20
climatização
a Difusividade Térmica, a Efusividade Térmica e a Inércia Térmica da envolvente dos edifícios Alfredo Costa Pereira, Especialista em engenharia de climatização Pedro Costa Pereira, Sócio-fundador da Tekk, engenheiros consultores Tekk, engenheiros consultores
No momento em que a deadline marcada pela União Europeia está a chegar, (2018 para os edifícios públicos e 2020 para os edifícios residenciais, de comércio e de serviços) no sentido dos países-membros só terem edifícios com necessidades de consumo de energia quase nulas (Near Zero Energy Buildings – NZEBs), Portugal não cumpriu no que respeita aos edifícios públicos e pouco se tem feito para os restantes edifícios. Para se saber projetar esses tipos de edifícios é muito importante saber combinar as espessuras e os tipos de isolamento térmico resistivo a aplicar pelo exterior da envolvente, e os tipos e espessuras do revestimento final da envolvente interior, que faz variar a Inércia Térmica do edifício. É este precisamente o tema deste artigo. A Difusividade Térmica de um material de construção expressa a capacidade que ele tem em reter, durante algumas horas, o calor absorvido no seu interior, ou seja, a velocidade com que um material liberta a quantidade de energia térmica que pode armazenar, exprimindo, no fundo, o tempo de retenção da energia armazenada no seu interior. Normalmente os materiais com elevada Condutibilidade Térmica, como os metais, apresentam também uma Difusividade elevada. Para os materiais de construção mais comuns, como o betão, o tijolo, a pedra, entre outros, o valor da Difusividade Térmica a é pequeno:
Quando a envolvente interior do espaço é formada por diferentes materiais, cada um deles com uma determinada Efusividade Térmica efk, e com uma área AK , define-se uma Efusividade Térmica Média através da expressão: n
∑ A × ef efm ≅
K
K=1
K
n
∑A K=1
K
A Efusividade Térmica, (ou Admitância Térmica, ou ainda Inércia Térmica) de um material ou de uma estrutura composta, representa a capacidade que esse material tem, de absorver (ou libertar) rapidamente através das suas superfícies, grandes quantidades de calor. [Nota: Alguns autores (Danter 1973, Milbank e Harrington-Lynn 1974) distinguem a Admitância Térmica da Efusividade, atribuindo o significado de Admitância Térmica como sendo uma maneira de definir a frequência de resposta de um componente da estrutura de um edifício. Isto é, definem a Admitância como o quociente entre o fluxo de calor e as oscilações de temperatura numa das faces do componente. adm = λ × ρ × Cm × ω =
W m2 × K
, sendo ω a frequência angular da
excitação.
Alvenaria de tijolo com uma espessura de 30 cm: α = 4,33 x 10 -7 m2/s. Pedra com uma espessura de 45 cm: …………… α = 1,37 x 10 -6 m2/s Betão com uma espessura de 15 cm:…………. …α = 6,47 x 10 -7 m2/s Madeira com uma espessura de 15 cm:…………. α = 1,71 x 10 -7 m2/s Os metais apresentam um valor da Difusividade Térmica cerca de 100 vezes superior à madeira. A Efusividade Térmica efm = λ × ρ × Cm = λ × CV
W × s0,5 m2 × K
carateriza a capacidade (a “rapidez”) que um determinado material tem para absorver, ou libertar calor. A Efusividade de um material é tanto maior quanto maiores forem as suas Condutibilidades e Capacidade Calorífica Volumétrica. YANNAS e MALDONADO (1995) citam no projeto PASCOOL, que a Inércia Térmica de um espaço pode ser caraterizada pela Efusividade Média ponderada da sua envolvente interior. www.oelectricista.pt o electricista 66
A intensidade de fluxo de calor sinusoidal superficial, e a amplitude ~ das oscilações de temperatura são designadas, respetivamente, por q ~ e θ . São funções de uma frequência angular de excitação particular ω, definida pelo seu índice superior (til). A face (0) é a superfície excitada, e a camada (n) é a superfície em análise, que pode estar sujeita a diferentes condições fronteira. A Transmitância Dinâmica representa o fluxo de calor que atravessa a camada (n), devido às oscilações de temperatura na superfície (0). Os materiais pesados e termicamente condutivos apresentam uma elevada Efusividade Térmica, contrariamente aos materiais isolantes.