Desempenho Térmico Habitacional: Elemental

Entenda um pouco sobre o desempenho térmico nas habitações e suas aplicações.

Na ilustração é possível identificar um comportamento muito usual que é a busca de conforto térmico no dia a dia, seja ele na rua ou dentro de uma edificação. Por via de regra os critérios devem seguir Normas Brasileiras - NBR 15220 - Desempenho térmico de Edificações e NBR 15575 - Edificações Habitacionais: Desempenho. Sobretudo, para entender o básico de desempenho térmico, devemos compreender os 3 mecanismos fundamentais de troca de calor, sendo eles: a condução, radiação e a convecção. Por fim, é destacado o conceito de inércia térmica e alguns valores laboratoriais de envoltórias usuais nas habitações brasileiras.

A CONDUÇÃO corresponde ao calor transportado através de um material da região mais agitada para a menos agitada, tendendo a manter o equilíbrio. Esse fenômeno é amplamente calculado através do princípio do regime permanente unidimensional ou de secção transversal complexa. Na secção unidimensional o fluxo de calor medido "Q", é dado pela razão da variação superficial de um ou mais material que compõe o elemento (parede/laje/piso/etc) sobre a sua/suas respectivas resistências térmicas conduzidas e multiplicadas pela área frontal do elemento, por exemplo:

Fonte: Adaptado - Maria Akutsu.

Para o cálculo da resistência térmica conduzida no elemento é necessário aplicar os valores conhecidos de condutividade térmica para cada material, sendo menos condutivos os materiais compostos por madeiras ( 0,1-0,3 W/(m.K)) e mais condutivos os materiais compostos por metais ou ligas metálicas (20-400 W/(m.K)).

Fonte: Adaptado - Maria Akutsu.

A RADIAÇÃO é a troca de calor existente entre dois corpos afastados entre si mediante suas superfícies. Possui natureza eletromagnética e não necessita de meio para se propagar. O calor é emitido por um corpo em todas as direções no espaço e pode ser calculado pela equação:

Fonte: Adaptado - Maria Akutsu.

Alguns dados de emissividade padrão de material podem ser alcançados, sendo disponibilizados na tabela abaixo.

Fonte: Adaptado - Maria Akutsu.

Todo corpo que está acima de 0K (-273°C) emite calor por radiação e as suas propriedades com relação à radiação variam de acordo com o seu comprimento de onda, representados esquematicamente abaixo:

Fonte: Adaptado - Imageup.

Note que a luz visível ao olho humano representa uma pequena parte entre o infravermelho e o ultravioleta, do total representado.

A CONVECÇÃO geralmente ocorre através da troca de calor entre um sólido e um fluido. O mesmo, pode ser medido através da equação do fluxo de calor dada abaixo:

Fonte: Adaptado - Maria Akutsu.

Para o cálculo da resistência térmica de convecção, aplica-se 1/h, onde "h" é o coeficiente de de convecção dado em W/(m2.°C) disponibilizado na NBR 15220 - Desempenho térmico das edificações - os seguintes valores de acordo com sua situação, espessura de "ar", direção do fluxo de calor (...).

A INÉRCIA TÉRMICA da edificação é um conceito de enorme significância quando se trata em controlar as variações de temperatura impostas pelo ambiente externo. Essa propriedade corresponde ao "todo" da edificação e deve ser pensado antes do projeto básico: sendo representado pelo projeto em si (detalhamentos), dimensões dos ambientes (pé direito, área de piso, compartimentação), orientação solar (nascente/poente), sombreamento (beirais), ventilação (cruzamentos) e o uso corrente da edificação (pizzaria/academia/escritório/habitação). Tal conceito é obtido a partir da temperatura do ar em função de uma dia, medido em horas e determina a capacidade da edificação em absorver/liberar calor a fim de amortecer o regime de variação de temperatura externa.

Dois são os fatores que contribuem significativamente para inércia térmica de uma edificação, o "U" = Transmitância térmica do elemento, que está diretamente relacionada a resistência térmica do componente, características de superfície e espessura e a "C" = Capacidade Térmica do elemento, que está diretamente relacionada a capacidade de armazenamento calorífico e sua liberação, ambas estão diretamente relacionadas as propriedades existentes nos materiais existentes na envoltória da edificação.

Para o melhor entendimento do conceito de inércia térmica irei apresentar um gráfico que representa o comportamento de uma edificação com inércia térmica média/pesada (boa) sujeita a uma curva típica de variação de temperatura brasileira em determinada região.

Fonte: Adaptado - Maria Akutsu.

Verificamos que enquanto as temperaturas exteriores se matem baixas, a edificação mantem um comportamento desejável, com cerca de 3 a 4°C a mais que o exterior. O ponto de intersecção acontece entre 9 e 10 horas da manhã, fase em que a temperatura exterior se eleva para mais, em relação a temperatura da edificação.

• Madrugada: Externa/menor (20°C) < Edificação/maior (23°C).

• Manhã: Transição - Ganho de Calor Solar (09h:30m).

• Tarde: Externo/maior (31°C) > Edificação/menor (29°C).

• Fim de tarde: Atraso.

• Noite: Externo/menor (26°C) < Edificação/maior (28°C).

A boa inércia térmica representa um bom comportamento da edificação em relação ao ambiente externo, geralmente acarreta em um amortecimento adequado e uma boa transição do dia para a noite. No final das contas, também representa também uma boa eficiência energética da edificação, gerando menos gastos com condicionadores de ar ou aquecedores, quando mal dimensionado, "retrofits" e implantação de materiais de acabamento/revestimento pós ocupação, acarretando em altos custos e resultados globais (geralmente) ineficientes.

Comparativamente, temos uma edificação leve nessa mesma condição de ganho de calor solar, nos proporcionando um gráfico representado em seguida:

Fonte: Adaptado - Maria Akutsu.

Perceba que o ambiente interno é mais quente que o externo, o que é indesejável. No gráfico acima, temos uma má inércia térmica da edificação enquadrada do tipo leve, que representa um mal comportamento da edificação em relação ao ambiente externo, geralmente acarretando numa deficiência energética da edificação, gerando mais gastos com condicionadores de ar ou aquecedores. Veja as comparações das duas edificações diante da mesma variação de temperatura:

Fonte: Autor.

É válido ressaltar que a Norma ABNT 15575: Método Simplificado, estabelece alguns valores limites para, "U" = Transmitância térmica do elemento e "C" = Capacidade Térmica do elemento, que são calculados de acordo com o nível de desempenho desejado. Para isso, é preciso consultar as normas e suas tabelas que estabelecem critérios mínimos de desempenho.

Conclui-se que, um bom desempenho térmico é fruto de um bom projeto, acarretando tanto no melhor conforto ao usuário quanto numa melhor eficiência energética da edificação, portanto um prática afunilada a sustentabilidade.

Deixo aqui, caso tenham interesse alguns dados laboratoriais em relação ao "Ct" ou "C" e ao "U" de alguns componentes usualmente encontrados nas envoltórias das nossas habitações:

Tijolo Maciço (e=10 cm) revestido em argamassa

•U = 3,13 W/(m2.K)

•CT = 255 kJ/(m2.K)

Blocos cerâmicos de 6 furos (e=14 cm) revestido em argamassa

•U = 2,02 W/(m2.K)

•CT = 192 kJ/(m2.K)

Blocos cerâmicos de 8 furos (e=19 cm) revestido em argamassa

•U = 1,80 W/(m2.K)

•CT = 231 kJ/(m2.K)

Blocos cerâmicos de 8 furos (e=19 cm) revestido em argamassa

•U = 1,61 W/(m2.K)

•CT = 232 kJ/(m2.K)

Tijolo maciço (e=20 cm) revestido em argamassa

•U = 2,25 W/(m2.K)

•CT = 445 kJ/(m2.K)

Parede de concreto maciço (e=10cm)

•U = 4,40 W/(m2.K)

•CT = 240 kJ/(m2.K)

Blocos de Concreto (e=19 cm) revestido em argamassa

•U = 3,00 W/(m2.K)

•CT = 220 kJ/(m2.K)

Blocos de Concreto (e=9 cm) revestido em argamassa

•U = 3,66 W/(m2.K)

•CT = 160 kJ/(m2.K)

Por: Pedro Muniz