLUÊNCIA DO SISTEMA DE COBERTURA NO COMPORTAMENTO TÉRMICO DE EDIFICAÇÕES MULTIFAMILIARES NA ZONA BIOCLIMÁTICA BRASILEIRA 2 AUTORA: Giceli Tabarelli ORIENTADOR: Joaquim Cesar Pizzutti dos Santos Em busca do conforto térmico com menor consumo energético, tem-se procurado reduzir a carga térmica das edificações. Neste sentido, o sistema de cobertura ganha destaque, pois é o principal responsável pelo aumento da carga térmica no último pavimento de edifícios habitacionais durante o verão, ocasionando altas temperaturas e fissuras nos seus componentes. Em função disso, o trabalho avaliou o desempenho térmico dos sistemas de coberturas mais usuais de edificações multifamiliares na Zona Brasileira 2, por meio dos métodos recomendados pela NBR 15.575. Além disso, investigou a influência da cobertura no comportamento térmico do edifício com o condicionamento natural e a variação do consumo energético anual do último pavimento com o condicionamento artificial. Os resultados do desempenho térmico revelaram que a cobertura da edificação foi aprovada no nível mínimo, pelo método simplificado, e, pelo método de simulação computacional, ela foi reprovada no verão e aprovada no nível intermediário no inverno. Com as mudanças feitas nas variáveis da cobertura, percebeu-se que a absortância solar teve mais influência na alteração da temperatura dos ambientes do que a transmitância térmica. Por isso, sugere-se incluir nos critérios do método simplificado de desempenho um intervalo de valores de absortâncias solares, combinados com os limites de transmitância térmica para as coberturas na ZB2. No que se refere ao comportamento térmico da edificação com condicionamento natural, as melhorias no sistema de cobertura reduziram as temperaturas de verão em até 6,36°C no ambiente crítico e em até 31,01°C na cobertura. Entre esses valores, a diminuição da absortância solar foi a mais expressiva, representando a redução de 6,02°C no ambiente e de 27,48°C na cobertura. As composições de cobertura com melhor comportamento térmico durante o verão foram as que possuíam absortâncias solares baixas e altas renovações de ar. Essas composições também apresentaram bons resultados no inverno, porém com a redução da ventilação e presença de isolamento térmico no sistema. Com referência ao consumo energético anual do último pavimento condicionado artificialmente, observou-se que a elevação da transmitância térmica aumenta bastante o consumo anual de aquecimento e de resfriamento, exceto no caso de resfriamento quando α=0,30. Da mesma forma, quanto maior o valor da absortância da cobertura, maior o gasto de resfriamento e menor o consumo de aquecimento. Comparando o consumo energético anual com um valor baixo de absortância solar na cobertura, percebeu-se que a transmitância térmica tem mais influência no consumo de aquecimento, enquanto que, com absortância alta, a elevação total do gasto é ainda maior e mais significativa para o resfriamento do ambiente. Palavras-chave: Sistema de cobertura. Desempenho térmico. Comportamento térmico..

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(15) 14. ABSTRACT INFLUENCE OF THE ROOF SYSTEM IN THE THERMAL BEHAVIOR OF MULTIFAMILY BUILDINGS IN THE BRAZILIAN BIOCLIMATIC ZONE 2 AUTOR: Giceli Tabarelli ADVISOR: Joaquim Cesar Pizzutti dos Santos In search of thermal comfort with lower energy consumption, research has been carried out seeking to reduce the thermal load of buildings. In this context, the roof system is evidenced, as it is mainly responsible for the thermal load increase on the last floor of residential buildings during the summer, causing high temperatures and cracks in its components. As a result, this research evaluated the thermal performance of the most common roof systems of multifamily buildings in the Brazilian Zone 2, through the methods recommended by NBR 15.575. In addition, the influence of the roof on the thermal behavior of the building with natural conditioning and the variation of the annual energy consumption of the last floor with artificial conditioning were evaluated. The thermal performance results revealed that the building roof was approved at the intermediate level by using the simplified method. Regarding the computational simulation method, it was disapproved in the summer and approved at the intermediate level in the winter. With the changes made in the roof variables, we noticed that the solar absorptivity has more influence on temperature changes of the environments than the thermal transmittance. Therefore, we suggest the inclusion of a range of values of solar absorptions in the simplified performance method criteria, combined with the limits of thermal transmittance for the roof in the Brazilian Zone 2. As to the thermal behavior of the building with natural conditioning, improvements in the roof system reduced summer temperatures by up to 6.36°C in the critical environment and by up to 31.01°C in the roof. Among these values, the decrease in solar absorptivity was the most expressive, reducing 6.02°C in the environment and 27.48°C in the roof. Roof compositions with better thermal behavior during the summer were those that had low solar absorptivity and high air renewal levels. These compositions also showed good results in the winter, but with the reduction of ventilation and the presence of thermal insulation in the system. With reference to the annual energy consumption of the artificially conditioned floor, the increase of the thermal transmittance greatly increased the annual consumption of heating and cooling, except in case of cooling when α=0.30. Likewise, the higher the roof absorptivity value, the higher the cooling expenditure and the lower the heating consumption. Comparing the annual energy consumption with a low solar absorptivity value in the roof, we observed that the thermal transmittance had more influence on the heating consumption. On the other hand, with high absorptivity, the total increase of the expenditure is even higher and more significant for the environment cooling Keywords: Roof system. Thermal performance. Thermal behavior..

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(17) 16. LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1 – Fenômenos de transferência de calor em uma cobertura. ....................... 32 Figura 2 – Diagrama usado para determinação da espessura do isolamento térmico. ................................................................................................................. 37 Figura 3 – Zoneamento bioclimático brasileiro. ......................................................... 45 Figura 4 – Sugestão para projetar integrando a simulação nas decisões de projeto. ................................................................................................................. 53 Figura 5 – Etapas da metodologia desta pesquisa. ................................................... 57 Figura 6 – Localização da cidade de Santa Maria/RS. .............................................. 58 Figura 7 – Planta baixa do pavimento-tipo da edificação base. ................................ 59 Figura 8 – Corte AA’ da edificação base. .................................................................. 60 Figura 9 – Planta baixa mobiliada de uma unidade habitacional da edificação base. ................................................................................................................. 61 Figura 10 – Condomínio residencial usado como edificação base para este trabalho. ................................................................................................................. 61 Figura 11 – Planta de cobertura da edificação base. ................................................ 62 Figura 12 – Unidades habitacionais mais críticas termicamente para estação. ........ 66 Figura 13 – Modelagem do último pavimento da edificação base. ............................ 67 Figura 14 – Determinação do ambiente mais crítico termicamente para verão e inverno na edificação base. ...................................................................... 71 Figura 15 – Localização na edificação base do ambiente mais crítico termicamente para o verão (DC) e sua cobertura (COB1). ............................................. 72 Figura 16 – Localização na edificação base do ambiente mais crítico termicamente para o inverno (EST) e sua cobertura (COB2). ........................................ 72 Figura 17 – Localização das superfícies opacas e transparente no DC. ................... 73 Figura 18 – Localização das superfícies opacas e transparentes na EST3. ............. 74 Figura 19 – Modelagem da cobertura com telha de fibrocimento e metálica (a) e modelagem com telha cerâmica (b). ........................................................ 77 Figura 20 – Composições de cobertura estudadas para a edificação base com telha metálica. ................................................................................................... 79 Figura 21 – Composições de cobertura estudadas para a edificação base com telhas de fibrocimento e cerâmica. ..................................................................... 80 Figura 22 – Temperaturas máximas internas na UH1 em função da absortância solar da cobertura da edificação base............................................................... 87 Figura 23 – Temperaturas máximas internas na UH1 em função da transmitância térmica do sistema de cobertura da edificação base................................ 88 Figura 24 – Temperaturas mínimas internas na UH3 em função da transmitância térmica da cobertura da edificação base. ................................................. 91 Figura 25 – Temperaturas mínimas internas na UH3 em função da absortância solar da cobertura da edificação base............................................................... 91 Figura 26 – Influência do α da telha de fibrocimento nas temperaturas máximas no DC e na COB1 para diferentes valores de U e renovações de ar na cobertura (Rh). ......................................................................................... 96 Figura 27 – Influência do α da telha de fibrocimento para os fluxos térmicos diários dos fechamentos do DC para diferentes valores de U e renovações de ar na cobertura (Rh). .................................................................................... 98.

(18) 17. Figura 28 – Influência das renovações de ar na cobertura (Rh) na variação de temperatura máxima interna do DC e da COB1 para diferentes valores de U e α na cobertura da edificação base. ................................................. 100 Figura 29 – Influência das renovações de ar na cobertura (Rh) para os fluxos térmicos diários dos fechamentos do DC para diferentes valores de U e α na cobertura da edificação base. ........................................................... 101 Figura 30 – Influência de U da cobertura na variação de temperatura máxima do DC e da COB1 para diferentes valores de α e renovações de ar (Rh) na cobertura. ............................................................................................... 103 Figura 31 – Influência de U da cobertura para os fluxos térmicos diários dos fechamentos do DC para diferentes renovações de ar na cobertura (Rh) e α da telha de fibrocimento. ..................................................................... 104 Figura 32 – Temperatura no DC no dia típico de verão para U = 0,62 e 2,02 W/(m².K), combinados com 1 e 15 Rh na cobertura e α = 0,30 e 0,85. ............................................................................................................... 107 Figura 33 – Fluxos térmicos dos fechamentos do DC para U = 0,62 e 2,02 W/(m².K), α = 0,30 e 15 Ren/h na cobertura. ......................................................... 108 Figura 34 – Fluxo térmico do forro do DC no dia típico de verão para coberturas com telha de fibrocimento, α = 0,30, 1 e 15 R/h na cobertura e variações de transmitância térmica. ............................................................................ 109 Figura 35 – Temperaturas no DC e na COB1 no dia típico de verão para coberturas com telha de fibrocimento, α = 0,30, U = 1,34 e 2,02 W/(m².K) e 1, 5, 10 e 15 R/h na cobertura. .............................................................................. 110 Figura 36 – Fluxos térmicos do DC (telha de fibrocimento, α = 0,30, U = 2,02 W/(m².K), 15 Ren/h na cobertura e 1 Ren/h no DC) com as intervenções na edificação (100% sombra e 5 Ren/h no dormitório). ......................... 113 Figura 37 – Temperaturas médias na EST e na COB2 para coberturas com telha de fibrocimento, α = 0,30, 1 Ren/h na cobertura e U = 1,34 e 2,02 W/(m².K), comparadas com a temperatura externa e o parâmetro de inverno. ..... 116 Figura 38 – Fluxos térmicos dos fechamentos da EST no dia típico de inverno para as composições de telha de fibrocimento com α = 0,30, 1 Ren/h na cobertura e U = 1,34 e 2,02 W/(m².K). ................................................... 117 Figura 39 – Influência do α da telha cerâmica nas temperaturas máximas do DC e da COB1 para diferentes valores de U e renovações de ar na cobertura (Rh). ............................................................................................................... 121 Figura 40 – Influência do α da telha cerâmica para os fluxos térmicos diários dos fechamentos do DC para diferentes valores de U e renovações de ar na cobertura (Rh). ....................................................................................... 122 Figura 41 – Influência das renovações de ar na cobertura (Rh) com telha cerâmica na variação de temperatura máxima interna do DC e da COB1 para diferentes valores de U e α. ................................................................... 124 Figura 42 – Influência das renovações de ar na cobertura (Rh) com telha cerâmica para os fluxos térmicos diários dos fechamentos do DC para diferentes valores de U e α na cobertura. ............................................................... 125 Figura 43 – Influência do U da cobertura com telha cerâmica na variação de temperatura máxima do DC e da COB1 para diferentes valores de α e renovações de ar (Rh) na cobertura. ..................................................... 127 Figura 44 – Influência do U do sistema de cobertura com telha cerâmica para os fluxos térmicos diários dos fechamentos do DC para diferentes valores de α e ventilações na cobertura (Rh). ......................................................... 128.

(19) 18. Figura 45 – Temperaturas no DC para cobertura com telha cerâmica, α = 0,30 e 0,85, 1 e 15 Ren/h na cobertura, variações de U, comparadas com o parâmetro de verão. ............................................................................... 130 Figura 46 – Fluxos térmicos dos fechamentos do DC no dia típico de verão com cobertura cerâmica, α = 0,30, 15 Ren/h na cobertura e U = 0,62 e 2,02 W/(m².K). ................................................................................................ 131 Figura 47 – Fluxo térmico do forro do DC no dia típico de verão para cobertura com telha cerâmica, α = 0,30, 15 Ren/h na cobertura e variações de U. ....... 132 Figura 48 – Fluxos térmicos do DC (telha cerâmica, α=0,30, U = 2,02 W/(m².K), 15 Ren/h na cobertura e 1 Ren/h no DC) com as intervenções na edificação (100% sombra na janela e 5 Ren/h no DC). ........................................... 135 Figura 49 – Temperatura na EST para cobertura com telha cerâmica, α = 0,30, 1 Ren/h na cobertura e variações de U, comparadas com a temperatura externa e o parâmetro de inverno........................................................... 137 Figura 50 – Fluxos térmicos dos fechamentos da EST para as composições com telha cerâmica, α = 0,30, 1 Ren/h na COB2 e U = 0,62 e 2,02 W/(m².K). ............................................................................................................... 137 Figura 51 – Fluxo térmico do forro da EST com cobertura de telha cerâmica, α = 0,30, 1 Ren/h na cobertura e variações de U. ........................................ 138 Figura 52 – Influência das renovações de ar na cobertura (Rh) na temperatura do DC e da COB1 com telha metálica e variações de U do sistema de cobertura. ............................................................................................... 140 Figura 53 – Influência das renovações de ar na cobertura metálica (Rh) para os fluxos térmicos diários dos fechamentos do DC com diferentes valores de U no sistema........................................................................................... 141 Figura 54 – Influência da variação de U na temperatura do DC e da COB1 com telha metálica e diferentes nas renovações de ar na cobertura (Rh). ............. 142 Figura 55 – Influência da variação do U da cobertura com telha metálica para os fluxos térmicos diários dos fechamentos do DC e diferentes renovações de ar na cobertura (Rh). ......................................................................... 143 Figura 56 – Temperatura no DC no dia típico de verão para cobertura com telha metálica e variações de U e renovações de ar na cobertura (Rh). ......... 144 Figura 57 – Fluxos térmicos dos fechamentos do DC no dia típico de verão para cobertura com telha metálica, U = 0,63 e 2,05 W/(m².K) e 1 Ren/h na cobertura com telha metálica. ................................................................ 145 Figura 58 – Fluxo térmico no forro do DC no dia típico de verão com cobertura de telha metálica e variações de U combinados com 1 e 15 Ren/h na cobertura. ............................................................................................... 146 Figura 59 – Fluxos térmicos dos fechamentos do DC com cobertura metálica (2,05 W/(m².K), 15 Ren/h na cobertura e 1 Ren/h no DC) com as intervenções na edificação de 100% sombra na janela e 5 Ren/h no DC . ................. 148 Figura 60 – Temperaturas na EST com cobertura de telha metálica, 1 Ren/h na cobertura e variações do U do sistema, comparadas com o parâmetro de inverno. ................................................................................................... 150 Figura 61 – Fluxos térmicos dos fechamentos da EST no dia típico de inverno com cobertura de telha metálica, 1 Ren/h na cobertura e variações do U do sistema. .................................................................................................. 150 Figura 62 – Fluxo térmico do forro da EST no dia típico de inverno para cobertura com telha metálica, 1 Ren/h na cobertura e variações do U do sistema. ............................................................................................................... 151.

(20) 19. Figura 63 – Temperaturas no DC no dia típico de verão para coberturas com telhas de fibrocimento e cerâmica na mesma inclinação (35%), α = 0,30, U = 2,02 W/(m².K) e 15 Ren/h na cobertura. ................................................ 154 Figura 64 – Fluxos térmicos dos fechamentos do DC no dia típico de verão para coberturas com telhas de fibrocimento e cerâmica na mesma inclinação (35%), α = 0,30, U = 2,02 W/(m².K) e 15 Ren/h na cobertura. ............... 154 Figura 65 – Temperatura no dia típico de verão para coberturas com telhas de fibrocimento e metálica, α = 0,15, U = 2,02 W/(m².K) e 15 Ren/h na cobertura. ............................................................................................... 155 Figura 66 – Influência do α na temperatura máxima do DC no dia típico de verão com cobertura de telhas de fibrocimento e cerâmica, 15 Ren/h na cobertura e variações de U. ................................................................... 157 Figura 67 – Temperaturas no DC e na COB1 para telhas de fibrocimento, cerâmica (α=0,30, 1,34W/(m².K) e 15Ren/h) e metálica (α=0,15, 1,36W/(m².K) e 15Ren/h) comparadas com a temperatura externa e o parâmetro de verão. ..................................................................................................... 159 Figura 68 – Fluxos térmicos do forro do DC para coberturas com telha de fibrocimento, cerâmica (α=0,30, 1,34W/m².K, 15 Ren/h) e metálica (α=0,15, 1,36W/m².K, 15Ren/h). ............................................................ 160 Figura 69 – Influência do U e de variações do α nas temperaturas máximas do DC no verão com cobertura de telhas de fibrocimento, cerâmica e metálica com 1 Ren/h........................................................................................... 161 Figura 70 – Influência do α e de variações nas Ren/h da cobertura nas temperaturas máximas do DC no verão com cobertura de telhas de fibrocimento, cerâmica e metálica com U = 2,02 e 2,05 W/(m².K), respectivamente. . 162 Figura 71 – Temperaturas na EST para coberturas com telha de fibrocimento, cerâmica (α=0,30, 1,34W/m².K e 1Ren/h) e metálica (α=0,15, 1,36W/m².K e 1Ren/h) comparadas com a temperatura externa e o parâmetro de inverno. .................................................................................................. 163 Figura 72 – Fluxos térmicos do forro do DC com telha de fibrocimento, telha cerâmica (α=0,30, 1,34W/m².K, 1Ren/h) e telha metálica (α=0,15, 1,36W/m².K, 1Ren/h). ............................................................................ 164 Figura 73 – Consumo energético anual de resfriamento da edificação com cobertura de telha de fibrocimento, 1 e 15 Ren/h na cobertura e variações de α e U no sistema.............................................................................................. 167 Figura 74 – Consumo energético anual de resfriamento da edificação com cobertura de telha de fibrocimento, 15 Ren/h na cobertura e variações de α e U no sistema................................................................................................... 168 Figura 75 – Consumo energético anual de aquecimento da edificação com cobertura de telha de fibrocimento, 1 Ren/h na cobertura e variações de α e U do sistema................................................................................................... 169 Figura 76 – Consumo energético anual de aquecimento da edificação com cobertura de telha de fibrocimento, 1 Ren/h na cobertura e variações de α e U do sistema................................................................................................... 170 Figura 77 – Consumo energético anual do último pavimento da edificação base com cobertura de telha de fibrocimento, α = 0,30, 15 Ren/h no verão e 1 Ren/h na cobertura no inverno. ........................................................................ 171 Figura 78 – Consumo energético anual do último pavimento da edificação base com cobertura de telha de fibrocimento, α = 0,85, 15 Ren/h no verão e 1 Ren/h na cobertura no inverno. ........................................................................ 172.

(21) 20. Quadro 1 – Balanço dos fluxos térmicos feitos no DC1 para o período de verão. 73 Quadro 2 – Balanço dos fluxos térmicos feitos na EST para o período de inverno. 74.

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(23) 22. LISTA DE TABELAS Tabela 1 – Diretrizes construtivas da NBR 15.220 (ABNT, 2005d) para as vedações externas na ZB 2. ................................................................................... 46 Tabela 2 – Valores limites de transmitância térmica e de capacidade térmica para as paredes externas da ZB 2. ..................................................................... 49 Tabela 3 – Critérios e níveis de desempenho de coberturas quanto à transmitância térmica para a ZB 2. ............................................................................... 49 Tabela 4 – Critérios de avaliação de desempenho térmico para a Zona Bioclimática Brasileira 2 nos períodos de verão e inverno. ........................................ 52 Tabela 5 – Espessura e características térmicas dos materiais dos fechamentos da edificação base. ..................................................................................... 63 Tabela 6 – Propostas de alterações para o sistema de cobertura da edificação base. ............................................................................................................... 69 Tabela 7 – Características térmicas dos isolantes térmicos posicionados acima da laje de cobertura da edificação base. ..................................................... 69 Tabela 8 – Parâmetro para a análise da influência do sistema de cobertura no comportamento térmico da edificação. ................................................... 75 Tabela 9 – Espessura e propriedades térmicas das telhas avaliadas. ...................... 76 Tabela 10 – Composições de coberturas com o uso de telhas de fibrocimento, cerâmica e metálica. .............................................................................. 79 Tabela 11 – Temperaturas máximas (°C) externa e internas da UH1 com o Modelo 1 de cobertura para o dia típico de verão em Santa Maria. ....................... 85 Tabela 12 – Temperaturas máximas (°C) externa e internas da UH1 com todos os modelos de cobertura para o dia típico de verão em Santa Maria. ........ 86 Tabela 13 – Temperaturas mínimas (°C) externa e interna da UH3 com o Modelo 1 de cobertura para o dia típico de inverno em Santa Maria. .................... 89 Tabela 14 – Temperaturas mínimas (°C) externa e interna da UH3 dos quatro modelos para o dia típico de inverno em Santa Maria. .......................... 90 Tabela 15 – Temperatura máxima e fluxos térmicos diários do DC para cobertura com telha de fibrocimento, α = 0,30, 15 Ren/h na cobertura, variações de U, combinadas com as intervenções na edificação. ............................. 112 Tabela 16 – Temperaturas mínimas na EST e na COB2 para as composições de cobertura com telha de fibrocimento, α = 0,3, 1 Ren/h na cobertura e variações de U. .................................................................................... 115 Tabela 17 – Temperaturas máximas no DC e fluxos térmicos totais de seus fechamentos no dia típico de verão para a cobertura com telha cerâmica, α=0,3, 15 Ren/h na cobertura, variações de U e intervenções na edificação. ............................................................................................ 134 Tabela 18 – Temperaturas mínimas na EST e na COB2 para as coberturas com telha cerâmica, absortância solar 0,3, 1 Ren/h na cobertura e variações na transmitância térmica no dia típico de inverno. ............................... 136 Tabela 19 – Temperatura máxima e fluxos térmicos dos fechamentos do DC para cobertura com telha metálica, α = 0,15, 15 Ren/h na cobertura e variações de U combinadas com as intervenções na edificação. ........ 147 Tabela 20 – Temperaturas mínimas na EST e na COB2 no dia típico de inverno com telha metálica, 1 Ren/h na cobertura e variações na transmitância térmica do sistema. .............................................................................. 149.

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(25) 24. LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS. ABNT cm CEF COB COP DC e EST FJP Inmetro IPT m PBE Edifica PIIQP Procel Edifica R Ren/h RT RS Rse Rsi RTQ-C RTQ-R TRY U UFSM UH W/(m².K) ZB °C α λ W. Associação Brasileira de Normas Técnicas Centímetros Caixa Econômica Federal Zona térmica da cobertura Coeficiente de Performance Dormitório de casal Espessura do material Sala de estar Fundação João Pinheiro Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia Instituto de Pesquisas Tecnológicas Metros Programa Brasileiro de Etiquetagem em Edificações Programa Institucional de Incentivo a Qualificação Profissional Programa Nacional de Eficiência Energética em Edificações Resistência térmica Renovações de ar por hora Resistência térmica total Rio Grande do Sul Resistência térmica superficial externa Resistência térmica superficial interna Requisitos Técnicos da Qualidade do Nível de Eficiência Energética de Edifícios Comerciais, de Serviços e Públicos Regulamento Técnico da Qualidade do Nível de Eficiência Energética de Edificações Residenciais Test Reference Year Transmitância térmica Universidade Federal de Santa Maria Unidade habitacional da edificação base Quantidade de calor pela resistência térmica do componente Zona bioclimática brasileira Graus Celsius Absortância à radiação solar Condutividade térmica Watt.

(26) 25.

(27) 26. SUMÁRIO 1 1.1 1.1.1 1.1.2 1.2 1.3 2 2.1 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.3.1.1 2.3.1.2 2.2 2.3 2.3.1 2.3.2 2.3.2.1 2.3.2.2 2.4 3 3.1 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.2.1 3.2.2.2 3.3 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.4. 4 4.1 4.1.1 4.1.2 4.1.2.1 4.1.2.2. INTRODUÇÃO ......................................................................................... 27 OBJETIVOS ............................................................................................. 29 Objetivo geral.......................................................................................... 29 Objetivos específicos ............................................................................. 29 JUSTIFICATIVA ....................................................................................... 29 ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO ........................................................... 30 REVISÃO DE LITERATURA ................................................................... 31 GANHOS TÉRMICOS POR MEIO DO FECHAMENTO HORIZONTAL ... 31 Propriedades térmicas dos materiais opacos ..................................... 32 Resistência térmica da câmara de ar.................................................... 35 Isolantes térmicos .................................................................................. 36 Isolante térmico resistivo .......................................................................... 38 Barreiras radiantes ................................................................................... 38 INFLUÊNCIA DO SISTEMA DE COBERTURA NO COMPORTAMENTO TÉRMICO DAS EDIFICAÇÕES ............................................................... 39 NORMAS BRASILEIRAS SOBRE DESEMPENHO TÉRMICO NAS EDIFICAÇÕES ......................................................................................... 43 NBR 15.220: desempenho térmico de edificações .............................. 44 NBR 15.575: edificações habitacionais – Desempenho ...................... 46 Método normativo simplificado ................................................................. 48 Método de simulação computacional ....................................................... 50 ANÁLISE DE COMPORTAMENTO TÉRMICO DE EDIFICAÇÕES POR MEIO DE SIMULAÇÕES COMPUTACIONAIS ........................................ 52 METODOLOGIA ...................................................................................... 57 DESCRIÇÃO E CONFIGURAÇÕES CONSTRUTIVAS DA EDIFICAÇÃO BASE ........................................................................................................ 58 AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO TÉRMICO DA COBERTURA SEGUNDO A NBR 15.575/2013............................................................... 63 Método simplificado ............................................................................... 63 Simulação computacional ..................................................................... 64 Cobertura original da edificação base ...................................................... 68 Alterações no sistema de cobertura da edificação base .......................... 68 INFLUÊNCIA DO SISTEMA DE COBERTURA NO COMPORTAMENTO TÉRMICO DA EDIFICAÇÃO CONDICIONADA NATURALMENTE ......... 70 Configurações iniciais da simulação .................................................... 75 Definições das variáveis nas composições de coberturas estudadas ................................................................................................ 77 Comparação entre os resultados dos comportamentos térmicos da edificação condicionada naturalmente ................................................ 80 INFLUÊNCIA DO SISTEMA DE COBERTURA NO CONSUMO ENERGÉTICO ANUAL DA EDIFICAÇÃO CONDICIONADA ARTIFICIALMENTE.................................................................................. 81 ANÁLISE DOS RESULTADOS ............................................................... 83 DESEMPENHO TÉRMICO SEGUNDO A NBR 15.575 ............................ 83 Método simplificado ............................................................................... 83 Método de simulação computacional ................................................... 84 Verão ........................................................................................................ 84 Inverno ..................................................................................................... 88.

(28) 27. 4.1.3 4.2. Considerações finais ............................................................................. 92 INFLUÊNCIA DO SISTEMA DE COBERTURA NO COMPORTAMENTO TÉRMICO DA EDIFICAÇÃO CONDICIONADA NATURALMENTE ......... 93 4.2.1 Cobertura com telha de fibrocimento .................................................. 94 4.2.1.1 Telha de fibrocimento: verão.................................................................... 94 4.2.1.1.1 Intervenções na edificação .................................................................... 111 4.2.1.2 Telha de fibrocimento: inverno ............................................................... 114 4.2.1.3 Considerações finais .............................................................................. 118 4.2.2 Cobertura com telha cerâmica............................................................ 119 4.2.2.1 Telha cerâmica: verão ........................................................................... 119 4.2.2.1.1 Intervenções na edificação .................................................................... 133 4.2.2.2 Telha cerâmica: inverno ......................................................................... 136 4.2.2.3 Considerações finais .............................................................................. 139 4.2.3 Cobertura com telha metálica ............................................................. 139 4.2.3.1 Telha metálica: verão ............................................................................. 140 4.2.3.1.1 Intervenções na edificação .................................................................... 146 4.2.3.2 Telha metálica: inverno .......................................................................... 149 4.2.3.3 Considerações finais .............................................................................. 152 4.2.4 Comparativo entre as telhas ............................................................... 152 4.2.4.1 Comparativo entre telhas: verão ............................................................ 156 4.2.4.2 Comparativo entre telhas: inverno ......................................................... 163 4.3 INFLUÊNCIA DO SISTEMA DE COBERTURA NO CONSUMO ENERGÉTICO ANUAL DO ÚLTIMO PAVIMENTO DA EDIFICAÇÃO BASE CONDICIONADA ARTIFICIALMENTE ........................................ 165 5 CONCLUSÕES...................................................................................... 173 5.1 RECOMENDAÇÕES PARA TRABALHOS FUTUROS .......................... 175 REFERÊNCIAS ..................................................................................... 177 APÊNDICE A – CÁLCULOS PARA A OBTENÇÃO DO VALOR DA TRANSMITÂNCIA TÉRMICA PARA AS COMPOSIÇÕES DE COBERTURAS PROPOSTAS .............................................................. 183 APÊNDICE B – TEMPERATURAS MÁXIMAS NO DC E NA COB1 E FLUXOS TÉRMICOS DOS FECHAMENTOS DO DC NO DIA TÍPICO DE VERÃO PARA TODAS AS COMPOSIÇÕES DE COBERTURA. ......... 189 APÊNDICE C – CARGAS INTERNAS DOS AMBIENTES DE PERMANÊNCIA PROLONGADA RECOMENDADAS PELO REGULAMENTO TÉCNICO DA QUALIDADE PARA O NÍVEL DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA DE EDIFICAÇÕES RESIDENCIAIS ........ 195 APÊNDICE D – TEMPERATURAS NOS AMBIENTES DE PERMANÊNCIA PROLONGADA COM OS MODELOS DE COMPOSIÇÕES DE COBERTURAS UTILIZADOS PARA A AVALIAÇÃO DE DESEMPENHO TÉRMICO DA EDIFICAÇÃO BASE PELO MÉTODO DE SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL DA NBR 15.575/2013. .......................................................................................... 197 APÊNDICE E – DADOS DO CONSUMO ENERGÉTICO ANUAL PARA O ÚLTIMO PAVIMENTO DA EDIFICAÇÃO BASE, SEPARADOS EM AQUECIMENTO E RESFRIAMENTO, COM TODAS AS COMPOSIÇÕES DE COBERTURAS SUGERIDAS PARA A TELHA DE FIBROCIMENTO. ............................................................................................................... 201.

(29)

(30) 27. 1 INTRODUÇÃO. O aumento da população mundial, o crescimento das zonas urbanas e o avanço econômico têm feito com que a construção civil receba cada vez mais demandas nas últimas décadas. Este setor é responsável por aproximadamente 40% do consumo dos recursos naturais, 60% dos resíduos sólidos urbanos e contribui com um terço das emissões de gases causadores do efeito estufa no Brasil (SÃO PAULO, 2014, p. 6). Por isso, empresas e comunidades acadêmicas têm realizado pesquisas buscando inserir elementos sustentáveis nas construções, de forma que o ser humano possa habitar interferindo cada vez menos no meio ambiente, inclusive com menor consumo energético. O controle ineficiente da insolação e dos meios que evitam ganhos térmicos excessivos nas edificações pode ocasionar problemas de conforto térmico para os seus usuários. Para minimizar o desconforto, na maioria das vezes, é usado o condicionamento artificial dos ambientes, o qual aumenta o consumo de energia e nem sempre garante a renovação de ar suficiente com qualidade. Evans (2000) defende que a variação da temperatura tem três vezes mais importância no conforto do que a umidade e a velocidade do ar. O relatório do Balanço Energético Nacional (MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA, 2016) mostrou que os setores residencial, comercial e público juntos representam 50,8% da energia consumida no país. Na divisão setorial do consumo de eletricidade do Brasil, o setor residencial é o segundo que mais consome energia (25,1%), ficando atrás somente do setor industrial (37,6%). Segundo Lamberts, Dutra e Pereira (2014), a eficiência energética na arquitetura é um atributo inerente à edificação e significa proporcionar conforto térmico, visual e acústico aos usuários, com baixo consumo de energia. Os autores (2014, p. 5) defendem que “um edifício é mais eficiente energeticamente que outro quando proporciona as mesmas condições ambientais com menor consumo de energia”. Em busca do conforto térmico, principalmente diante do aumento da temperatura mundial nos últimos anos, tem-se procurado reduzir a carga térmica das edificações. Nesse sentido, a cobertura ganha destaque, pois é o principal elemento responsável pelo acréscimo da carga térmica de edificações predominantemente horizontais, já que possui a maior área exposta ao meio externo ao longo do dia.

(31) 28. (BÜTTNER, 2008). No caso de edifícios, a cobertura influencia diretamente nas temperaturas dos ambientes do último pavimento. Nesses casos, o fluxo de calor transferido das telhas para o interior da edificação gera desconforto aos usuários, principalmente no período de verão, além de causar dilatações e fissuras nos fechamentos das edificações. Bueno (1994) cita que há diversas possibilidades de se reduzir o fluxo de calor gerado pela cobertura, tais como a ventilação natural no ático (reduzindo o fluxo de calor das telhas para o forro por meio de convecção), a utilização de materiais isolantes (reduzindo o fluxo de calor por condução), o uso de barreiras de radiação (reduzindo a transferência de calor por radiação para o forro), além da utilização da capacidade térmica de coberturas pesadas para controlar, por meio do retardo térmico, o fluxo de calor para o interior da edificação. Ao se adequar a arquitetura ao clima, pode-se evitar o uso de sistemas de condicionamento de ar e racionalizar o uso da energia elétrica. Al-Sanea (2002) defende que a análise térmica do edifício como um todo está relacionada com os mecanismos de transferência de calor, os quais estão presentes nos componentes das camadas dos diferentes materiais. De acordo com um levantamento desenvolvido pela Fundação João Pinheiro (FJP, 2016), as cidades brasileiras apresentam um crescente déficit habitacional, chegando a atingir mais de seis milhões de unidades habitacionais no ano de 2014. Por esse motivo, é importante que os profissionais da construção civil tomem decisões projetuais que diminuam a carga térmica interna das futuras residências, por meio da escolha de materiais eficientes e técnicas construtivas adequadas. Além disso, é imprescindível ter conhecimento sobre a importância das variáveis que influenciam o fluxo de calor dos sistemas de coberturas, já que elas modificam diretamente o comportamento térmico das edificações. Nessa perspectiva, este trabalho visa auxiliar os projetistas a compreenderem melhor as trocas térmicas que envolvem os sistemas de coberturas e projetarem construções adequadas ao clima, propiciando um ambiente interno mais confortável, com o mínimo de consumo energético..

(32) 29. 1.1 OBJETIVOS. 1.1.1 Objetivo geral. Realizar um estudo comparativo do desempenho térmico dos sistemas de coberturas mais usuais de edificações multifamiliares na Zona Bioclimática Brasileira 2 (ZB 2), bem como sua influência no comportamento térmico dos edifícios com condicionamento natural e o consumo energético anual com condicionamento artificial.. 1.1.2 Objetivos específicos. A pesquisa tem os seguintes objetivos específicos: •. Verificar o desempenho térmico do sistema de cobertura de uma. edificação multifamiliar comumente construída na cidade de Santa Maria/RS; •. Avaliar a influência do sistema de cobertura no comportamento térmico. da edificação condicionada naturalmente com o emprego de telhas usuais na região; •. Analisar e comparar alternativas de composições de coberturas que. melhorem as condições térmicas internas do último pavimento da edificação diante de situações específicas no verão e durante o inverno; •. Avaliar a influência do sistema de cobertura no consumo energético. anual do último pavimento do edifício com condicionamento artificial.. 1.2 JUSTIFICATIVA. Os estudos sobre a influência do sistema de cobertura no comportamento térmico das edificações ainda são incipientes no país. Grande parte do conhecimento. da. área. originou-se. de. pesquisas. realizadas. em. países. industrializados, ou seja, locais que apresentam contextos climáticos e socioculturais bem diferentes da realidade brasileira. Grande parcela das pesquisas recentes sobre coberturas brasileiras analisa telhados verdes ou realiza comparações entre telhas e materiais de isolamento, contudo, a maior parte delas considera outras zonas bioclimáticas e não a ZB 2, estudada neste trabalho. Em sua dissertação, Rotta (2009) avaliou o desempenho térmico de conjuntos habitacionais populares na.

(33) 30. cidade de Santa Maria, em variados pavimentos e orientações solares. Por meio das medições, a autora concluiu que o efeito exercido pela cobertura no último pavimento teve maior influência que a orientação solar dos prédios nos resultados obtidos de variação da temperatura interna, amplitude e amortecimento térmico. Nesse sentido, o trabalho tem o intuito de ampliar o conhecimento sobre a influência do sistema de cobertura no desempenho e no comportamento térmico do último pavimento de edificações multifamiliares localizadas na ZB 2. Essa zona bioclimática, apesar de registrar temperaturas amenas no inverno, possui verão rigoroso e temperatura média anual de 27,5°C. Por isso, pretende-se fornecer subsídios para que os profissionais da construção civil projetem habitações mais confortáveis e mais eficientes do que as atuais.. 1.3 ESTRUTURA DA DISSERTAÇÃO. Esta dissertação é apresentada em cinco capítulos, com a abordagem dos assuntos conforme descrição a seguir. O capítulo 1 apresenta a introdução sobre o assunto, os objetivos a serem alcançados e a justificativa do estudo. No capítulo 2 é apresentada a fundamentação teórica para o desenvolvimento do trabalho, na qual são abordados as análises e os métodos de desempenho térmico, bem como as questões referentes às trocas térmicas em coberturas. O capítulo 3 apresenta a metodologia empregada na pesquisa e a descrição de suas etapas, detalhando a caracterização da área e do período de estudo, os métodos usados na verificação do desempenho térmico e as variáveis do sistema de cobertura exploradas para a análise do comportamento térmico do último pavimento da edificação. No capítulo 4, por sua vez, são apresentados e discutidos os resultados obtidos com a aplicação da metodologia, tendo como suporte figuras, tabelas e gráficos comentados. O capítulo 5, por fim, apresenta as conclusões obtidas na pesquisa e sugestões para futuros trabalhos..

(34) 31. 2 REVISÃO DE LITERATURA. As informações apresentadas neste capítulo, provenientes de pesquisas já realizadas na área, buscam subsidiar as bases teóricas sobre o tema. Os assuntos estão direta ou indiretamente relacionados com a influência do sistema de cobertura no comportamento térmico das edificações.. 2.1 GANHOS TÉRMICOS POR MEIO DO FECHAMENTO HORIZONTAL. Nos países tropicais, a cobertura representa um fechamento de grande importância no que diz respeito ao ganho térmico das edificações, principalmente nas construções térreas e no último pavimento dos prédios, superfície mais exposta à radiação solar. O acréscimo na temperatura interna dos ambientes é ainda mais perceptível nos casos de coberturas com telhas aparentes, ou seja, quando não há uma câmara de ar isolada entre as telhas e os compartimentos das edificações, independentemente de serem feitas com forro ou com laje. A cobertura é o elemento de uma edificação mais exposto à incidência dos raios solares. Da radiação total incidente, parte é refletida para o exterior e parte é absorvida pelo material, sendo emitida para o interior da cobertura em forma de calor. Com relação ao calor acumulado nas telhas, uma parcela é perdida por convecção para o ambiente externo e a outra aquece a câmara de ar, também conhecida como ático. No interior do ático, ocorrem os fenômenos de radiação e de convecção para transferência de calor das telhas para a superfície do forro. Logo, o forro absorve parte deste calor e o transfere para o interior da edificação, conforme ilustra a Figura 1. A quantidade de calor trocada na unidade de tempo (kcal/h), em qualquer um dos processos, recebe o nome de fluxo térmico. Armelin e Cherry (2004) analisaram o comportamento térmico de coberturas com telhas de cerâmica, concreto e fibrocimento. Os resultados da instrumentação indicaram que a superfície da telha atinge temperaturas acima de 60ºC e que o calor entra na habitação por meio dos processos de radiação térmica (89%), convecção (11%) e condução, sendo este último quase desprezível quando comparado aos anteriores. Os testes realizados em aparatos construídos para simular as coberturas usuais brasileiras também mostraram que o uso de ventilação na cobertura reduziu em 13% o fluxo de calor por meio do fechamento horizontal, já o uso de ventilação.

(35) 32. juntamente com uma barreira de radiação na cobertura reduziu em 80% o fluxo de calor pelo aparato. Figura 1 – Fenômenos de transferência de calor em uma cobertura.. Fonte: (MICHELS, 2007, p. 20).. Devido ao ganho de calor pela cobertura, é comum os moradores de edifícios multifamiliares relatarem que o apartamento do último pavimento é mais quente que os demais. Por isso, esta pesquisa busca encontrar formas de minimizar o fluxo térmico decorrente do fechamento horizontal nesta tipologia de edificação. Na região central do Estado do Rio Grande do Sul, são muito usadas em prédios multifamiliares as telhas de fibrocimento, cerâmica e metálica. As telhas de fibrocimento são comumente empregadas em edifícios de baixa renda, por possuírem um custo menor que as outras duas citadas. As telhas de concreto, por sua vez, são mais utilizadas em residências do que em edifícios.. 2.1.1 Propriedades térmicas dos materiais opacos. As trocas térmicas que ocorrem entre os ambientes internos e externos de uma edificação, entre os vários processos de transferência de calor, são diretamente influenciadas pelas propriedades termofísicas dos materiais de acabamento. Por isso, o projetista deve ter conhecimento das propriedades dos materiais e prevê-los de acordo com a utilização da edificação, o clima do entorno e o conforto térmico dos usuários..

(36) 33. De acordo com o Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia (INMETRO, 2012), a envoltória constitui o conjunto de planos que separam o ambiente interno do externo, motivo pelo qual tem uma grande influência no desempenho térmico da edificação. Lamberts, Dutra e Pereira (2014) declaram que à envoltória cabe a função de servir como elemento regulador das condições ambientais, admissão de luz e sol, ganho e perda de calor e renovação do ar. Segundo Modest (1993), a transferência de energia térmica na superfície dos materiais é muito influenciada pela quantidade de elétrons livres. Os materiais considerados como bons condutores normalmente possuem muitos elétrons livres, como é o caso dos metais. Na construção civil, pode-se dizer que a maioria dos materiais não é de natureza metálica (reboco, pintura, concreto, madeira, etc.), o que colabora para que absorvam a energia térmica e posteriormente a irradiem para os ambientes internos. A capacidade que um fechamento tem de armazenar calor e liberá-lo depois de algum tempo, em função da qual pode ocorrer a diminuição de amplitude das temperaturas internas no ambiente construído, chama-se inércia térmica. A inércia térmica está associada a dois fenômenos relevantes: o retardo ou atraso térmico e o amortecimento da onda de calor. A NBR 15.220-1 (ABNT, 2005a) expõe que o retardo ou atraso térmico consiste no 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. Simplificando a descrição, pode-se dizer que o atraso térmico indica o tempo necessário para uma onda térmica atravessar um componente construtivo. Para se projetar uma edificação confortável e sustentável, é necessário conhecer as propriedades dos elementos que a influenciam. As propriedades mais abordadas no presente estudo foram: absortância solar, condutividade térmica, resistência térmica e transmitância térmica. A absortância solar (α) significa a capacidade que um material tem de absorver a radiação solar nele incidente. Este valor é adimensional e pode ser expresso como um número entre zero e um ou na forma de porcentagem. Já a refletância (ρ) significa o contrário, a capacidade de refletir a radiação solar. Nos materiais opacos, a soma das duas variáveis é igual a 1 (α+ρ=1). Bretz e Akibari (1997) concluíram que a refletância dos telhados diminui aproximadamente 15% no primeiro ano de utilização, justificando a necessidade de atentar para a utilização de.

(37) 34. materiais com alto índice de refletância. Segundo Lamberts, Dutra e Pereira (2014), os materiais de construção são seletivos quando expostos à radiação de ondas curtas (radiação solar) e o principal fator determinante destas é a sua cor superficial. Tons escuros variam sua absortância entre 0,7 a 0,9, tons médios, entre 0,5 a 0,7 e tons claros, entre 0,2 a 0,5. A condutividade térmica (λ) representa a capacidade de conduzir maior ou menor quantidade de calor por unidade de tempo (W/m.K). Quanto maior for o valor da condutividade térmica, maior será o valor de calor transferido entre as superfícies. De acordo com Costa (1991), os materiais isolantes térmicos são normalmente porosos e sua resistência térmica deve-se à baixa condutividade térmica do ar contido em seus vazios. Portanto, quanto menor a densidade do material, maior seu número de poros e maior seu potencial de isolamento. Ao contrário da condutividade térmica, a resistência térmica (R) expressa a dificuldade do material à passagem de calor. A resistência é o quociente entre a espessura do material (e) e sua condutividade (λ), dada pela Equação 1.. 𝑅=. 𝑒 λ. (1). Quando os fechamentos possuem camadas heterogêneas, a resistência térmica total (RT) será o somatório do conjunto de resistências térmicas correspondentes às camadas dos componentes,. incluindo. as. resistências. superficiais da camada de ar interna (Rsi) e a externa (Rse). Essas duas resistências dependem, entre outros fatores, da direção do fluxo de calor. A RT é dada pela Equação 2 (ABNT, 2005b). 𝑅𝑇 = 𝑅𝑆𝐼 + 𝑅𝑡 + 𝑅𝑆𝐸. (2). No caso de as coberturas das edificações possuírem câmaras de ar, estas também representam uma resistência térmica no conjunto. Para determinar o seu valor, a NBR 15.220-2 (ABNT, 2005b) considera sua espessura e a emissividade de sua superfície. Transmitância térmica (U) é definida como o fluxo de calor que, na unidade de tempo e por unidade de área, passa através do componente. Quanto menor a.

(38) 35. transmitância do material, maior o isolamento que ele oferece. A transmitância é o inverso da resistência térmica, conforme a Equação 3.. U=. 1 W⁄(m2 . K) 𝑅𝑇. (3). 2.1.2 Resistência térmica da câmara de ar. No sistema de cobertura de uma edificação, a câmara de ar (ou ático) corresponde à quantidade de ar isolado entre as telhas e os compartimentos da edificação e representa uma resistência importante para a passagem de calor externo até o ambiente interno. A passagem do fluxo térmico das telhas até o interior da edificação, no caso da existência do ático, depende basicamente de sua espessura e das características das superfícies que a envolvem. Para Lamberts et al. (2005), a resistência térmica do forro rege a condução de calor para dentro da edificação. Experimentos realizados por Valentin (1981) demostraram que o uso do forro atenuou bastante a temperatura efetiva máxima em coberturas de fibrocimento e cerâmicas. Isso ocorre porque o forro tende a uniformizar as condições de conforto térmico nos ambientes, independentemente do material da cobertura. Além disso, forros com materiais isolantes e ventilados podem contribuir ainda mais para o conforto interno das edificações. Dimoudi, Androutsopoulos e Lykoudis (2006) realizaram uma série de ensaios sobre a ventilação dos elementos de cobertura em escala sob condições reais do tempo na Grécia. A análise dos resultados experimentais comprovou que o desempenho térmico de telhados ventilados é muito superior ao de telhados não ventilados. Durante o dia, a temperatura da laje superior do telhado não ventilado chegou a ser de 1 a 3 Kelvins maior que a temperatura da laje com telhado ventilado. Sobre esse mesmo aspecto, Ciampi, Leccese e Tuoni (2005) comentam que a economia de energia pode ser maior do que 30% se compararmos um telhado ventilado com outro não ventilado no período de verão. Santos et al. (2012) avaliaram o desempenho térmico e o conforto de um conjunto habitacional horizontal em João Pessoa/PB (ZB 8) e notaram que, entre as residências analisadas, a casa que teve um forro de PVC adicionado à cobertura.

(39) 36. apresentou temperaturas mais baixas ao longo do dia, porém, mais altas que as das outras casas no período da noite. Os autores explicam que a ausência de ventilação na câmara de ar propiciou que ela acumulasse calor durante o dia e o emitisse para o interior da casa durante a noite e a madrugada. Logo, considerando-se esses e outros trabalhos no mesmo segmento, conclui-se que a presença de uma câmara de ar ventilada nas coberturas das edificações é muito importante para a melhora natural do conforto térmico de edificações climatizadas, principalmente nos períodos quentes do ano.. 2.1.3 Isolantes térmicos. Qualquer bibliografia classifica os materiais isolantes térmicos como aqueles que reduzem a transferência de calor por condução, ou seja, isolantes resistivos, e aqueles que reduzem as trocas de calor por radiação, que são os isolantes refletivos e as barreiras radiantes (VITTORINO; SATO; AKUTSU, 2003). “A finalidade precípua da isolação térmica é dificultar, reduzir e minimizar a transferência de calor entre dois sistemas físicos que se encontram em níveis diferentes de temperatura” (TORREIRA, 1980, p. 111). Segundo Torreira (1980), o isolamento térmico visa à economia de energia, à estabilidade operacional e ao conforto térmico, evita a condensação e protege a estrutura. O isolamento térmico consiste na utilização de materiais ou sistemas que imponham resistência à transmissão de calor, reduzam sua velocidade e diminuam sua quantidade por unidade de tempo. É necessário ter conhecimento das propriedades mecânicas e térmicas dos materiais para sua escolha, bem como ser coerente com o fluxo de calor que pretende evitar. Torreira (1980) afirma que o coeficiente de condutibilidade térmica de qualquer material isolante aumenta com a elevação da umidade, isto é, ele deve ser mantido o mais seco possível. Costa (2015) defende que, para ser definida a espessura do material isolante, devem ser obedecidos três critérios: temperatura superficial, fluxo limite e econômico. O critério da temperatura superficial estabelece que a espessura do material deve evitar a condensação superficial, ou seja, que a temperatura da superfície da parede não deve ser inferior à temperatura de orvalho do ambiente. O critério do fluxo limite define a espessura por meio da especificação do fluxo máximo e da diferença de temperatura desejada entre os dois meios, sendo esta última a.

(40) 37. principal causa da condensação superficial. Já o critério econômico normalmente tem grande importância nos orçamentos de obras, pois, quanto mais espesso for o isolamento, menores as trocas térmicas e mais caro será o material. Costa (2015) também afirma que o investimento econômico vantajoso será aquele no qual a soma do custo anual das perdas térmicas e do custo anual de amortização do material isolante seja o menor possível. O diagrama a seguir (Figura 2) é usado na determinação gráfica da espessura de isolamento econômico. Figura 2 – Diagrama usado para determinação da espessura do isolamento térmico.. Fonte: (COSTA, 2015, p. 123).. Al-Homoud (2005) classifica os materiais usualmente encontrados nas residências em três grupos: materiais inorgânicos, orgânicos e metálicos (ou membranas refletivas). No primeiro grupo, estão os materiais fibrosos e celulares, formados por fibra de vidro e lã de rocha, silicato de cálcio e vermiculite. O segundo grupo inclui materiais fibrosos e celulares, formados por celulose, algodão, madeira, fibras sintéticas, poliestireno, poliuretano e outros polímeros. No terceiro grupo, estão as mantas formadas por material de baixa emissividade..

(41) 38. 2.3.1.1 Isolante térmico resistivo. Os isolantes térmicos resistivos reduzem a transferência de calor da cobertura para a edificação por meio da condução. A resistência térmica destes materiais é devida, principalmente, à baixa condutividade térmica do ar confinado entre as fibras ou nas células formadas no processo de expansão das espumas e dos isolantes granulares. De acordo com Vittorino, Sato e Akutsu (2003), entre os isolantes resistivos tradicionais, estão as mantas e os painéis constituídos de fibras minerais ou fibras orgânicas flexíveis, as espumas plásticas rígidas de poliestireno expandido ou poliuretano, os flocos de lãs minerais e a vermiculita expandida ou perlita em grânulos.. 2.3.1.2 Barreiras radiantes. As barreiras radiantes reduzem a transmissão de calor por meio da radiação, por serem feitas com materiais altamente reflexivos e apresentarem baixa emissividade. Elas são muito utilizadas para restringir a transferência de calor entre as telhas e o interior das edificações (com ou sem forro). Segundo Michels (2007), o material habitualmente utilizado para este fim é o alumínio aplicado em um ou nos dois lados da manta. Com o intuito de torná-lo mais resistente, o alumínio pode ser aplicado em conjunto com outros materiais. Vários estudos nos Estados Unidos, na Arábia Saudita e na França mostraram o efeito que o uso de barreiras radiantes gera na transferência de calor das coberturas para o ambiente interno de edificações (MIRANVILLE et al., 2003; CHEIKH, BOUCHAIR, 2004; AL-HOMOUD, 2005; SOUBDHAN, FEUILLARD, BADE, 2005; MEDINA, 2006). Alguns trabalhos desenvolvidos no Brasil também exploraram este tema, tais como Vecchia (2001), Vittorino, Sato e Akutsu (2003), Güths e Paghi (2004), Daré (2005), Jahnke (2006) e Michels (2007). Um estudo realizado por Vittorino, Sato e Akutsu (2003), no Instituto de Pesquisas Tecnológicas (IPT), em São Paulo, avaliou as alterações das propriedades das barreiras radiantes em condições reais de uso. Os resultados obtidos nas medições antes e após a exposição da barreira ao uso mostraram que houve uma elevação do valor inicial de sua emissividade, passando da ordem de 0,12 para 0,40. Tal fato indica que, em um período relativamente curto, o acúmulo.