NBR 16655-3 Cálculo de Carga Térmica Residencial

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Instalação de sistemas residenciais

de ar-condicionado —

Split Split

e compacto

Parte 3: Método de cálculo da carga térmica residencial

APRESENTAÇÃO

APRESENTAÇÃO 1)

1) Este Projeto foi elaborado pela Comissão de Estudo de Equipamentos de Expansão DiretaEste Projeto foi elaborado pela Comissão de Estudo de Equipamentos de Expansão Direta

Divididos (CE-055:002.005) do Comitê Brasileiro de Refrigeração, Ar-condicionado, Ventilação

e Aquecimento (ABNT/CB-055), com número de T

e Aquecimento (ABNT/CB-055), com número de Texto-Base 055:002.005-001/3, exto-Base 055:002.005-001/3, nas reuniões de:nas reuniões de:

1 199..0022..22001144 1199..0033..22001144 1166..0044..22001144 2 211..0055..22001144 1188..0066..22001144 1166..0077..22001144 1 100..0088..22001144 1177..0099..22001144 2222..1100..22001144 19.11.2014 19.11.2014 2255..0022..22001155 2255..0022..22001155 25.03.2015 25.03.2015 29.04.201529.04.2015 27.05.201527.05.2015 24.06.2015 24.06.2015 22.07.201522.07.2015 26.08.201526.08.2015 28.10.2015 28.10.2015 25.11.201525.11.2015 24.02.201624.02.2016 2 233..0033..22001166 2255..0055..22001166 2222..0066..22001166 27.07.2016 27.07.2016 28.09.201628.09.2016 09.06.201709.06.2017 a)

a) não não tem tem valor normativo.valor normativo.

2)

2) Aqu Aqueleeles s que que titiververem em conconhechecimeimento nto de de quaqualqulquer er dirdireiteito o de de patpatentente e devdevem em aprapreseesentntar ar estestaa

informação em seus

informação em seus comentários, com documentação comprobatória.comentários, com documentação comprobatória.

3)

3) Tomaram parte na elaboração deste Projeto:Tomaram parte na elaboração deste Projeto:

Participante Representante

ABR

ABRAVAVA/A/ABNABNT/T/CB-CB-055055 OsOswalwaldo do de de SiqSiqueiueira ra BueBuenono

ABN

ABNT/T/CB-CB-055055 ClaClara ra LúcLúcia ia HerHernannandes des M. M. BasBastotoss

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FAAMM//MMIITTSSUUBBIISSHHII MMáárrcciio o CCaammaarrggoo

T

Todos os direitos reservados. odos os direitos reservados. Salvo disposição em contrário, nenhuma Salvo disposição em contrário, nenhuma parte desta publicação pode parte desta publicação pode ser modicadaser modicada

ou utilizada de outra forma que altere seu conteúdo. Esta publicação não é um documento normativo e tem

apenas a incumbência de permitir uma consulta prévia ao assunto tratado. Não é autorizado postar na internet

ou intranet sem prévia

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F FRRIIGGEELLAARR CCiidda a CCoonnttrreerraa F FRRIIGGEELLAARR EEdduuaarrddo o RRoossaallees s MMaacchhaaddoo P POOLLIIPPEEXX AAnnddrré é DDiicckkeerrtt T TOONNAARRE E EENNGGEENNHHAARRIIAA JJoossé é RReennaatto o VViiaannnnaa S SUUPPOORRTTE E UUNNIIVVEERRSSAALL SSéérrggiio o LLuuiiz z dda a SSiillvva a CCoorrtteezz S SOOSSUUPPOORRTTEE SSéérrggiio o LLuuiiz z PP. . ddoos s SSaannttooss S SOOSSUUPPOORRTTEE KKaarriin n LLiie e KK. . ddoos s SSaannttooss J JCCFFAARRIIA A EENNGGEENNHHAARRIIAA JJooãão o CCaarrlloos s FFaarriiaa 5 5 PPLLAASSTTIICC RRooggeer r BBeecckkeer r VVoollttrriixx H HUULLTTEERR FFeelliippe e SSaanncchheezz M MAASSSSTTIINN GGuuiinntteer r NNiiccoommééddiioo TRANE

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DAIKIN Jefferson MoretoJefferson Moreto

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Instalação de sistemas residenciais

de ar-condicionado —

Split

e compacto

Parte 3: Método de cálculo da carga térmica residencial

Installation of residential air conditioning systems — Split and compact Part 3: Residential heat load calculation method

Prefácio

A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) é o Foro Nacional de Normalização. As Normas Brasileiras, cujo conteúdo é de responsabilidade dos Comitês Brasileiros (ABNT/CB), dos Organismos de Normalização Setorial (ABNT/ONS) e das Comissões de Estudo Especiais (ABNT/CEE), são elaboradas por Comissões de Estudo (CE), formadas pelas partes interessadas no tema objeto da normalização.

Os Documentos Técnicos ABNT são elaborados conforme as regras da ABNT Diretiva 2.

A ABNT chama a atenção para que, apesar de ter sido solicitada manifestação sobre eventuais direitos de patentes durante a Consulta Nacional, estes podem ocorrer e devem ser comunicados à ABNT a qualquer momento (Lei nº 9.279, de 14 de maio de 1996).

Ressalta-se que Normas Brasileiras podem ser objeto de citação em Regulamentos Técnicos. Nestes casos, os órgãos responsáveis pelos Regulamentos Técnicos podem determinar outras datas para exigência dos requisitos desta Norma.

A ABNT NBR 16655-3 foi elaborada no Comitê Brasileiro de Refrigeração, Ar-condicionado, Ventilação e Aquecimento (ABNT/CB-055), pela Comissão de Estudo de Equipamentos de Expansão Direta Divididos (CE-055:002.005). O Projeto circulou em Consulta Nacional conforme Edital nº XX, de XX.XX.XXXX a XX.XX.XXXX.

A ABNT NBR 16655, sob o título geral “Instalação de sistemas residenciais de ar-condicionado – Split e compacto”, tem previsão de conter as seguintes partes:

— Parte 1: Projeto e instalação;

— Parte 2: Procedimento para ensaio de estanqueidade, desidratação e carga de uído frigoríco; — Parte 3: Método de cálculo da carga térmica residencial.

O Escopo em inglês desta Norma Brasileira é o seguinte:

Scope

This Part of ABNT NBR 16655 presents a simplied procedure thermal load calculation of air conditioning for residential installations, which can be used in a spreadsheet with the following objectives:

(4)

b) advise clients in actions to reduce the need for coolingheating, for example, glass with heat treatment and reection or absorption of solar radiation;

c) estimate the power point required and check if it is compatible with the available installation. The simplied procedure allows the thermal load of the estimate of a unique environment in the case of two or more environments the calculation must be repeated with the characteristics of each environment.

This is recommeded the use of computer programs available for thermal load calculation, and must complete the calculation in the case of plants with repetitive environments or environments multiple and repetitive residences for different families (apartments).

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Introdução

O aumento da base instalada de equipamentos de ar-condicionado residencial em operação, trouxe como consequência um aumento na demanda e no consumo de energia elétrica, com risco de sobre carga no sistema de geração e de distribuição. O cálculo da carga deve permitir a escolha de equi -pamentos com a capacidade correta, evitando o superdimensionamento na escolha do equipamento com um aumento desnecessário do consumo da energia elétrica.

Somente como informação, se trabalha com uma carga de refrigeração típica de 6 m2_{/kW de área de}

piso por potência de refrigeração em kW (21 m2/tr) sendo que a meta em países mais desenvolvidos é de 9 m2/kW (32 m2/tr). Uma vez denida a capacidade de refrigeração, podemos estimar a demanda de alimentação elétrica de 1,25 kW/tr e a demanda elétrica de 0,35 kW para uma demanda de refrigeração de 1 kW, ou seja, um coeciente de desempenho COP de 2,9 kW de refrigeração por kW elétrico.

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Instalação de sistemas residenciais

de ar-condicionado —

Split

e compacto

Parte 3: Método de cálculo da carga térmica residencial

1 Escopo

Esta Parte da ABNT NBR 16655 apresenta um procedimento simplicado de cálculo de carga térmica de ar-condicionado para instalações residenciais, com os seguintes objetivos:

a) a partir das informações do cliente, calcular os parâmetros de capacidade de refrigeração e aque -cimento;

b) orientar o cliente nas ações para redução da necessidade de refrigeração/aquecimento, por exem -plo, vidros com tratamento térmico de reexão e/ou absorção da radiação solar;

c) estimar o ponto de energia elétrica necessário e a sua compatibilidade com o disponível na instalação.

NOTA É recomendável o uso de programas de computador disponíveis para o cálculo de carga térmica: sendo obrigatório o cálculo completo no caso de instalações com ambientes repetitivos ou os ambientes residenciais múltiplos e repetitivos para diferentes famílias (apartamentos).

2 Referências normativas

Os documentos relacionados a seguir são indispensáveis à aplicação deste documento. Para referên -cias datadas, aplicam-se somente as edições citadas. Para referên-cias não datadas, aplicam-se as edições mais recentes do referido documento (incluindo emendas).

ABNT NBR 15575-1,Edicações habitacionais – Desempenho – Parte 1: Requisitos gerais

ABNT NBR 16401-1, Instalações de ar-condicinado – Sistemas centrais e unitários – Parte 1: Projetos das instalações

ABNT NBR 16401-2, Instalações de ar-condicionado – Sistemas centrais e unitários – Parte 2: Parâmetros de conforto térmico

3 Termos e denições

Para os efeitos deste documento, aplicam-se os seguintes termos e denições.

3.1

diferença de temperatura da carga de resfriamento

(CLTD Cooling load temperature differences)

diferença da temperatura usada no cálculo de transmissão de calor por superfícies opacas, que leva em consideração a resistência térmica à transmissão do calor, sua inércia térmica, o efeito do sol e a diferença da temperatura interna e externa

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3.2

fator de carga de resfriamento

(CLF cooling load factor )

fator que corrige os valores de carga térmica em função do efeito de retardamento da incidência do calor da radiação emitida por equipamentos, iluminação pessoas devido a sua temperatura de superfície e da radiação solar

NOTA O fator é adimensional.

3.3

fator de ganho de calor por insolação

(SHGF Solar heating gain factor )

potência de insolação especíca que considera a latitude e o período do ano para a incidência máxima da radiação solar em superfícies transparentes

NOTA O fator é expresso em watts por metro quadrado (W/m2).

3.4

fator de sombreamento

(SC Shade cooling load factors)

fator que corrige a radiação solar transmitida para o ambiente em função de características físicas do vidro, como espessura, característica ótica de reexão ou absorção e forma construtiva de vidro duplo ou fachada dupla

4 Requisitos

4.1 Gerais

A estimativa da carga térmica tem por objetivo avaliar os valores de calor sensível (mudança de temperatura), e de calor latente (mudança da umidade), de um ambiente e desta forma a partir dos valores da carga térmica selecionar o equipamento necessário para manter as condições desejadas. O valor deve ser calculado na condição mais crítica. Recomenda-se não acrescentar fatores de segurança no cálculo da carga térmica, a seleção do equipamento pode ser feita pelo valor aproximado e não necessariamente maior.

4.1.1 Para a estimativa da carga térmica, é necessário:

a) escolher os valores de projeto da temperatura de bulbo seco e a temperatura de bulbo úmido do ar externo em função da latitude e da altitude do local;

b) escolher as temperaturas de projeto do ambiente condicionado adequadas às pessoas em função de sua idade, atividade e roupas;

c) averiguar possíveis condições especiais, como recintos adjacentes não condicionados, insolação, sombreamento externo etc.;

d) escolher os coecientes de transferência de calor das distintas paredes da edicação com base no seu projeto. Paredes que separam ambientes na mesma temperatura devem ser ignoradas. Os coecientes de transmissão de calor para inverno (aquecimento) e para verão (resfriamento) podem ser diferentes;

e) com base nas características construtivas da edicação, no programa de operação do sistema, nos valores de projeto da velocidade do vento e da diferença de temperatura. Estimar a taxa de inltração (parcela não controlada), conforme ABNT NBR 15575-1 e/ou de ventilação com ar externo, conforme 4.4;

(8)

f) determinar as características adicionais da edicação, como: localização, orientação, sombrea-mento externo e massa, as quais afetam o ganho de calor por insolação;

g) com base nas características construtivas da edicação e nas condições de projeto determinar as diferenças de temperatura para a carga de refrigeração, fatores de ganho de calor por insolação e fatores de carga de refrigeração apropriados;

h) determinar a taxa de transferência de calor para o recinto em função dos coecientes de transfe-rência de calor, áreas e diferenças de temperatura, previamente calculados;

i) para espaços com geração interna de calor (luzes, equipamentos, pessoas etc.) aplicar os fatores de carga de refrigeração quando necessário e as programações de uso.

4.1.2 O processo de cálculo da carga térmica a ser empregado é o da carga de resfriamento pela diferença de temperatura (CLTD) [1], fatores de carga de resfriamento solar (SCL) [1] e fatores de

carga térmica Interna [1] que é o processo que melhor se aplica para o cálculo manual.

4.2 Escolha dos valores de projeto da temperatura de bulbo seco e temperatura de bulbo úmido, do ar externo

4.2.1 Os valores de temperatura e de umidade do ar externo devem ser escolhidos conforme a ABNT NBR 16401-1.

Caso não seja encontrada a cidade ou o local da instalação, pode ser usado um valor por aproximação ou de referência.

4.2.2 A Tabela 1 apresenta as condições de verão de sete cidades do Brasil e dois valores de referência.

Tabela 1 –Condições de temperatura e umidade do ar externo para o verão

Cidade Altitude m Temperatura máxima de bulbo seco °C Temperatura de bulbo úmido coincidente °C Umidade absoluta kg de vapor /kg ar seco Volume especíco m3/kg Entalpia kJ/kg Belém 16 33,2 25,9 0,018 2 0,895 79,87 Brasília 1 060 32,2 17,1 0,008 2 0,995 53,32 Porto Alegre 3 34,7 24,6 0,018 6 0,898 82,43 Recife 10 34,0 27,1 0,019 9 0,899 85,20 Rio de Janeiro 3 34,1 25,2 0,016 6 0,894 76,72 São Paulo 802 32,1 20,4 0,011 7 0,970 62,29 Teresina 67 38,2 23,5 0,012 3 0,907 69,95 Referência 1 50 35 25 0,016 0 0,901 76,13 Referência 2 750 35 25 0,017 8 0,982 80,78

(9)

4.2.3 A Tabela 2 apresenta as condições de inverno de sete cidades do Brasil e dois valores de referência.

Tabela 2 – Condições de temperatura e umidade do ar externo para o inverno

Cidade Altitude m Temperatura mínima de bulbo seco °C Ponto de orvalho °C Umidade absoluta kg de vapor /kg ar seco Volume especíco m3/kg Entalpia kJ/kg Belém 16 22,8 20,8 0,015 7 0,861 62,79 Brasília 1 060 10 1,2 0,004 7 0,918 21,84 Porto Alegre 3 3,9 1,1 0,004 1 0,790 14,18 Recife 10 21,8 18,2 0,013 1 0,854 55,23 Rio de Janeiro 3 16,2 11,9 0,008 7 0,832 38,23 São Paulo 802 8,9 3,9 0,005 5 0,887 22,80 Teresina 67 21,9 12,9 0,009 3 0,855 45,75 Referência 1 50 10 5 0,005 4 0,814 23,74 Referência 2 750 5 2 0,004 8 0,869 17,01

NOTA Os valores de referência podem ser usados em caso de dúvida da cidade equivalente em termos de clima. 4.3 Escolha das temperaturas de projeto do ambiente condicionado

A escolha das temperaturas de projeto do ambiente condicionado deve ser adequada às pessoas em função de sua idade, atividade e roupas, conforme a ABNT NBR 16401-2.

Se necessário, podem ser adotadas as condições de referência apresentadas nas Tabelas 3 e 4.

Tabela 3 –Condições das temperaturas internas de referência para o verão

Ar interno Altitude m Temperatura de bulbo seco °C Umidade relativa % Pressão atmosférica kPa Umidade absoluta kg/kg Volume especíco m3/kg Entalpia kJ/kg Condição 1 50 24,0 50,0 100,73 0,009 4 0,860 47,92 Condição 2 50 26,0 50,0 100,73 0,010 6 0,867 53,03 Condição 3 500 24,0 50,0 95,46 0,009 9 0,908 49,25 Condição 4 500 26,0 50,0 95,46 0,011 2 0,916 54,54 Condição 5 750 24,0 50,0 92,63 0,010 2 0,936 50,03 Condição 6 750 26,0 50,0 92,63 0,011 5 0,944 55,43 Condição 7 1 000 24,0 50,0 89,87 0,010 5 0,965 50,84 Condição 8 1 000 26,0 50,0 89,87 0,011 9 0,974 56,34

NOTA As condições de temperatura de bulbo seco de 26 °C são consideradas como valores para instalações de menor custo inicial e operacional (energia elétrica) sem a perda do conforto.

(10)

Tabela 4 –Condições das temperaturas internas de referência para o inverno Ar interno Altitude m Temperatura de bulbo seco °C Umidade relativa % Pressão atmosférica kPa Umidade absoluta kg/kg Volume especíco m3/kg entalpia kJ/kg Condição 1 50 18,0 50,0 100,73 0,006 4 0,838 34,40 Condição 2 50 20,0 50,0 100,73 0,007 3 0,845 38,63 Condição 3 500 18,0 50,0 95,46 0,006 8 0,885 35,31 Condição 4 500 20,0 50,0 95,46 0,007 7 0,893 39,67 Condição 5 750 18,0 50,0 92,63 0,007 0 0,912 35,84 Condição 6 750 20,0 50,0 92,63 0,008 0 0,920 40,27 Condição 7 1 000 18,0 50,0 89,87 0,007 2 0,941 36,39 Condição 8 1 000 20,0 50,0 89,87 0,008 2 0,949 40,90

NOTA As condições de temperatura de bulbo seco de 18 °C são consideradas como valores para instalações de menor custo inicial e operacional (energia elétrica), sem a perda do conforto.

4.4 Recintos adjacentes

Para recintos adjacentes não condicionados considerar a temperatura de bulbo seco conforme a seguir: a) no verão, a temperatura de bulbo seco é 3 °C acima da temperatura de bulbo seco do ar externo

no verão;

b) no inverno, a temperatura de bulbo seco é 3 °C acima da temperatura de bulbo seco do ar externo no inverno.

4.5

Renovação e inltração de ar

4.5.1 Com base nas características construtivas da edicação, vedação de janelas e portas, nos valores de projeto da velocidade do vento e da diferença de temperatura, estimar a taxa de inltração e ou de ventilação com ar externo. Este valor corresponde à parcela não controlada, do ar externo, conforme ABNT NBR 15575-1.

NOTA Considerar, no mínimo o valor recomendado de 1 L/s.m2_{(3,6 m}3_/h.m2_{) para cada ambiente residencial.}

4.5.2 A carga térmica do ar externo é calculada pelas Equações a seguir:

4.5.2.1 A vazão de ar em volume inltrado ou de renovação deve ser calculada conforme Equação 1.

Qae= Qinf · A (1)

onde

Qae é a vazão de ar externo, expresso em metro cúbico por hora (m3/h);

Qinf é a vazão de ar externo inltrado ou de renovação expresso em metro cúbico por hora (m3/h)

por metro quadrado de piso (m2 de piso);

(11)

4.5.2.2 A vazão em massa de ar inltrado ou de renovação é calculada conforme Equação 2.

mae =(Qae).(1/3 600). ρ (2)

onde

mae é a vazão em massa de ar externo, expressa em quilograma por segundo (kg/s); Qae é a vazão em volume de ar externo, expressa metro cúbico por hora (m3/h);

1 h/3 600 s é a transformação de metros cúbicos por hora em metros cúbicos por segundo (m3/h em m3/s);

ρ é a massa especíca do ar externo, expressa em quilograma por metro cúbico (kg/m3).

4.5.2.3 Para o cálculo da carga de ar externo, deve-se considerar: a) o calor sensível calculado conforme a Equação 3:

qsae = qt ae – ql ae (3)

onde

qsae é o calor sensível do ar externo, expresso em watts (W); qt ae é o calor total, expresso em watts (W);

ql ae é o calor latente, expresso em watts (W).

b) o calor total do ar externo é calculado conforme a Equação 4:

qt ae =mae·(hae – hamb) (4)

onde

mae é a vazão em massa de ar externo, expressa em quilograma por segundo (kg/s); hae é a entalpia do ar externo, expressa em quilo joule por quilograma (kJ/kg);

hamb é a entalpia do ar do ambiente, expressa em quilo joule por quilograma (kJ/kg).

c) o calor latente do ar externo, é calculado conforme a Equação 5.

ql ae =mae·hlv·(W ae – W amb) (5)

onde

m_ae é a vazão em massa de ar externo, expressa em quilograma por segundo (kg/s);

hlv é o calor latente de vaporização da água 2 501 kJ/kg, expresso em quilo joule por quilograma

(kJ/kg);

W ae é a umidade absoluta do ar externo, expressa em quilograma por quilograma (kg/kg); W amb é a umidade absoluta do ar do ambiente, expressa em quilograma por quilograma (kg/kg).

(12)

4.6

Coecientes de transmissão de calor por superfícies opacas (paredes, pisos, lajes

e telhados)

As opções de arranjo dos materiais e de suas espessuras para a construção de paredes, pisos e lajes e podem ser vericadas nos manuais de cálculo de carga térmica [1].

As opções de arranjo de materiais usuais para o coeciente de transmissão de calor adotadas são apresentadas na Tabela 5.

Tabela 5 – Coecientes de transmissão de calor através de superfícies opacas (paredes,

pisos, lajes e telhados) Elementos de construção – Características físicas Parede

externa Laje externa + espessura ar Laje externa + isolamento Elemento construtivo Espessura m Coeciente de condutibilidade k W/(m.°C) Resistividade térmica (m2_.°C)/W Resistividade térmica (m2_.°C)/W Resistividade térmica (m2_.°C)/W

Filme do ar externo não 0 0,044 0,044 0,044

Reboque + pintura 0,025 0,73 0,034 0 0 Bloco de concreto 0,200 1,04 0,192 0 0 Concreto laje maciça e contrapiso 0,150 1,9 0 0,079 0,079 DrywallGesso 0,070 0,46 0 0,152 0 Vidro 0,006 0,76 0 0 0 Espaço de ar não 0 0 0,160 0 Isolamento 25 mm lã de vidro 0,025 0,032 0 0 0,781 25 Reboque + pintura 0,025 0,73 0,034 0,034 0

Filme do ar interno não 0 0,121 0,121 0

Total 0 0 0,426 0,590 0,904

Tabela 6 –Coecientes de transmissão de calor através de piso, parede interna e janelas

Elemento construtivo

Piso/Laje interna Parede interna Janela externa simples Janela externa cortina Resistividade térmica (m2_.°C)/W Resistividade térmica (m2_.°C)/W Resistividade térmica (m2_.°C)/W Resistividade térmica (m2_.°C)/W Filme do ar externo 0 0 0,044 0,044

Concreto laje maciça e

contrapiso 0,079 0 0 0

Drywall 0 0,152 0 0

Vidro 0 0 0,008 0,016

Espaço de ar (vidro duplo) 0 0 0 0,160

Filme do ar interno 0,242 0,242 0,121 0,121

(13)

4.6.1 No caso dos elementos construtivos não estarem listados nas Tabelas 5 e 6, deve ser calculado conforme [1].

4.6.2 Não pode ser considerada a troca de calor entre ambientes com a mesma temperatura.

4.6.3 Os coecientes de transmissão de calor para inverno (aquecimento) e para verão (resfriamento) podem ser diferentes.

4.7 Cargas de transmissão e de insolação

4.7.1 Para o cálculo do valor de carga térmica por transmissão e por insolação, deve-se considerar as seguintes condições:

a) latitude; b) orientação; c) mês do ano;

d) temperatura de bulbo seco externa e interna; e) horário;

f) características construtivas do edifício;

g) para condições de projeto, determinar as diferenças de temperatura para a carga de refrigeração

CLTD, fatores de ganho de calor por insolação SHGF e fatores de carga de refrigeração CLF

apropriados;

h) determinar as características adicionais do edifício; — localização;

— orientação (norte, leste, sul e oeste);

— sombreamento externo devido a outras construções ou mesmo árvores, as quais afetam o ganho de calor por transmissão.

4.7.2 A Tabela 7 apresenta as diferenças de temperatura em função das condições de transmissão de calor.

Tabela 7 – Diferença de temperatura para a carga de refrigeração CLTD, corrigida às 16 h(continua) Condição Valor de referência °C Cidade Belém, PA °C Brasília, DF °C Porto Alegre, RS °C Rio de Janeiro, RJ °C São Paulo, SP °C Norte 10 11,1 15,2 11,85 11,2 9,95 Nordeste 15 16,1 20,2 16,85 16,2 14,95 Leste 19 20,1 24,2 20,85 20,2 18,95

(14)

Tabela 7(conclusão) Condição Valor de referência °C Cidade Belém, PA °C Brasília, DF °C Porto Alegre, RS °C Rio de Janeiro, RJ °C São Paulo, SP °C Sudeste 20 21,1 25,2 21,85 21,2 19,95 Sul 18 19,1 23,2 19,85 19,2 17,95 Sudoeste 18 19,1 23,2 19,85 19,2 17,95 Oeste 15 16,1 20,2 16,85 16,2 14,95 Noroeste 11 12,1 16,2 12,85 12,2 10,95 Horizontal 24 25,1 29,2 25,85 25,2 23,95 Vidro 8 9,1 13,2 9,85 9,2 7,95

NOTA Os valores de diferença de temperatura para a carga estão corrigidos para os valores de temperatura de bulbo seco interna, de 24 °C e temperatura de bulbo seco externa do local considerado conforme a Tabela 1.

4.7.3 Caso seja necessário corrigir o CLTD (ver 3.1), deve-se utilizar a Equação 6.

CLTDr =CLTD + (25 – TBSp) + (TBSaem – 29) (6)

onde

CLTDr é a diferença de temperatura da carga de resfriamento, expressa em graus Celsius (°C); TBSp é a temperatura de bulbo seco de projeto, expressa em graus Celsius (°C);

TBSaem é a temperatura de bulbo seco média do ar externo ao longo do dia, expressa em graus

Celsius (°C).

4.7.4 Para o cálculo da transmissão de calor por superfícies opacas, deve-se utilizar a Equação 7.

qs_trans = [ A·(CLTDr )]/R (7)

onde

A é a área da superfície, expressa em metros quadrados (m2);

CLTDr é a diferença de temperatura para a carga de resfriamento, expressa em graus Celsius (°C); R é a resistividade térmica da superfície, expressa em metros quadrados, multiplicado por

graus Celsius, dividida por watts (m2.°C)/W.

4.7.5 Para determinar as características adicionais da edicação, os seguintes fatores devem ser observados, por exemplo:

a) localização;

b) orientação (norte, leste, sul e oeste);

c) sombreamento externo devido a outras construções ou mesmo a existência de árvores, as quais afetam o ganho de calor por insolação.

(15)

4.7.6 A Tabela 8 apresenta os fatores de ganho de calor em função da insolação.

Tabela 8 – Fator de ganho de calor por insolação SHGF em W/m2

Cidade

Belém, PA Brasília, DF. Porto Alegre, RS. Rio de Janeiro, RJ. São Paulo, SP. Latitude sul

(º) 1,38 17,87 30,00 22,82 23,62

Mês Janeiro Janeiro Janeiro Janeiro Janeiro

Unidade W/m2 Norte 363 135 204 142 142 Nordeste 634 363 458 555 555 Leste 615 666 678 672 672 Sudeste 243 582 532 407 407 Sul 120 163 128 145 145 Sudoeste 243 582 532 407 407 Oeste 615 666 678 672 672 Noroeste 634 363 458 555 555 Horizontal 820 876 866 877 877

4.7.7 No caso de vidros em janelas ou claraboias, é necessário que a sua transmissibilidade seja redu -zida, diminuindo a carga térmica interna. Os fatores de sombreamento são encontrados na Tabela 9.

Tabela 9 – Carga de insolação – Fator de carga de resfriamento às 16 h

Orientação geográca Fator de carga de resfriamento em função do horário

(adimensional) Norte 0,75 Nordeste 0,20 Leste 0,17 Sudeste 0,22 Sul 0,35 Sudoeste 0,81 Oeste 0,82 Noroeste 0,73 Horizontal 0,58

4.7.8 Determinar a taxa de transferência de calor para o recinto, em função dos coecientes de transferência de calor, áreas, diferenças de temperatura e fator de ganho de calor por insolação, previamente calculados, (ver Tabela 10).

(16)

Tabela 10 – Coecientes de sombreamento (adimensional) para películas protetoras e sombreamento interno (cortinas)

Vidro

6 mm

Simples Simples + cortina Reetivo + cortina

0,87 0,55 0,30

4.7.9 O ganho de calor solar através do vidro é calculado conforme Equação 8.

qs_ins = A·SC ·SHGF ·CLF (8)

onde

A é a área da janela, expressa em metros quadrados (m2); SC é o fator de sombreamento;

SHGF é o fator de ganho de calor por insolação, expresso em watts por metro quadrado (W/m2); CLF fator de carga de resfriamento em função do horário.

4.8 Calor interno

4.8.1 Devem ser consideradas as cargas relativas às pessoas, à iluminação e aos equipamentos, que dissipam calor, ver Tabelas 11, 12 e 13.

Tabela 11 – Carga térmica interna em função de pessoas, iluminação e equipamentos Atividade Calor sensível Calor total CLF

W/pessoa W/pessoa Adimensional

Pessoas sentadas, trabalho leve 75 150 1

Dançando 120 375

---NOTA O calor total de pessoa é igual à soma da parcela de calor sensível e de calor latente.

4.8.2 O cálculo da carga térmica interna de pessoas deve ser feito utilizando as Equações 9 e 10.

qs_pessoas = nºpessoas·cspessoa·CLF (9)

onde

qspessoas é o calor sensível referente às pessoas, expresso em watts (W); n°pessoas é a quantidade de pessoas;

cspessoa é o calor sensível por pessoa, em função da atividade, expresso em watts por pessoa

(W/pessoa);

(17)

ql pessoas=n°pessoas·(ct pessoa – cspessoa) (10)

onde

ql pessoas é o calor latente referente a pessoas, expresso em watts (W); n°pessoas é a quantidade de pessoas;

ct pessoa é o calor total por pessoa, em função da atividade expressa em watts por pessoa (W/

pessoa);

cspessoa é o calor sensível por pessoa em função da atividade expressa em watts por pessoa

(W/pessoa);

CLF é o fator de carga de resfriamento adimensional.

Tabela 12 – Carga térmica interna em função de iluminação

Cargas internas Potência por m2 Fator de carga de resfriamento CLF

Iluminação W/m2 Adimensional

Escritório 12 1

Sala de jantar 23 1

Quartos de dormir 10 1

NOTA Os valores desta Tabela correspondem a uma densidade de potência de iluminação em W/m2. No caso de ser conhecida a potência instalada, recomenda-se a utilização deste valor. Consideram como fator de carga de resfriamento

CLF o valor 1.

4.8.3 A estimativa da potência instalada deve ser calculada conforme Equação 11.

Psilum= A·csilum (11)

onde

Psilum é a potência instalada de iluminação, expressa em watts (W); A é a área de piso expressa em metros quadrados (m2);

csilum é a potência instalada especíca, expressa em watts por metro quadrado (W/m2). 4.8.4 A carga sensível de iluminação deve ser calculada conforme Equação 12.

qsilum=Psilum·CLF (12)

onde

qsilum é a carga sensível de iluminação, expressa em watts (W); P ilum é a potência instalada de iluminação, expressa em watts (W); CLF é o fator de carga de resfriamento adimensional.

(18)

Tabela 13 – Carga térmica interna em função de equipamentos Equipamentos W W/equipamento W Fator de carga de resfriamento CLF Adimensional Carga térmica W Televisão 40 polegadas 250 250 0,8 200 Computador desktop 135 135 0,8 108

NOTA 1 O fator de carga de resfriamento CLF pode ser alterado em função do uso do equipamento considerado.

NOTA 2 No caso de cozinhas conjugadas, há diculdade em função da exaustão de ar da coifa do fogão, bem como a carga térmica dos equipamentos instalados. Recomenda-se consultar [1].

4.8.5 Para calcular a carga sensível de equipamentos, utilizar a Equação 13.

qsequip =Psequip .CLF (13)

onde

qsequip é a carga sensível de equipamentos, expressa em watts (W); P ilum é a potência instalada de equipamentos, expressa em watts (W); CLF é o fator de carga de resfriamento adimensional.

5 Somatória das cargas térmicas de refrigeração

Os valores calculados na Seção 4 devem ser utilizados para o cálculo dos valores de cada carga e somados nas mesmas características do calor sensível, do calor latente e do calor total.

O valor total deve ser usado na seleção do equipamento, neste caso, feito de forma simplicada aten -dendo a carga total em kW. Não podem ser usados coecientes de segurança ou mesmo a escolha com folga.

(19)

Anexo A

(informativo)

Exemplo do cálculo de carga

A.1 Para este Exemplo, é adotado como referência a cidade de São Paulo/SP, em um ambiente de sala de estar, conforme Figura A.1.

NOTA O desenho da Figura A.1 está fora de escala.

Ambiente com ar-condicionado Ambiente com ar-condicionado 6 m Ambiente interno não condicionado Face noroeste com janela contínua + parede _parede Face noroeste com janela contínua+ Corte A - A A _A 2,5 m 1,25 m 1,0 m 0,25 m 10 m Janela com vidro sim les Janela com

vidro sim les

(20)

A.2 O cálculo da transmissão de calor pelas superfícies externas e internas é apresentado nas Tabelas A.2 a A.9.

Tabela A.1 – Descrição do ambiente e suas superfícies

Descrição Característica Comentário

Resistividade térmica

(m2.ºC)/W Paredes

externas

Filme externo do ar + reboque

+ tijolo de cimento + reboque Ver Tabela 5 0,426 Parede

interna

Filme interno do ar + drywall +

lme interno do ar Ver Tabela 6 0,394 Laje superior

e inferior

Filme interno do ar + concreto para laje maciça e contrapiso + lme interno do ar

Ver Tabela 6 0,321 Laje

superior e inferior com isolamento

Filme interno do ar + concreto laje maciça e contrapiso + isolamento de 25 mm de lã de vidro lme interno do ar

Ver Tabela 5 0,904

Janela externa simples

Filme externo do ar + vidro de

6 mm + lme interno do ar Ver Tabela 6 0,173

NOTA As portas não são consideradas.

A.2.1 A temperatura de bulbo seco do ambiente interno não condicionado é igual à temperatura de bulbo seco do ar externo (32,1 °C) + 3 °C – a temperatura de bulbo seco do ar interno (24 °C), neste Exemplo 32,1 + 3 – 24 = 11,1 °C, conforme a Tabela A.2.

Tabela A.2 ‒ Áreas de troca de calor e diferença de temperatura na carga de resfriamento

CLTD em função da orientação e do horário

Parede/janela/laje Dimensão do comprimento da sala de estar m Dimensão da largura da sala de estar m Área m2 Valores conforme Tabela 7 °C Parede noroeste 6 (1,0 + 0,25) = 1,25 7,9 10,95

Janela noroeste – vidro 6 1,25 7,9 7,95

Parede sudeste 6 (1,0 + 0,25) = 1,25 7,9 19,95

Janela sudeste – vidro 6 1,25 7,9 7,95

Parede interna – ambiente

não condicionado 10 2,5 25 32,1 + 3 – 24=11,1

Laje/teto ambiente não

condicionado 6 10 60 32,1 + 3 – 24=11,1

(21)

A.2.2 A Tabela A.3 apresenta o cálculo considerando dois valores de transmissão de calor pelas superfícies externas e internas, expressos em watts (W) conforme a seguir:

a) sem isolamento na laje = 6 153 W;

b) com isolamento na laje = 3 477 W.

Este Exemplo demonstra a necessidade de análise dos valores obtidos e vericação da possibilidade de redução da carga térmica.

Tabela A.3 – Transferência de calor pelas superfícies externas e internas

Parede/janela/laje Resistividade térmica (m2.°C)/W Área m2 Diferença de temperatura da carga de resfriamento (CLTD) ºC Transmissão de calor pelas superfícies externas e internas W Parede noroeste 0,426 7,9 10,95 203

Janela noroeste – vidro --- 7,9 7,95 363

Parede sudeste 0,426 7,9 19,95 370

Janela sudeste – vidro 0,173 7,9 7,95 363

Parede interna,

ambiente não condicionado 0,394 25 11,1 704

Laje/teto,

ambiente não condicionado 0,321 60 11,1 4150

Subtotal sem isolamento --- --- --- 6 153 Laje/teto com isolamento,

ambiente interno não condicionado

0,904

60 11,1 1473

Subtotal com isolamento --- --- --- 3 477

A.2.3 A transmissão de calor por superfícies transparentes é apresentada na Tabela A.4.

Tabela A.4 – Transmissão de calor por janelas/áreas

Orientação Dimensão do comprimento da sala de estar m Dimensão da largura da sala de estar m Área m2 Noroeste 6 1,25 7,5 Sudeste 6 1,25 7,5

(22)

A.2.4 A Tabela A.5 apresenta o cálculo considerando dois valores de transmissão de calor pelas superfícies transparentes expressos em watts (W), conforme a seguir:

a) sem película e cortina = 3 228 W;

b) com película e cortina = 1 113 W.

Este Exemplo demonstra a necessidade de análise dos valores obtidos e vericação da possibilidade de redução da carga térmica.

Tabela A.5 – Transmissão de calor por insolação

Orientação Área m2 Fator de ganho de calor por insolação (SHGF ) W/m2 Fator de carga de resfriamento adimensional Fator de sombreamento Transmissão de calor por superfície transparente W Noroeste 7,5 555 0,73 0,87 2 644 Sudeste 7,5 407 0,22 0,87 584 Subtotal sem película 3 228 Noroeste com película e cortina 7,5 555 0,73 0,3 912 Noroeste com película e cortina 7,5 407 0,22 0,3 201 Subtotal com película e cortina 1 113

A.2.5 O valor da carga térmica por inltração e/ou renovação pode ser calculado, porém depende de dados de vedação de portas e janelas que nem sempre estão disponíveis.

NOTA Considerar no mínimo o valor recomendado de 1 L/s.m2 (3,6 m3/h.m2) para cada ambiente residencial, neste caso, adotar o dobro (7,2 m3/h).

Tabela A.6 – Dados psicrométricos de São Paulo

São Paulo Temperatura de bulbo seco °C Umidade especíca kg de vapor/ kg de ar seco Entalpia kJ/kg Volume especíco m3/kg

Ar externo verão 32,1 0,011 7 62,29 0,97

(23)

Tabela A.7 – Área e vazão adotada Descrição Dimensão do comprimento da sala de estar m Dimensão da largura da sala de estar m Área m2 Renovação de ar m3/(h.m2) Ambiente da sala de estar 6 10 60 7,2

A.2.6 Para o cálculo da carga térmica de inltração/renovação, apresentados na Tabela A.8, consi -derou-se a carga térmica do ar externo, conforme a seguir:

a) calor latente: 0,12 W; b) calor sensível: 1 516,6 W; c) calor total: 1 516,7 W.

Tabela A.8 – Carga térmica de inltração/renovação ---Vazão em volume m3/h Vazão em massa kg/s Variação de entalpia kJ/kg Carga térmica do ar externo W Calor total do ar externo 432 0,12371134 12,26 1 516,70 --- --- ---Variação de umidade especíca kg vapor/kg ar seco ---Calor latente W 432 0,12371134 0,0015 0,1289 Calor sensível W --- --- --- 1 516,57

A.3 Para carga térmica de pessoas, equipamentos e iluminação, ver A.3.1 e A.3.2.

A.3.1 Pessoas

Considerou-se para o cálculo apresentado na Tabela A.9, a carga térmica de oito pessoas sentadas em trabalho leve, conforme a seguir:

a) calor latente: 600 W; b) calor sensível: 600 W; c) calor total: 1 200 W.

(24)

Tabela A.9 – Carga térmica de pessoas Pessoas Quantidade Latente

W Sensível W Total unitário W Total latente W Total sensível W Total W Sentadas trabalho leve 8 75 75 150 600 600 1 200

A.3.2 Carga térmica de equipamentos e iluminação

A Tabela A.10 apresenta os resultados, considerando que na hipótese do cálculo ter sido feito às 16 h as lâmpadas estivessem apagadas e, portanto, o fator de uso destas seria de 0,0.

Tabela A.10 – Iluminação e equipamentos Lâmpadas

uorescentes Quantidade Potênciaunitária

Total instalado em W Fator de uso Calor sensível W Lâmpadas uorescentes 1 4 40 160 0,0 0,0 Lâmpadas uorescentes 2 2 40 80 0,0 0,0 Televisão 1 250 250 0,8 200 Computador 1 135 135 0,8 108 Outro equipamento 0 0,5 0 Subtotal de equipamentos elétricos --- --- --- --- 308

A.4 São apresentados nas Tabelas A.11 e A.12 resumos das cargas térmicas consideradas.

Tabela A.11 – Carga térmica(continua)

Descrição Calor sensível Calor latente Calor total

Transmissão de superfícies opacas

W

6 153 0,0 6 153

Transmissão por superfícies transparentes W 3228 0,0 3228 Inltração e renovação W 1 517 0,13 1 517 Pessoas W 600 600 1200

(25)

Tabela A.11(conclusão)

Iluminação W 0,0 0,0 0,0 Equipamentos W 308 0,0 308 Total W 7 015 600,13 7 615 Total BTU/h 23 942 2 048 25 990 Área de piso m2 60 60 60 Relação W/m2 117 10,00 127

Tabela A.12 – Carga térmica considerando isolamento na laje e reexão no vidro

Transmissão por superfícies opacas

W

3 477 0,0 3477

Transmissão por superfícies transparentes W 1 113 0,0 1 113 Inltração e renovação W 1 517 0,13 1 517 Pessoas W 600 600 1200 Iluminação W 0,0 0,0 0,0 Equipamentos W 308 0,0 308 Total W 7 015 600 7 615 Total BTU/h 36 017 4 096 40 113 Área de piso m2 60 60 60 Relação W/m2 176 20,00 196

(26)

Bibliograa

[1] ASHRAE Handbook – Fundamentals

[2] ABNT NBR 5410, Instalações elétricas de baixa tensão

[3] ABNT NBR 7541:2004, Tubo de cobre sem costura para refrigeração e ar-condicionado – Requisitos

[4] ABNT NBR 13971, Sistemas de refrigeração, condicionamento de ar, ventilação e aquecimento – Manutenção programada

[5] ABNT NBR 16280, Reforma em edicações – Sistema de gestão de reformas – Requisitos

[6] ABNT NBR 16401-3, Instalações de ar-condicionado – Sistemas centrais e unitários – Parte 3: Qualidade do ar interior

[7] ABNT NBR 16069, Segurança em sistemas frigorícos

[8] ABNT NBR 13598, Vasos de pressão para refrigeração

[9] ASTM G85:2011,Practice for modied salt spray (fog) testing

[10] [DIN EN 378-2:2012, Refrigerating systems and heat pumps – Safety and environmental requirements – Part 2: Design, construction, testing, marking and documentation (includes Amendment A2:2012)