NBR 16655-3 Cálculo de Carga Térmica Residencial
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ABNT/CB-055 PROJETO ABNT NBR 16655-3 AGO 2017
Instalação de sistemas residenciais de ar-condicionado — Split e e compacto Parte 3: Método de cálculo da carga térmica residencial APRESENTAÇÃO 1) Este 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 Texto-Base Texto-Base 055:002.005-001/3, nas reuniões de:
19 . 02 . 201 4
19 . 03 . 201 4
1 6. 0 4. 20 14
21 . 05 . 201 4
18 . 06 . 201 4
16. 0 7. 2 014
1 0. 08 . 20 14
1 7. 09 . 20 14
22. 1 0. 2 014
19.11.2014
2 5. 02 . 20 15
25. 02. 2 015
25.03.2015
29.04.2015
27.05.2015
24.06.2015
22.07.2015
26.08.2015
28.10.2015
25.11.2015
24.02.2016
23. 0 3. 2 016
25. 0 5. 2 016
22 . 06 . 201 6
27.07.2016
28.09.2016
09.06.2017
a) não tem valor normativo. Aquele eless que titiver verem em con conhec hecime imento nto de qua qualqu lquer er dir direit eito o de pat patent ente e dev devem em apr aprese esent ntar ar est esta a 2) Aqu informação em seus comentários, com documentação comprobatória. 3) Tomaram parte na elaboração deste Projeto: Participante
Representante
ABRAV ABR AVA/ A/ABN ABNT/ T/CBCB-055 055
Oswal Os waldo do de Siq Siquei ueira ra Bue Bueno no
ABNT/ ABN T/CBCB-055 055
Clara Cla ra Lúc Lúcia ia Her Hernan nandes des M. Bas Basto toss
FA M/ M I T S UBI S HI
M ár c io Cama r go
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F RI GE LA R
Cid a Co nt r er a
F RI GE LA R
Ed uar do Ros al es M ac had o
P O LI P EX
An dr é Di c ke rt
TO NAR E E NG EN HAR I A
J o s é R e n a t o Vi a n n a
S U P O RT E U N I V E R S A L
Sé rg io Lui z da Si lv a C or t ez
S O S U P O RT E
Sé rg io Lui z P. do s S an t os
S O S U P O RT E
Ka ri n L ie K. dos S ant os
J CFARI A ENG E NHA RI A
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5 PL AS T I C
Rog er Be ck er Vo lt r i x
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NÃO TEM VALOR NORMATIVO
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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 frigoríco; — 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 simplied procedure thermal load calculation of air conditioning for residential installations, which can be used in a spreadsheet with the following objectives: a)
from the user information, customer, choose the cooling and heating capacity parameters; NÃO TEM VALOR NORMATIVO
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advise clients in actions to reduce the need for coolingheating, for example, glass with heat treatment and reection or absorption of solar radiation;
c)
estimate the power point required and check if it is compatible with the available installation.
The simplied 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 m 2/kW de área de piso por potência de refrigeração em kW (21 m 2/tr) sendo que a meta em países mais desenvolvidos é de 9 m2/kW (32 m2/tr). Uma vez denida 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 coeciente 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 simplicado 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 reexão 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 referências não datadas, aplicam-se as edições mais recentes do referido documento (incluindo emendas). ABNT NBR 15575-1, Edicações 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 denições Para os efeitos deste documento, aplicam-se os seguintes termos e denições. 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 NOTA
A diferença é expressa em grau Celsius (°C) NÃO TEM VALOR NORMATIVO
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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 especíca 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 reexão 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 aprox imado 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 coecientes de transferência de calor das distintas paredes da edicação com base no seu projeto. Paredes que separam ambientes na mesma temperatura devem ser ignoradas. Os coecientes de transmissão de calor para inverno (aquecimento) e para verão (resfriamento) podem ser diferentes; e) com base nas características construtivas da edicação, no programa de operação do sistema, nos valores de projeto da velocidade do vento e da diferença de temperatura. Estimar a taxa de inltração (parcela não controlada), conforme ABNT NBR 15575-1 e/ou de ventilação com ar externo, conforme 4.4; 2/21
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f)
determinar as características adicionais da edicação, como: localização, orientação, sombreamento externo e massa, as quais afetam o ganho de calor por insolação;
g) com base nas características construtivas da edicação 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 coecientes de transferência 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
Temperatura Altitude máxima de bulbo seco m °C
Temperatura de bulbo úmido coincidente °C
Umidade absoluta kg de vapor /kg ar seco
Volume especíco 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
NOTA Os valores de referência podem ser usados em caso de dúvida da cidade equivalente em termos de clima.
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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 Altitude m
Temperatura mínima de bulbo seco °C
Ponto de orvalho °C
Umidade absoluta kg de vapor /kg ar seco
Volume especíco 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
Cidade
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 Temperatura de bulbo seco °C 24,0
Umidade relativa %
Pressão atmosférica kPa
Umidade absoluta kg/kg
Volume especíco m3/kg
Entalpia kJ/kg
26,0
50,0 50,0
100,73 100,73
0,009 4 0,010 6
0,860 0,867
47,92 53,03
Ar interno
Altitude m
Condição 1 Condição 2
50 50
Condição 3
500
24,0
50,0
95,46
0,009 9
0,908
49,25
Condição 4 Condição 5 Condição 6 Condição 7
500 750 750 1 000
26,0 24,0 26,0 24,0
50,0 50,0 50,0 50,0
95,46 92,63 92,63 89,87
0,011 2 0,010 2 0,011 5 0,010 5
0,916 0,936 0,944 0,965
54,54 50,03 55,43 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.
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Tabela 4 – Condições das temperaturas internas de referência para o inverno Temperatura Umidade de bulbo seco relativa °C %
Pressão atmosférica kPa
Umidade absoluta kg/kg
Volume especíco m3/kg
entalpia kJ/kg
Ar interno
Altitude m
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 inltração de ar 4.5.1 Com base nas características construtivas da edicação, vedação de janelas e portas, nos valores de projeto da velocidade do vento e da diferença de temperatura, estimar a taxa de inltração e ou de ventilação com ar externo. Este valor corresponde à parcela não controlada, do ar externo, conforme ABNT NBR 15575-1. Considerar, no mínimo o valor recomendado de 1 L/s.m2 (3,6 m3/h.m2) para cada ambiente residencial.
NOTA
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 inltrado ou de renovação deve ser calculada conforme Equação 1. Qae
=
(1)
Qinf · A
onde Qae é a vazão de ar externo, expresso em metro cúbico por hora (m3/h); Qinf é a vazão de ar externo inltrado ou de renovação expresso em metro cúbico por hora (m 3/h) por metro quadrado de piso (m 2 de piso); A
é a área do piso, expressa em metro quadrado (m 2). NÃO TEM VALOR NORMATIVO
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4.5.2.2 A vazão em massa de ar inltrado 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 (m 3/h);
1 h/3 600 s é a transformação de metros cúbicos por hora em metros cúbi cos por segundo (m 3/h em m3/s); é a massa especíca do ar externo, expressa em quilograma por metro cúbico (kg/m 3).
ρ
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 mae
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).
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4.6 Coecientes 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 vericadas nos manuais de cálculo de carga térmica [1]. As opções de arranjo de materiais usuais para o coeciente de transmissão de calor adotadas são apresentadas na Tabela 5. Tabela 5 – Coecientes de transmissão de calor através de superfícies opacas (paredes, pisos, lajes e telhados) Parede externa
Laje externa + espessura ar
Laje externa + isolamento
Resistividade térmica (m2.°C)/W
Resistividade térmica (m2.°C)/W
Resistividade térmica (m2.°C)/W
Elementos de construção – Características físicas Elemento construtivo
Espessura m
Coeciente de condutibilidade k W/(m.°C)
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
Drywall Gesso
0,070
0,46
0
0,152
0
Vidro
0,006
0,76
0
0
0
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
0
0
0,426
0,590
0,904
Espaço de ar
Total
Tabela 6 – Coecientes de transmissão de calor através de piso, parede interna e janelas
Elemento construtivo
Filme do ar externo Concreto laje maciça e contrapiso Drywall
Vidro Espaço de ar (vidro duplo) Filme do ar interno Total
Resistividade térmica (m2.°C)/W 0
Janela externa simples Resistividade térmica (m2.°C)/W 0,044
Janela externa cortina Resistividade térmica (m2.°C)/W 0,044
0,079
0
0
0
0 0 0 0,242 0,321
0,152 0 0 0,242 0,394
0 0,008 0 0,121 0,173
0 0,016 0,160 0,121 0,341
Piso/Laje interna
Parede interna
Resistividade térmica (m2.°C)/W 0
NÃO TEM VALOR NORMATIVO
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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 coecientes 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) Valor de referência °C
Brasília, DF °C 15,2
Cidade Porto Alegre, Rio de Janeiro, RS RJ °C °C 11,85 11,2
Norte
10
Belém, PA °C 11,1
Nordeste
15
16,1
20,2
16,85
16,2
14,95
Leste
19
20,1
24,2
20,85
20,2
18,95
Condição
8/21
NÃO TEM VALOR NORMATIVO
São Paulo, SP °C 9,95
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Tabela 7 (conclusão) Valor de referência °C
Brasília, DF °C 25,2
Cidade Porto Alegre, Rio de Janeiro, RS RJ °C °C 21,85 21,2
Sudeste
20
Belém, PA °C 21,1
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
Condição
São Paulo, SP °C 19,95
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. qstrans [ A·(CLTDr )]/R
(7)
=
onde A
é a área da superfície, expressa em metros quadrados (m 2);
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 (m 2.°C)/W.
4.7.5 Para determinar as características adicionais da edicação, 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. NÃO TEM VALOR NORMATIVO
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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 geográca
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 coecientes de transferência de calor, áreas, diferenças de temperatura e fator de ganho de calor por insolação, previamente calculados, (ver Tabela 10).
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Tabela 10 – Coecientes de sombreamento (adimensional) para películas protetoras e sombreamento interno (cortinas) Vidro 6 mm Simples
Simples + cortina
Reetivo + cortina
0,87
0,55
0,30
4.7.9 O ganho de calor solar através do vidro é calculado conforme Equação 8. qsins A·SC ·SHGF ·CLF
(8)
=
onde A
é a área da janela, expressa em metros quadrados (m 2);
SC
é o fator de sombreamento;
SHGF é o fator de ganho de calor por insolação, expresso em watts por metro quadrado (W/m 2); 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
Calor sensível
Calor total
CLF
W/pessoa
W/pessoa
Adimensional
Pessoas sentadas, trabalho leve
75
150
1
Dançando
120
375
-----
Atividade
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. qspessoas 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);
CLF
é o fator de carga de resfriamento adimensional.
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ABNT/CB-055 PROJETO ABNT NBR 16655-3 AGO 2017 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 (m 2);
csilum é a potência instalada especíca, expressa em watts por metro quadrado (W/m 2).
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.
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Tabela 13 – Carga térmica interna em função de equipamentos
Equipamentos
W
W/equipamento W
Fator de carga de resfriamento CLF
Carga térmica W
Adimensional 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 diculdade 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 simplicada aten dendo a carga total em kW. Não podem ser usados coecientes de segurança ou mesmo a escolha com folga. O Anexo A apresenta os exemplos de um cálculo.
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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
Face noroeste com janela contínua + parede
6m
Face noroeste com janela contínua + parede
A
A
Ambiente interno não condicionado 10 m
2,5 m
Janela com vidro sim les
Corte A - A
0,25 m
Janela com vidro sim les
1,25 m
1,0 m
Figura A.1 – Arranjo físico da sala 14/21
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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 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
Descrição
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 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
Parede/janela/laje
NOTA
=
=
=
=
Considera-se que os andares superiores e inferiores são ambientes internos não condicionados.
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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 vericação 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
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
4 150
Subtotal sem isolamento
----------
--------
----------
6 153
Laje/teto com isolamento, ambiente interno não condicionado
0,904
60
11,1
1 473
Subtotal com isolamento
---------
-------
-------------
3 477
A.2.3
Transmissão de calor pelas superfícies externas e internas W
A transmissão de calor por superfícies transparentes é apresentada na Tabela A.4. Tabela A.4 – Transmissão de calor por janelas/áreas
16/21
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
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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 vericação da possibilidade de redução da carga térmica. Tabela A.5 – Transmissão de calor por insolação
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
Orientação
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 inltração 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 m 3/h).
Tabela A.6 – Dados psicrométricos de São Paulo São Paulo
Temperatura de bulbo seco °C
Umidade especíca kg de vapor/ kg de ar seco
Entalpia kJ/kg
Volume especíco m3/kg
Ar externo verão
32,1
0,011 7
62,29
0,97
24
0,010 2
50,03
0,936
Ar interno
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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
Para o cálculo da carga térmica de inltração/renovação, apresentados na Tabela A.8, consi A.2.6 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 inltração/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 especíca kg vapor/kg ar seco
Calor latente W
432
0,12371134
0,0015
0,1289
Calor sensível W
----------
---------------
------------
1 516,57
A.3
A.3.1
Para carga térmica de pessoas, equipamentos e iluminação, ver A.3.1 e A.3.2.
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.
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Tabela A.9 – Carga térmica de pessoas Pessoas
Quantidade Latente W
Sentadas trabalho leve
A.3.2
8
Sensível W
Total unitário W
Total latente W
Total sensível W
Total W
75
150
600
600
1 200
75
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
Potência unitária
Total instalado em W
Fator de uso
Calor sensível W
4
40
160
0,0
0,0
2
40
80
0,0
0,0
1 1
250 135
250 135
0,8 0,8
200 108
0
0,5
0
----------
---------
308
Lâmpadas uorescentes 1 Lâmpadas uorescentes 2 Televisão Computador Outro equipamento Subtotal de equipamentos elétricos 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
3 228
0,0
3 228
Inltração e renovação W
1 517
0,13
1 517
Pessoas W
600
600
1 200
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Tabela A.11 (conclusão) Descrição
Iluminação W Equipamentos W Total W Total BTU/h Área de piso m2 Relação W/m2
Calor sensível
Calor latente
Calor total
0,0
0,0
0,0
308
0,0
308
7 015
600,13
7 615
23 942
2 048
25 990
60
60
60
117
10,00
127
Tabela A.12 – Carga térmica considerando isolamento na laje e reexão no vidro Descrição
Transmissão por superfícies opacas W Transmissão por superfícies transparentes W Inltração e renovação W Pessoas W Iluminação W Equipamentos W Total W Total BTU/h Área de piso m2 Relação W/m2
20/21
Calor sensível
Calor latente
Calor total
3 477
0,0
3477
1 113
0,0
1 113
1 517
0,13
1 517
600
600
1 200
0,0
0,0
0,0
308
0,0
308
7 015
600
7 615
36 017
4 096
40 113
60
60
60
176
20,00
196
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Bibliograa [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 edicações – 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 frigorícos [8] ABNT NBR 13598, Vasos de pressão para refrigeração [9] ASTM G85:2011, Practice for modied 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)
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