Estudo do Comportamento Térmico das Coberturas com Telhas

Transcrição

Estudo do Comportamento Térmico das
Coberturas com Telhas Cerâmicas
Cliente: APICER
Contacto no cliente: Dr. António Oliveira
Eng.º Baio Dias / Eng.º Fernando Cunha / Eng.º Luís
Contacto no CTCV:
Trindade / Eng.º Eduardo Cardoso
Período de Realização do Trabalho: Novembro 2012
Proj. nº 212-16859
Rel. nº 212-16859-1/12
Revisão: 0
Data: Novembro de 2012
ÍNDICE
1. Objectivo ........................................................................ 4 2. Introdução ....................................................................... 5 3. Regulamento das Características de Comportamento
Térmico dos Edifícios – RCCTE .................................................. 7 4. Estações Piloto ............................................................... 10 4.1. Esquema da cobertura ..............................................................................................11 4.2. Resultados das experiências (Estações Piloto) – Fase 1 ..........................................14 4.3. Resultados das experiências (Estações Piloto) – Fase 2 ..........................................17 4.4. Resultados das experiências (Estações Piloto) – Fase 3 ..........................................20 5. Ensaio da Reflectividade ................................................... 23 5.1. Descrição do Ensaio.................................................................................................24 5.2. Resultados dos ensaios de Reflectividade / Absortividade ......................................25 6. Simulação Dinâmica – DesignBuilder ..................................... 35 6.1. Cobertura Inclinada..................................................................................................35 6.1.1. Solução de cobertura: laje maciça e telha cerâmica ........... 36 6.1.2. Solução de cobertura: laje maciça e telha cerâmica com caixade-ar não ventilada ............................................................. 38 6.1.3. Solução de cobertura: laje maciça e telha cerâmica com caixade-ar fracamente ventilada ................................................... 39 6.1.4. Solução de cobertura: telha cerâmica ............................. 40 6.1.5. Solução de cobertura: telha cerâmica e contra-ripado com
caixa-de-ar não ventilada ..................................................... 42 6.1.6. Solução de cobertura: telha cerâmica e contra-ripado com
caixa-de-ar fracamente ventilada ........................................... 43 6.2. Cobertura Plana........................................................................................................44 6.2.1. Solução de cobertura: laje maciça e telha cerâmica ........... 45 6.2.2. Solução de cobertura: laje maciça com tela protegida com
seixo ............................................................................... 47 6.3. Análise de Resultados ..............................................................................................49 7. Orientação e Inclinação das Coberturas ................................. 52 7.1. Cobertura com duas águas .......................................................................................53 7.2. Cobertura com uma água .........................................................................................54 7.3. Análise de resultados ...............................................................................................55 8. Recomendações .............................................................. 56 Proj. nº 317-10297
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9. Conclusões .................................................................... 59 10. Disposições Finais .......................................................... 61 Proj. nº 317-10297
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1. Objectivo
Os objectivos deste trabalho visam:
•
Determinar quais as coberturas com telhas cerâmicas que, quando aplicadas
de acordo com as regras de boa prática, apresentam melhores condições de
conforto térmico;
•
Comparar o comportamento térmico de coberturas inclinadas e coberturas
planas;
•
Influenciar a revisão do Regulamento das Características de Comportamento
Térmico dos Edifícios (RCCTE, DL 80/2006) no sentido de valorizar a aplicação
de telhas cerâmicas.
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2. Introdução
Desde há muitos anos que a escolha de diferentes soluções, a nível de coberturas,
tem vindo a realizar-se de forma consciente em Portugal.
Em Portugal verificam-se boas práticas na escolha de coberturas, adoptando-se
coberturas inclinadas, minimizando possíveis infiltrações e aumentando o nível de
escoamento de água e/ou neve. Sendo zonas mais frias, a opção por coberturas de
cores mais escuras permite maximizar a quantidade de calor transmitida ao interior
do edifício.
Na zona sul de Portugal, a solução típica a nível de coberturas, são terraços de cores
claras. A escolha da cobertura plana permite utilizar os terraços para lazer ou lides
domésticas pois a pluviosidade é menor e as cores claras aumentam a quantidade de
energia reflectida. Esta zona do país é preferencialmente quente sendo o objectivo
minimizar as necessidades de arrefecimento.
A cobertura é um dos principais elementos de protecção passiva de um edifício,
desempenhando um papel importante na eficiência energética do edifício.
Na actual legislação, Regulamento das Características de Comportamento Térmico
dos Edifícios (RCCTE, DL 80/2006), os ganhos solares através da cobertura são
contabilizados na estação de arrefecimento (verão).
Na estação de aquecimento (inverno) apenas se contabilizam os ganhos solares pelos
vãos envidraçados e internos, não se contabilizando os ganhos pela envolvente
(paredes e cobertura).
O regulamento em vigor, RCCTE, atribui uma maior importância ao Inverno do que
Verão. Esta opção implica simplificações introduzidas no regulamento que não
reflectem a realidade, tais como:
•
Não são consideradas as soluções construtivas que separam os espaços não
úteis (ENU) do exterior
•
Penalização dos ENU’s ventilados em relação aos não ventilados
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A utilização de estações piloto, com diferentes tipos de soluções construtivas de
cobertura, permitiu estudar e analisar a evolução de parâmetros de conforto térmico
em função das condições climatéricas na estação de arrefecimento.
A utilização de programas de simulação dinâmica DesignBuilder, permitiu comparar o
output do software com os resultados dos ensaios experimentais.
Sendo a reflectividade considerada um dos parâmetros relevantes na caracterização
dos materiais usados em coberturas, foram realizadas medições da radiação solar
incidente e reflectida em telhas cerâmicas.
Este projecto promovido pela APICER, no âmbito do SIAC, tem como entidade
executante o Centro Tecnológico da Cerâmica e do Vidro e participação da Coelho da
Silva, Cerâmica Torreense, Cobert Telhas e Umbelino Monteiro, às quais agradecemos
o apoio prestado, informação facultada, o acesso às suas instalações e a
disponibilidade.
Neste projecto é de referir a participação activa da empresa Coelho da Silva, que
disponibilizou o espaço e executou a montagem das estações piloto para a realização
de ensaios.
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3. Regulamento das Características de Comportamento
Térmico dos Edifícios – RCCTE
Neste capítulo aborda-se o método de cálculo do RCCTE para determinar o
coeficiente de transmissão térmica das coberturas, com e sem caixa-de-ar, e a
contabilização das trocas térmicas que ocorrem pelas coberturas.
O RCCTE tem sido criticado pelo baixo peso atribuído à qualidade da envolvente, em
detrimento da eficiência dos sistemas de climatização e preparação de águas quentes
sanitárias (AQS).
O RCCTE considera os ganhos térmicos, durante a estação de arrefecimento, devidos
à incidência e absorção da radiação solar incidente nos elementos opacos da
envolvente exterior (paredes e coberturas). Estes ganhos não úteis, são os que
provocam as necessidades de arrefecimento durante o verão.
O documento “Perguntas & Respostas sobre o RCCTE” esclarece que não devem ser
contabilizados os ganhos solares de uma cobertura que possua uma protecção
exterior sobre apoios pontuais, originando uma caixa-de-ar fortemente ventilada sob
a referida protecção, considerando para este efeito o coeficiente de absorção solar
igual a 0. Caso os espaços de ar sejam fracamente ou não ventilados devem ser
tratados como se não fossem ventilados, isto é, deverão ser contabilizados os ganhos
solares.
O RCCTE (Anexo VII, quadro VII.2) apresenta os valores da resistência térmica dos
espaços de ar não ventilados, que devem ser adoptados para o cálculo do coeficiente
de transmissão térmica, em função da posição e da espessura do espaço de ar, e
sentido do fluxo de calor.
No caso de espaços de ar fracamente ventilado a resistência térmica do espaço de ar
é metade do valor correspondente indicado na tabela. Neste caso, se a resistência
térmica do elemento construtivo localizado entre o espaço de ar e o ambiente
exterior for superior a 0.15 m2.ºC/W a resistência térmica do espaço de ar deve
tomar o valor de 0.15 m2.ºC/W.
Para os espaços de ar fortemente ventilados a resistência térmica do espaço de ar
considera-se nula. Mas no cálculo do coeficiente de transmissão térmica (U) do
elemento com um espaço de ar fortemente ventilado, não é considerada a
resistência térmica das camadas que se localizam entre o espaço de ar e o ambiente
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exterior e a resistência térmica superficial exterior Rse toma o valor correspondente
da resistência térmica superficial interior Rsi.
Quadro 3.1 – Resistência térmica de espaços ar não ventilados - Fonte: Dec. Lei 80/2006(RCCTE)
Para efeitos de certificação energética a influência da absortividade encontra-se
descrita no Anexo V do Regulamento das Características de Comportamento Térmico
dos Edifícios (DL n.º 80/2006 – RCCTE) – Cargas individuais devidas a cada
componente da envolvente, devidas aos fenómenos combinados da diferença de
temperatura interior-exterior e da incidência da radiação solar:
U – coeficiente de transmissão térmica superficial do elemento da envolvente (em W/m2)
A – área do elemento da envolvente (em m2)
θm – temperatura média do ar exterior na estação convencional de arrefecimento na zona climática de verão onde se
localiza o edifício
θi – temperatura do ambiente interior (ºC)
α - coeficiente de absorção (para a radiação solar) da superfície exterior da parede
Ir – intensidade média de radiação total incidente em cada orientação durante toda a estação de arrefecimento
he – condutância térmica superficial exterior do elemento da envolvente que toma o valor de 25 W/m2.ºC
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A primeira parcela desta equação corresponde a ganhos pela envolvente opaca e
transparente devidas apenas à diferença de temperatura entre o interior e o
exterior, enquanto a segunda corresponde aos ganhos solares através da envolvente
opaca.
A segunda parcela
corresponde aos ganhos solares que são directamente
proporcionais ao coeficiente de absorção (α).
Quadro 3.2 – Coeficiente de absorção - Fonte: Dec.-Lei 80/2006 (RCCTE)
Como referido anteriormente, no caso de coberturas ou fachadas fortemente
ventiladas deve-se considerar o valor do coeficiente de absorção nulo, assim a
parcela
virá nula, contabilizando-se apenas os ganhos relativos à
diferença de temperatura entre o interior e exterior.
Na definição do coeficiente de transmissão térmica das soluções construtivas
introduzidas no programa de simulação dinâmica, aplicaram-se as regras previstas
pelo RCCTE.
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4. Estações Piloto
A empresa Coelho da Silva disponibilizou-se para a montagem de dois tipos de
estações piloto, uma para cobertura plana e outra para cobertura inclinada, onde se
realizaram diversos ensaios, com diferentes tipos de telha, para verificar o impacto
na temperatura interior em função do diferente tipo de cobertura adoptado.
Figura 6.1 - Estação Piloto 1 – Cobertura Plana
Figura 6.2 – Estação Piloto 2 – Cobertura Inclinada
A monitorização das condições climatéricas, radiação solar e temperatura ambiente
exterior, permitiu seleccionar os dias que apresentavam valores semelhantes,
tornando válida a comparação de resultados registados em dias diferentes.
Figura 6.3 – Piranómetro
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4.1. Esquema da cobertura
Figura 6.4 – Cobertura Inclinada – Telha vâ
Figura 6.5 – Cobertura Inclinada – Laje maciça
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Figura 6.6 – Cobertura Inclinada – Telha canudo com subtelha em laje maciça
Figura 6.7 – Cobertura Inclinada – Telha canudo com subtelha
Figura 6.8 – Cobertura Inclinada – Telha marselha
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Figura 6.9 – Cobertura horizontal – Laje maciça, teal, geotextil e seixo
Figura 6.10 – Cobertura horizontal – Laje maciça, tela mineralizada
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4.2. Resultados das experiências (Estações Piloto) – Fase 1
Para permitir a comparação dos resultados, numa fase inicial compilaram-se todos os
dados dos ensaios. Após análise, seleccionaram-se os ensaios, para cada uma das
experiências, que apresentavam condições climáticas exteriores semelhantes
(temperatura exterior e radiação solar) para que a comparação fosse viável.
1 - TELHA LUSA COM VIGOTAS E VIGAS EM BETÃO PRÉ-ESFORÇADO
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50
40
30
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Valor Est ação
Metereologica [ ºC]
1000
Valor Sonda Ambient e [ºC]
800
Valor Piranometro [ W/ m2]
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Figura 6.11 – Variação da radiação solar, temperatura exterior e interior
2 - LAJE MACIÇA HORIZONTAL COM TELA PROTEGIDA COM SEIXO (5CM) E TAIPAL
EM MADEIRA
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50
1200
Valor Est ação
Metereologica [ºC]
40
1000
Valor Sonda Ambiente [ºC]
800
Valor Piranometro [W/m2]
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3 - TELHA LUSA COM VIGOTAS E VIGAS EM BETÃO PRÉ-ESFORÇADO COM 6 TELHAS
DE VENTILAÇÃO
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50
1200
Valor Est ação Metereologica [ºC]
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4 - TELHA CANUDO COM SUBTELHA SOBRE ESTRUTURA PRÉ-ESFORÇADA
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Valor Estação Metereologica [ºC]
1000
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800
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400
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5 – COBERTURA INCLINADA COM LAJE MACIÇA COM RIPA E CONTRARRIPA EM
MADEIRA, VENTILADA COM TELHA LUSA NATURAL
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50
1200
1000
40
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MADEIRA, VENTILADA COM TELHA LUSA PRETA
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50
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1000
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MADEIRA, VENTILADA COM TELHA LUSA BRANCA
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A partir das experiências realizadas, os resultados indicam que a solução de
cobertura com recurso a laje minimiza a variação da temperatura interior de um
edifício. Uma das principais razões que contribui para este resultado é a elevada
inércia térmica de uma laje quando comparada apenas com uma cobertura em telha.
O baixo valor do coeficiente de transmissão térmica (U) da laje, quando comparando
com o valor de U da telha, também contribui para os resultados verificados.
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FC/LT/EC
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Numa 2ª fase e para cada dia previamente seleccionado, analisou-se a evolução da
temperatura interior para as diferentes coberturas.
Através destes gráficos verifica-se que à medida que a diferença de temperatura
aumenta consegue-se verificar o aumento de fluxo de calor que transita sempre do
meio mais quente para o meio mais frio.
1 - TELHA LUSA COM VIGOTAS E VIGAS EM BETÃO PRÉ-ESFORÇADO
Exp1_19_06
2.5
∆T[ ºC]
2
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Fluxo de Calor [ W/ m2]
1.5
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1
100
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20:04
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15:03
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Figura 6.18 – Variação do fluxo de calor e do diferencial de temperatura
2 - LAJE MACIÇA HORIZONTAL COM TELA PROTEGIDA COM SEIXO (5CM) E TAIPAL
EM MADEIRA
Exp2_26_07
2.5
∆T[ºC]
2
180
Fluxo de Calor [W/m2]
1.5
140
1
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0.5
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13:29
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EXPERIÊNCIA 3 - TELHA LUSA COM VIGOTAS E VIGAS EM BETÃO PRÉ-ESFORÇADO
COM 6 TELHAS DE VENTILAÇÃO
Exp3_27_08
2.5
∆T[ ºC]
2
180
Fluxo de Calor [W/ m2]
1.5
140
1
100
0.5
60
23:27
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4 - TELHA CANUDO COM SUBTELHA SOBRE ESTRUTURA PRÉ-ESFORÇADA
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18
∆T[ ºC]
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MADEIRA, VENTILADA COM TELHA LUSA NATURAL
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∆T[ºC]
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MADEIRA, VENTILADA COM TELHA LUSA PRETA
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∆T[ºC]
14
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180
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4
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15:09
13:29
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6:48
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MADEIRA, VENTILADA COM TELHA LUSA BRANCA
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8
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6
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4
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2
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11:49
10:09
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1:48
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Os resultados obtidos indicam que as soluções de cobertura com laje apresentam
menor fluxo de calor. Estes resultados estão de acordo com o baixo valor do
coeficiente de transmissão térmica (U) da laje.
As telhas apresentam um valor de U maior e pela análise dos resultados obtidos,
verifica-se que esta solução de cobertura apresenta um maior fluxo de calor.
Proj. nº 317-10297
FC/LT/EC
Rel. nº 317-10297-3/12
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Numa 3ª fase monitorizaram-se as condições de conforto térmico da estação piloto
em três configurações distintas. Na primeira configuração ensaiou-se a estação piloto
composta por uma cobertura em laje com um espaço de ar fortemente ventilado, na
segunda configuração a cobertura da estação piloto é composta por laje e espaço de
ar não ventilado e na última configuração a estação piloto é composta uma cobertura
plana.
Estes ensaios ocorreram durante o mês de agosto e setembro.
Cobertura inclinada não ventilada
Cobertura inclinada ventilada
Cobertura plana
Proj. nº 317-10297
FC/LT/EC
Rel. nº 317-10297-3/12
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Temperatura (ºC)
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27
26
25
24
23
22
21
20
19
18
Temperatura Exterior
Cobertura Plana
Cobertura Inclinada não Ventilada
23:45:36
20:52:48
18:00:00
15:07:12
12:14:24
09:21:36
06:28:48
03:36:00
00:43:12
21:50:24
18:57:36
16:04:48
13:12:00
10:19:12
07:26:24
04:33:36
01:40:48
22:48:00
17
Cobertura Inclinada Ventilada
Figura 6.25 – Evolução da temperatura interior em função da temperatura exterior
Temperatura Exterior
Cobertura Plana
Cobertura Inclinada não Ventilada
Cobertura Inclinada Ventilada
Figura 6.26 – Variação da temperatura no interior em função da temperatura exterior
Proj. nº 317-10297
FC/LT/EC
Rel. nº 317-10297-3/12
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A análise dos gráficos permite concluir que:
9 A implementação de uma cobertura inclinada ventilada proporciona
melhor conforto térmico, satisfazendo de uma forma eficaz as
condições de conforto térmico definidas pelo RCCTE. Foi nesta
solução que se registou a menor temperatura interior ao longo das
medições realizadas, durante a estação de arrefecimento (Verão).
9 A inércia térmica da cobertura plana é superior à inércia térmica da
cobertura inclinada não ventilada que por sua vez é superior à
inércia térmica da cobertura inclinada ventilada. Isto é, uma
variação na temperatura exterior induz uma maior variação na
temperatura interior do edifício, quando este é constituído por uma
cobertura inclinada ventilada do que se este fosse constituído por
uma cobertura inclinada não ventilada ou plana;
9 A cobertura plana é a solução que apresenta uma menor variação da
temperatura interior.
A cor das coberturas é um parâmetro importante na determinação das
necessidades energéticas dos edifícios. O ensaio da estação piloto com uma
cobertura com telhas de cor escura, permitiu concluir que as coberturas
escuras contribuem para um aumento médio da temperatura interior na
ordem dos 4ºC, quando comparado com coberturas de cor clara.
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FC/LT/EC
Rel. nº 317-10297-3/12
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5. Ensaio da Reflectividade
A influência da cor da cobertura releva-se muito importante na determinação das
necessidades de arrefecimento de um edifício. Torna-se assim necessário determinar
a absortividade da cobertura em estudo, quantificando a energia reflectida quando
exposta a uma dada quantidade de energia radiante incidente (radiação solar).
α - absortividade solar (função da cor)
ρ - reflectividade solar
No caso de corpos opacos a quantidade de energia transmitida será nula, assim virá
α+ρ=1
A literatura apresenta valores de α para diversos materiais, entre os quais a telha
cerâmica (α = 0.75/0.80), chapa de alumínio (α = 0.05), revestimento asfáltico
(α = 0.85/0.98), pintura branca (α = 0.20), verde-claro (α = 0.40) e preta (α = 0.97).
A energia radiante absorvida transforma-se em energia térmica ou calor e a
reflectida não sofre modificação.
Para melhorar o conforto térmico no interior do edifício, reduzindo a utilização de
equipamentos de climatização, será vantajoso que se consiga maximizar a radiação
reflectida pela cobertura.
A estação de arrefecimento em Portugal é mais longa quando comparada com a
estação de aquecimento, devendo-se adoptar medidas que reduzam a energia
absorvida pela cobertura com a respectiva diminuição das necessidades de
arrefecimento.
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FC/LT/EC
Rel. nº 317-10297-3/12
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5.1. Descrição do Ensaio
Através do método de ensaio previsto na norma ASTM 1918 “Measuring Solar
Reflectance of Horizontal and Low-Sloped Surfaces in the Field” será possível medir a
energia solar reflectida por superfícies horizontais e inclinadas, utilizando um
piranómetro. O método de ensaio deverá ser feito em condições onde o ângulo do sol
com a normal da superfície seja inferior a 45º.
Para superfícies planas e pouco inclinadas, isto limita a realização do teste entre as
9:00 horas e 16:00 horas. Nos meses de inverno (quando o ângulo solar é baixo), o
teste deve se realizar entre as 10:00 horas e 14:00 horas.
O piranómetro é um instrumento usado para medir o total de energia solar radiante
de uma superfície por unidade de tempo e unidade de superfície. A razão entre a
radiação reflectida e a radiação incidente é a reflectância solar.
Inicialmente deve-se orientar o piranómetro na horizontal, virado para o Céu e
quantificar a radiação solar incidente na superfície.
A medição da reflectividade solar requer que o piranómetro seja montado num braço
que minimize o efeito de sombra, a uma altura de 50 cm acima da superfície. O
piranómetro deve ser colocado paralelamente à superfície em que as medições são
conduzidas.
Figura 7.1 – Esquema da montagem do piranómetro – Ensaio ASTM 1918
A superfície deverá estar seca e possuir uma área de cerca de 4 m2. O ensaio deve
ser realizado num dia claro e ensolarado, sem nuvens ou neblina.
As leituras deverão ser constantes durante, pelo menos 10 segundos, e as medições
da radiação incidente e reflectida devem ser realizadas em intervalos de tempo não
superior a 2 minutos.
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5.2. Resultados dos ensaios de Reflectividade / Absortividade
Absortividade
Montagem 1 – Lajeta
0.337
Montagem 2 – Telha Lusa
0.444
Montagem 3 – Telha Plana
0.490
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Absortividade
Montagem 4 – Seixo Rolado
0.771
Montagem 5 - Lajeta
0.759
0.699
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Absortividade
0.662
Montagem 8 – Telha Marselha
0.686
0.884
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Absortividade
0.880
0.878
0.835
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FC/LT/EC
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Absortividade
0.485
0.657
Montagem 15 – Fibrocimento sem
isolamento
0.731
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Absortividade
Montagem 16 – Fibrocimento com
isolamento
0.743
0.788
0.888
0.540
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FC/LT/EC
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Absortividade
0.750
0.891
0.513
0.807
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FC/LT/EC
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Página 31 de 62
Absortividade
0.825
0.865
0.945
0.522
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FC/LT/EC
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Absortividade
0.683
Montagem 29 – Telha Canudo
0.655
0.833
0.783
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FC/LT/EC
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Absortividade
0.782
0.430
0.650
0.623
0.809
Proj. nº 317-10297
FC/LT/EC
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6. Simulação Dinâmica – DesignBuilder
A cobertura do edifício para efeitos de simulação dinâmica foi considerada como um
desvão habitado, para assim avaliar o desempenho energético da cobertura em
função de determinados parâmetros (inclinação, orientação, etc…).
No DesignBuilder desenvolveram-se modelos semelhantes às estações piloto, que
também serão alvo de ensaios experimentais, para estudar o seu comportamento
térmico.
As simulações efectuadas foram feitas em base diária, durante um período de 24
horas, para permitir a comparação com as experiências reais efectuadas em campo.
6.1. Cobertura Inclinada
Neste ensaio, a cobertura inclinada está orientada ao quadrante sul, não existindo
obstruções à estação piloto. As paredes da estação piloto são constituídas por
madeira densa (3.5 cm) e isolamento térmico XPS (20 cm). O pavimento apresenta as
mesmas características que as paredes exteriores. A estação está apoiada sobre pés
metálicos, promovendo um desvão fortemente ventilado.
Figura 4.1 – Esquema da cobertuta inclinada – DesignBuilder
Pavimento Térreo
> Fluxo Vertical Descendente < Interior
XPS
23.5 cm
Madeira Densa (não resinosa)
Exterior
Parede Exterior
> Fluxo Horizontal <
23.5 cm
Exterior
XPS
Interior
Espessura Condutibilidade Calor Especifico Resistência Térmica
(m)
Térmica [W/(m.ºC)]
[(J/kg.ºC)]
[(m2.ºC/W)]
U (W/m2.K)
0.17
0.200
0.037
1470
5.41
0.035
0.23
1900
0.15
0.173
0.04
(m)
[(J/kg.ºC)]
[(m2.ºC/W)]
U (W/m2.K)
0.04
0.035
0.23
1900
0.15
0.200
0.037
1470
5.41
0.175
0.13
Figura 4.2 – Propriedades térmicas dos materiais - paredes exteriores e pavimento
Proj. nº 317-10297
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6.1.1. Solução de cobertura: laje maciça e telha cerâmica
Cobertura Inclinada
> Fluxo Vertical Ascendente< Exterior
Laje maciça (Betão armado com <1%)
Telha Cerâmica
Interior
(m)
[(J/kg.ºC)]
[(m2.ºC/W)]
U (W/m 2.K)
0.04
0.018
2
0.01
0.010
0.600
0.02
6.036
0.10
Figura 4.3 – Propriedades térmicas dos materiais – cobertura
A cobertura é composta por 18 mm de betão armado e telha cerâmica (10 mm de
espessura média).
Figura 4.4 – Solução construtiva – cobertura
As características térmicas dos materiais utilizados nesta solução construtiva,
encontram-se descritas nos seguintes quadros:
Quadro 4.1 – Propriedades da telha
Quadro 4.2 – Propriedades da laje
Recorrendo ao software de simulação dinâmica DesignBuilder, foram realizadas duas
simulações para cada estação climática, estação de aquecimento (Inverno) e estação
de arrefecimento (Verão), variando o valor do coeficiente de absorção entre 0.4
(cores mais claras) e 0.9 (cores mais escuras).
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Página 36 de 62
Para a simulação, foram consideradas temperaturas de conforto 20 e 25 °C, Inverno e
Verão respectivamente.
0.2
Estação Arrefecimento - 1 Agosto
Absorção 0.4
Absorção 0.9
0.175
0.15
Potência [kW]
0.125
0.1
0.075
0.05
0.025
0
0 0 :0
0 :0 0
0 2 :0
0 :0 0
0 4 :0
0 :0 0
0 6 :0
0 :0 0
0 8 :0
0 :0 0
1 0 :0
0 :0 0
0 :0 0 4 :0 0 :0 0 6 :0 0 :0 0 8 :0 0 :0 0 0 :0 0 :0 0 2 :0 0 :0 0
1 2 :0
1
1
1
2
2
Tempo [horas]
Figura 4.5 – Necessidades de energia para arrefecimento
0.18
0.15
Absorção 0.4
Absorção 0.9
Estação de Aquecimento - 9 Janeiro
Potência [kW]
0.12
0.09
0.06
0.03
0
0:00 2:00:00 4:00:00 6:00:00 8:00:00 0:00:00 2:00:00 4:00:00 6:00:00 8:00:00 0:00:00 2:00:00
2
2
1
1
1
1
1
00:0
0
0
0
0
Tempo [horas]
Figura 4.6 – Necessidades de energia para aquecimento
Pode-se verificar que a variação do coeficiente de absorção tem um maior impacto
durante a estação de arrefecimento do que na estação de aquecimento.
No SCE, na forma de cálculo o ganho solar pela envolvente apenas é considerado na
estação de arrefecimento (Verão).
Proj. nº 317-10297
FC/LT/EC
Rel. nº 317-10297-3/12
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6.1.2. Solução de cobertura: laje maciça e telha cerâmica com caixa-de-ar
não ventilada
Nesta solução construtiva considerou-se caixa-de-ar e telha não ventilada.
Cobertura Inclinada
Caixa-de-ar
Telha Cerâmica
Interior
(m)
[(J/kg.ºC)]
[(m2.ºC/W)]
U (W/m 2.K)
0.04
0.018
2
0.01
0.400
0.4
0.16
3.071
0.010
0.60
0.02
0.10
0.2
Estação de Arrefecimento - 1 Agosto
0.175
Absorção 0.4
Absorção 0.9
Potência [kW]
0.15
0.125
0.1
0.075
0.05
0.025
0
0
00:0
:00
0:0
02:0
0
0:0
04:0
0
0
06:0
:00
0:00
0:00 8:00:00 0:00:00
0:00 2:00:00 4:00:00
0:00
22:0
2
1
1
16:0
1
10:0
08:0
Tempo [horas]
Proj. nº 317-10297
FC/LT/EC
Rel. nº 317-10297-3/12
Revisão: 0
Página 38 de 62
6.1.3. Solução de cobertura: laje maciça e telha cerâmica com caixa-de-ar
fracamente ventilada
Nesta solução construtiva considerou-se caixa-de-ar fracamente ventilada e telha.
Cobertura Inclinada
Caixa-de-ar
Telha Cerâmica
Interior
(m)
[(J/kg.ºC)]
[(m2.ºC/W)]
U (W/m 2.K)
0.04
0.018
2
0.01
0.400
0.2
0.08
4.071
0.010
0.60
0.02
0.10
0.2
0.175
Absorção 0.4
Absorção 0.9
Potência [kW]
0.15
0.125
0.1
0.075
0.05
0.025
0
0
00:0
:00
0:00 4:00:00 6:00:00 8:00:00 0:00:00 2:00:00 4:00:00 6:00:00 8:00:00 0:00:00 2:00:00
1
02:0
1
0
0
1
0
1
1
2
2
Tempo [horas]
Proj. nº 317-10297
FC/LT/EC
Rel. nº 317-10297-3/12
Revisão: 0
Página 39 de 62
6.1.4. Solução de cobertura: telha cerâmica
Figura 4.11 – Solução construtiva - cobertura
(m)
[(J/kg.ºC)]
[(m2.ºC/W)]
U (W/m 2.K)
0.04
0.010
0.600
0.017
6.383
0.10
Cobertura Inclinada
Telha Cerâmica
Interior
Figura 4.12 – Propriedades térmicas dos materiais utilizados na cobertura
A cobertura é composta por telha cerâmica de 10 mm de espessura média.
As características térmicas do material encontram-se descritas no seguinte quadro:
Proj. nº 317-10297
FC/LT/EC
Rel. nº 317-10297-3/12
Revisão: 0
Página 40 de 62
0.2
0.175
Absorção 0.4
Potência [kW]
0.15
Absorção 0.9
0.125
0.1
0.075
0.05
0.025
0
0 :0 0
00 :0
0 :0 0
0 :0 0
02 :0
04 :0
0 :0 0 8 :00 :0 0
06 :0
0
0 :0 0 2 :00 :0 0
0 :0 0
0 :0 0
10 :0
1
14 :0
16 :0
Tempo [horas]
0 :0 0
0 :0 0
18 :0
20 :0
0 :0 0
22 :0
0.18
Absorção 0.4
0.15
Estação de Aquecimento - 9 Janeiro
Absorção 0.9
Potência [kW]
0.12
0.09
0.06
0.03
0
0:00 2:00:00 4:00:00 6:00:00 8:00:00 0:00:00 2:00:00 4:00:00 6:00:00 8:00:00 0:00:00 2:00:00
0 0:0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
2
2
Tempo [horas]
No Sistema de Certificação Energética (SCE), na forma de cálculo o ganho solar pela
envolvente apenas é considerado na estação de arrefecimento (Verão).
Proj. nº 317-10297
FC/LT/EC
Rel. nº 317-10297-3/12
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Página 41 de 62
6.1.5. Solução de cobertura: telha cerâmica e contra-ripado com caixa-de-ar
não ventilada
Nesta solução construtiva considerou-se caixa-de-ar não ventilada.
Cobertura Inclinada
Telha Cerâmica
Caixa-de-ar
Interior
(m)
[(J/kg.ºC)]
[(m2.ºC/W)]
U (W/m 2.K)
0.04
0.010
0.60
0.017
3.158
0.400
0.4
0.16
0.10
0.2
0.175
Potência [kW]
0.15
Absorção 0.4
Absorção 0.9
0.125
0.1
0.075
0.05
0.025
0
0:00
0:00 2:00:00 4:00:00 6:00:00 8:00:00 0:00:00 2:00:00 4:00:00 6:00:00 8:00:00 0:00:00
22:0
2
1
1
1
1
1
0
0
0
0
00:0
Tempo [horas]
Proj. nº 317-10297
FC/LT/EC
Rel. nº 317-10297-3/12
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Página 42 de 62
6.1.6. Solução de cobertura: telha cerâmica e contra-ripado com caixa-de-ar
Nesta solução construtiva considerou-se caixa-de-ar fracamente ventilada.
Cobertura Inclinada
Telha Cerâmica
Caixa-de-ar
Interior
(m)
[(J/kg.ºC)]
[(m2.ºC/W)]
U (W/m 2.K)
0.04
0.010
0.60
0.017
4.225
0.400
0.2
0.08
0.10
0.2
0.175
Potência [kW]
0.15
Absorção 0.4
Absorção 0.9
0.125
0.1
0.075
0.05
0.025
0
0:00
0:00 2:00:00 4:00:00 6:00:00 8:00:00 0:00:00 2:00:00 4:00:00 6:00:00 8:00:00 0:00:00
22:0
2
1
1
1
1
1
0
0
0
0
00:0
Tempo [horas]
Proj. nº 317-10297
FC/LT/EC
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Página 43 de 62
6.2. Cobertura Plana
Na simulação da cobertura tipo plana, considerou-se a não existência obstruções.
As paredes da estação piloto são em madeira densa (3.5 cm) e isolamento térmico
XPS (20 cm). O pavimento tem as mesmas características que as paredes exteriores.
A estação encontra-se apoiada sobre pés metálicos que promove um desvão
fortemente ventilado.
Figura 4.19 – Esquema da cobertuta plana - DesignBuilder
Pavimento Térreo
> Fluxo Vertical Descendente < Interior
XPS
23.5 cm
Exterior
Parede Exterior
> Fluxo Horizontal <
23.5 cm
Exterior
XPS
Interior
(m)
[(J/kg.ºC)]
[(m2.ºC/W)]
U (W/m 2.K)
0.17
0.200
0.037
1470
5.41
0.035
0.23
1900
0.15
0.173
0.04
(m)
[(J/kg.ºC)]
[(m2.ºC/W)]
U (W/m 2.K)
0.04
0.035
0.23
1900
0.15
0.200
0.037
1470
5.41
0.175
0.13
Figura 4.20 – Propriedades térmicas dos materiais utilizados nas paredes exteriores e pavimento
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Revisão: 0
Página 44 de 62
6.2.1. Solução de cobertura: laje maciça e telha cerâmica
Cobertura Inclinada
Telha Cerâmica
Interior
(m)
[(J/kg.ºC)]
[(m2.ºC/W)]
U (W/m 2.K)
0.04
0.018
2
0.01
0.010
0.600
0.02
6.036
0.10
A cobertura é composta por betão armado com 18 cm e telha cerâmica com
espessura média de 10 mm.
Figura 4.22 – Solução de Cobertura
As características térmicas do material encontram-se descritas nos seguintes
quadros:
Quadro 4.5 – Propriedades da laje
Proj. nº 317-10297
FC/LT/EC
Rel. nº 317-10297-3/12
Revisão: 0
Página 45 de 62
0.2
0.175
Absorção 0.4
Absorção 0.9
0.15
Potência [kW]
0.125
0.1
0.075
0.05
0.025
0
0:00 2:00:00 4:00:00 6:00:00 8:00:00 0:00:00 2:00:00 4:00:00 6:00:00 8:00:00 0:00:00 2:00:00
0 0 :0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
2
2
Tempo [horas]
0.18
Estação Aquecimento- 9 Janeiro
Absorção 0.4
0.15
Absorção 0.9
Potência [kW]
0.12
0.09
0.06
0.03
0
0:00 2:00:00 4:00:00 6:00:00 8:00:00 0:00:00 2:00:00 4:00:00 6:00:00 8:00:00 0:00:00 2:00:00
0 0 :0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
2
2
Tempo [horas]
Proj. nº 317-10297
FC/LT/EC
Rel. nº 317-10297-3/12
Revisão: 0
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6.2.2. Solução de cobertura: laje maciça com tela protegida com seixo
Cobertura Plana
Seixo
Betão Armado (<1%) de inertes
Interior
(m)
[(J/kg.ºC)]
[(m2.ºC/W)]
U (W/m 2.K)
0.04
0.060
2.000
0.03
0.180
2.000
840.000
0.09
3.846
0.10
A cobertura é composta por betão armado com 18 cm e seixo com 6 cm de altura
Figura 4.26 – Solução de Cobertura
As características térmicas do material encontram-se descritas nas seguintes figuras:
Quadro 4.6 – Propriedades do seixo
Quadro 4.7 – Propriedades da cobertura
Proj. nº 317-10297
FC/LT/EC
Rel. nº 317-10297-3/12
Revisão: 0
Página 47 de 62
0.2
0.175
Absorção 0.4
Absorção 0.9
Potência [kW]
0.15
0.125
0.1
0.075
0.05
0.025
0
0:00 2:00:00 4:00:00 6:00:00 8:00:00 0:00:00 2:00:00 4:00:00 6:00:00 8:00:00 0:00:00 2:00:00
0 0 :0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
2
2
Tempo [horas]
0.18
Estação Aquecimento- 9 Janeiro
Absorção 0.4
0.15
Absorção 0.9
Potência [kW]
0.12
0.09
0.06
0.03
0
0:00 2:00:00 4:00:00 6:00:00 8:00:00 0:00:00 2:00:00 4:00:00 6:00:00 8:00:00 0:00:00 2:00:00
0 0 :0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
2
2
Tempo [horas]
Proj. nº 317-10297
FC/LT/EC
Rel. nº 317-10297-3/12
Revisão: 0
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6.3. Análise de Resultados
No quadro seguinte apresenta-se um resumo dos resultados obtidos através de
simulação dinâmica, para as diferentes soluções estudadas e simuladas.
Cobertura Inclinada
Com Laje Maciça e Telha Cerâmica
Telha Cerâmica e Contra-Ripado
Sem caixa-de-ar
Sem caixa-de-ar
0.2
0.2
0.15
0.125
0.125
0.1
0.075
0.05
0.025
0:00
Absorção 0.4
Absorção 0.9
0.1
0.075
0.05
0.025
0
00:0
0.175
0.15
Potência [kW]
Potência [kW]
Absorção 0.4
Absorção 0.9
0.175
0
0:00 4:00:00 6:00:00 8:00:00 0:00:00 2:00:00 4:00:00 6:00:00 8:00:00 0:00:00 2:00:00
2
2
1
1
1
1
1
0
0
0
02:0
Tempo [horas]
00:0
0:00
02:0
0:00
Com caixa-de-ar não ventilada
0.2
Potência [kW]
Potência [kW]
0.1
0:00
10:0
0:00
12:0
0:00
14:0
0:00
Tempo [horas]
16:0
0:00
18:0
0:00
20:0
0:00
22:0
0:00
0.125
0.1
0.075
0.05
0.05
0.025
0.025
0
0
02:0
0:00
04:0
0:00
06:0
0:00
08:0
0:00
10:0
0:00
00:0
0:00 4:00:00 6:00:00 8:00:00 0:00:00 2:00:00
2
2
1
1
1
12:0
Tempo [horas]
0:00
02:0
0:00
Com caixa-de-ar fracamente
0.2
04:0
0:00
06:0
0:00
08:0
0:00
10:0
0:00
12:0
0:00
0
14:0
:00
Tempo [horas]
16:0
0:00
18:0
0:00
20:0
0:00
22:0
0:00
Com caixa-de-ar fracamente
0.2
0.175
0.175
Absorção 0.4
0.15
Absorção 0.4
Absorção 0.9
0.15
Absorção 0.9
0.125
0.125
Potência [kW]
Potência [kW]
08:0
Absorção 0.4
Absorção 0.9
0.15
0.075
0.1
0.1
0.075
0.075
0.05
0.05
0.025
0.025
0
0
0:00
0:00
0.175
0.15
00:0
06:0
0.2
Absorção 0.4
Absorção 0.9
0.125
0:00
0:00
Com caixa-de-ar não ventilada
0.175
00:0
04:0
02:0
0:00
04:0
0:00
06:0
0:00
08:0
0:00
10:0
0:00
12:0
0:00
14:0
Tempo [horas]
0:00
16:0
0:00
18:0
0:00
20:0
0:00
22:0
0
00:0
0:00
:00
0:00
02:0
04:0
0:00
06:0
0:00
0
08:0
:00
10:0
0:00
0
12:0
:00
0
14:0
Tempo [horas]
:00
0:00
16:0
18:0
0:00
20:0
0:00
0
22:0
:00
Cobertura Plana
Telha Cerâmica com laje maciça
0.2
0.2
Absorção 0.4
Absorção 0.9
0.15
0.15
0.125
0.125
0.1
0.075
0.05
Absorção 0.4
Absorção 0.9
0.175
Potência [kW]
Potência [kW]
0.175
Laje maciça com tela protegida com seixo
0.1
0.075
0.05
0.025
0.025
0
0
0:00 2:00:00 4:00:00 6:00:00 8:00:00 0:00:00 2:00:00 4:00:00 6:00:00 8:00:00 0:00:00 2:00:00
00:0
0
0
0
0
1
1
1
1
1
2
2
Tempo [horas]
0:0
00:0
0
0:00 4:00:00 6:00:00 8:00:00 0:00:00 2:00:00 4:00:00 6:00:00 8:00:00 0:00:00 2:00:00
02:0
0
0
0
1
1
1
1
1
2
2
Tempo [horas]
Quadro 4.8 – Necessidades de arrefecimento
Proj. nº 317-10297
FC/LT/EC
Rel. nº 317-10297-3/12
Revisão: 0
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No quadro seguinte apresentam-se os resultados da simulação dinâmica em termos
absolutos, ou seja, a energia necessária para climatizar o espaço, na estação de
arrefecimento, em função da absortividade, tipo de cobertura e existência ou não de
caixa-de-ar. Esta simulação foi realizada para uma cobertura inclinada de uma água.
Chama-se a atenção que os resultados apresentados são exclusivamente obtidos pelo
programa de simulação dinâmica DesignBuilder, com as devidas simplificações
referidas no RCCTE e no documento “Perguntas e Respostas” publicado pela ADENE.
Na simulação dinâmica também foi considerada a solução de cobertura com caixa-dear não ventilada, apesar desta solução ser bastante difícil de se reproduzir na
realidade.
Consumo [kWh/dia] - Estação de Arrefecimento
Sem caixa-de-ar
Com caixa-de-ar
não ventilada
Com caixa-de-ar
Cobertura
Plana
Cobertura
Inclinada
Reflectividade = 10%
Telha Cerâmica
e Contra-Ripado
1.31
0.80
1.01
Laje Maciça e
Telha cerâmica
1.21
0.78
0.93
Seixo Rolado
0.47
-
-
Cobertura
Plana
Cobertura
Inclinada
Telha Cerâmica
e Contra-Ripado
0.61
0.46
0.51
Laje Maciça e
Telha cerâmica
0.55
0.41
0.47
Seixo Rolado
0.23
-
-
Caixa-de-ar fortemente ventilada
Cobertura
Inclinada
Laje Maciça e
Telha cerâmica
0.08
Quadro 4.9 – Necessidades de arrefecimento (kWh), base diária
Proj. nº 317-10297
FC/LT/EC
Rel. nº 317-10297-3/12
Revisão: 0
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Os resultados demonstram que a existência de caixa-de-ar é o parâmetro com maior
impacto no consumo de energia. Isto porque, a resistência de uma caixa-de-ar não
ventilada é maior do que a ventilada, reduzindo desta forma o coeficiente de
transmissão térmica U [W/m2.ºC] da cobertura.
No consumo global do edifício com cobertura em laje as necessidades de
arrefecimento serão cerca de 8% inferiores do que no caso de se recorrer a uma
solução de ripado com telhas.
No caso de se considerar a existência de uma caixa-de-ar não ventilada, quer a nível
da solução de laje e da solução com telha cerâmica, a diferença das necessidades de
arrefecimento entre estas soluções será apenas de cerca de 2.5%.
A cobertura fortemente ventilada é uma solução com elevado grau de aplicação a
nível da habitação tradicional em Portugal. Para este tipo de solução o coeficiente
de absorção é zero, não se considerando ganhos devido à radiação solar, assim esta é
a solução que apresenta menores necessidades de arrefecimento, cerca de 0.08 kWh.
Esta situação não se verifica na prática aquando da aplicação de diferentes materiais
na cobertura (exemplo: telha versus chapa de zinco). Sendo a aplicação com vão
fortemente ventilado a solução mais vantajosa, será desejável rever o RCCTE pois o
Regulamento não favorece este aspecto.
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FC/LT/EC
Rel. nº 317-10297-3/12
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7. Orientação e Inclinação das Coberturas
Nos capítulos anteriores pretendeu-se estudar o impacto que diferentes cores, logo
diferentes absortividades, provocam nas necessidades de climatização.
Os dados experimentais obtidos foram realizados com estações piloto com apenas
uma água, mas para que as situações estudadas reflectissem a maioria dos tipos de
coberturas existentes, realizaram-se também simulações com coberturas de duas
águas.
Foi também analisado o efeito que a orientação e inclinação provocam no consumo
de energia para climatização.
Figura 5.1 – Esquema da cobertuta inclinada, orientação Norte - Sul
Figura 5.2 – Esquema da cobertuta inclinada, orientação Este - Oeste
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FC/LT/EC
Rel. nº 317-10297-3/12
Revisão: 0
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7.1. Cobertura com duas águas
As simulações foram realizadas para vários ângulos de inclinação da cobertura e para
duas orientações (Norte - Sul e Este - Oeste). Nas figuras seguintes apresentam-se os
resultados simulados para o dia 1 de Agosto, estação de arrefecimento.
0.2
0.175
0.15
Absorção 0.4 - Norte/Sul
Absorção 0.4 - Este/Oeste
20º Inclinação
Potência [kW]
0.125
0.1
0.075
0.05
0.025
0
0:00
0:00
0:00
0:00
0:00
0:00
0:00
0:00
0:00
0:00
0:00
0:00
00:0
02:0
04:0
06:0
08:0
10:0
12:0
14:0
16:0
18:0
20:0
22:0
Tempo [horas]
0.2
0.175
0.15
30º Inclinação
Potência [kW]
0.125
0.1
0.075
0.05
0.025
0
0:00
0:00
0:00
0:00
06:0
04:0
02:0
00:0
≈
0.2
0.175
0.15
0:00
0:00
0:00
0:00
0:00
0:00
0:00
0:00
22:0
20:0
18:0
16:0
14:0
12:0
10:0
08:0
Tempo [horas]
40º Inclinação
Absorção 0.9 - Norte - Sul
Absorção 0.9 - Este - Oeste
Potência [kW]
0.125
0.1
0.075
0.05
0.025
0
0:00
0:00 4:00:00
0:00
0:00 0:00:00 2:00:00 4:00:00 6:00:00
0:00 0:00:00 2:00:00
00:0
02:0
0
06:0
08:0
1
1
1
1
18:0
2
2
Tempo [horas]
Proj. nº 317-10297
FC/LT/EC
Rel. nº 317-10297-3/12
Revisão: 0
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7.2. Cobertura com uma água
Para a cobertura com uma água foi considerado a mesma inclinação usada na estação
piloto (≈ 20º), com duas orientações diferentes (Norte-Sul e Este-Oeste).
0.2
0.175
0.15
Potência [kW]
0.125
Uma Água ≈ 20º
0.1
0.075
0.05
0.025
0
00:0
0:00
02:0
0:00
04:0
0:00
06:0
0:00
08:0
0:00
10:0
0:00
0:00
0:00
14:0
12:0
Tempo [horas]
16:0
0:00
18:0
0:00
20:0
0:00
22:0
0:00
Proj. nº 317-10297
FC/LT/EC
Rel. nº 317-10297-3/12
Revisão: 0
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7.3. Análise de resultados
No quadro seguinte apresenta-se os resultados em termos absolutos, ou seja, a
potência necessária para climatizar o espaço, em função da absortividade,
orientação, inclinação e número de águas.
Absortividade
Orientação
Norte/Sul
0.9
Este/Oeste
Norte/Sul
0.4
Este/Oeste
Inclinação
Solução Cobertura
Duas Águas Uma Água
[kWh]
[kWh]
20º
1.18
1.31
30º
1.18
-
40º
1.23
-
20º
1.19
1.13
30º
1.20
-
40º
1.30
-
20º
0.53
0.61
30º
0.54
-
40º
0.57
-
20º
0.53
0.52
30º
0.54
-
40º
0.57
-
Quadro 5.1 – Necessidades de arrefecimento (kWh), base diária
Os resultados demonstram que a absortividade é o parâmetro com maior impacto no
consumo de energia, sendo que para absortividades menores, menor é o consumo de
energia.
A orientação da cobertura tem maior impacto em soluções de cobertura de uma
água, sendo o seu efeito menor no caso de coberturas de duas águas.
A variação da orientação da cobertura não tem uma influência muito relevante no
consumo de energia.
Verifica-se uma tendência de decréscimo do consumo de energia para menores
ângulos de inclinação da cobertura.
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Rel. nº 317-10297-3/12
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8. Recomendações
Os resultados obtidos no âmbito deste projecto contribuíram para a elaboração de
um conjunto de boas práticas, que poderão ser usadas na escolha de coberturas.
A partir dos resultados obtidos nos ensaios experimentais realizados e simulações
dinâmicas, as coberturas inclinadas constituídas por uma solução construtiva
composta
por
laje
e
telha
cerâmica
ventilada
apresenta-se
como
sendo
energeticamente mais eficiente.
A solução de cobertura funcionará quer na estação de aquecimento (inverno) quer na
estação de arrefecimento (verão), devendo adoptar-se uma solução de compromisso
para a cobertura que não penalize o seu desempenho energético em qualquer uma
das estações do ano.
A zona climática do país onde se irá construir a cobertura é o primeiro input num
processo de escolha da cobertura. As condições climáticas do local serão
determinantes na selecção da cobertura. No caso da amplitude térmica ser elevada
deve-se optar por uma cobertura com laje ao invés de uma cobertura sem laje, pois
apresentará uma inércia térmica maior que contribuirá para minimizar as variações
da temperatura exterior. No entanto no pico do verão esta situação poderá conduzir
situações de desconforto térmico, principalmente no período nocturno, por não
conseguir reduzir a temperatura interior.
Numa situação em que se pretenda reduzir os ganhos solares pela cobertura (ex.
período de arrefecimento) esta deverá ser ventilada, mas se se pretender aumentar a
resistência térmica (ex. período de aquecimento) da cobertura deverá optar-se por
uma solução de cobertura não ventilada. No entanto não é fácil ter um sistema que
altere a sua geometria verão-inverno ou cor da superfície exterior. Assim, do ponto
de vista do RCCTE e das condições de conforto térmico preconizadas no regulamento,
o período de arrefecimento apresenta maior consumo, logo recomenda-se nesta
situação a cobertura ventilada que contribui para menor consumo energético.
Chama-se a atenção que o regulamento, devido às condições de conforto térmico que
impõe e à duração das estações de aquecimento e arrefecimento, conduz
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FC/LT/EC
Rel. nº 317-10297-3/12
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teoricamente ao maior consumo de energia na estação de arrefecimento do que na
estação de aquecimento, mas, na realidade prática, o que se verifica é o inverso.
Comparativamente a países tais como França ou Espanha, em Portugal os edifícios
destinados a habitação não são permanentemente climatizado nas diferentes
estações. O facto de Portugal apresentar um clima ameno e as atitudes
comportamentais adquiridas ao longo do tempo, demonstram uma realidade em que
existe um consumo bastante intensivo de energia, mas apenas durante estação de
aquecimento. O aquecimento é produzido principalmente recorrendo-se a unidades
individuais em detrimento dos sistemas centralizados, pois o aquecimento é apenas
realizado em determinados períodos do dia, somente em algumas divisões do
edifício.
Na estação de arrefecimento o comportamento adoptado pelas pessoas em Portugal
demonstra, apesar desta estação ser mais longa que o período de aquecimento, que
a energia consumida durante este período é menor, fruto da solução de cobertura
existente e atitudes comportamentais tais como aberturas de janelas para promover
a ventilação natural. A realização de estudos e procura de novas soluções,
nomeadamente a construção solar passiva, deverá contribuir para a redução do
consumo energético na estação de arrefecimento, procurando que este valor seja o
mais baixo possível ou mesmo nulo.
O RCCTE poderá ser ajustado nestes aspectos, pois existe algum desfasamento entre
a garantia das condições de conforto térmico previstas no regulamento e as
verificadas no contexto da realidade habitacional em Portugal. O clima ameno que
Portugal possui e as atitudes comportamentais, contribui para um consumo de
energia destinado à climatização que é maior e concentrado no inverno, e muito
menor no verão. Na realidade, o potencial de poupança na estação de arrefecimento
não é tão elevado como previsto, pois não somos um país com hábitos de
arrefecimento mecânico no interior das nossas habitações.
Em locais que apresentem um menor nível de radiação solar, deverá implementar-se
coberturas com maior inclinação de forma a maximizar a energia absorvida. Por sua
vez, se o local apresentar um forte nível de radiação solar, deve-se optar por
soluções com menor inclinação. Em Portugal, geralmente, os locais com menos
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radiação solar, apresentam um nível de pluviosidade maior, e a escolha numa fase
inicial de uma cobertura inclinada para além de maximizar a energia absorvida,
também contribui para um melhor escoamento da água da chuva.
Outro factor que se deve considerar é cor da cobertura,
devendo-se optar por cores mais claras em zonas com nível
de radiação solar mais elevado, normalmente zonas mais
quentes, e no sentido oposto cores mais escuras para zonas
com menor radiação solar.
A escolha da orientação da cobertura será o parâmetro com menor impacto no
desempenho energético da cobertura.
Assim, no caso de Portugal, sendo o norte do país uma zona normalmente mais fria e
chuvosa a escolha da cobertura deverá recair em soluções do tipo com laje, maior
ângulo de inclinação e cores mais escuras.
Já o sul do país apresenta maiores níveis de radiação solar e deverá optar-se por
coberturas com ângulo de inclinação mais reduzidos, cores mais claras e com
ventilação.
É evidente que se o comportamento das pessoas fosse conforme o previsto no
regulamento, a escolha do tipo de cobertura deveria ser feita com base no seu
desempenho durante a estação de arrefecimento, mas tal não acontece na realidade
pois não existe hábito de consumo de energia para arrefecer.
A escolha do tipo de cobertura será sempre uma solução de compromisso, tentando
maximizar o seu desempenho quer no inverno quer no verão.
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9. Conclusões
O presente estudo para além de identificar alguns ajustamentos que serão
necessários a considerar na revisão do actual RCCTE, também contribuiu para
determinar qual o tipo de cobertura que é energeticamente mais eficiente e criar um
conjunto de parâmetros (orientação, inclinação; solução construtiva adoptada, etc.)
que deverão ser avaliados aquando da selecção de uma cobertura a instalar numa
determinada zona climática.
No momento em que o RCCTE ainda se encontra em fase de revisão, este trabalho
surge como um contributo e uma oportunidade para influenciar a revisão do actual
regulamento, permitindo justificar a introdução de alterações que reflictam melhor
as condições reais de utilização dos edifícios em Portugal.
A análise e interpretação de resultados dos ensaios realizados, complementados pela
simulação dinâmica, indicaram a solução construtiva composta por laje e telha
cerâmica ventilada como sendo energeticamente mais eficiente.
O estudo dos diferentes parâmetros permitiu concluir que a cor das coberturas é um
dos parâmetros que mais contribui para reduzir as necessidades de arrefecimento. As
cores mais claras contribuem para menores consumos de energia no verão. O RCCTE
contempla a influência da cor a nível dos ganhos solares, definida pela absortividade
(α) do elemento opaco.
O ângulo de inclinação da cobertura também influencia as necessidades de
arrefecimento, sendo que para ângulos mais pequenos se verificam menores
necessidades de arrefecimento. A quantidade de energia transmitida à cobertura
aumenta com a inclinação da cobertura, sendo esta quantidade mínima para o caso
de coberturas planas. A partir duma inclinação de 30º, os valores das necessidades de
arrefecimento já demonstram um notório agravamento.
A orientação da cobertura é um parâmetro com pouca influência nas necessidades de
arrefecimento, sendo este um factor mais importante a nível do edifício do que a
nível da cobertura.
Proj. nº 317-10297
FC/LT/EC
Rel. nº 317-10297-3/12
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Da análise das diversas experiências realizadas verifica-se o efeito que a laje tem na
variação da temperatura interior da estação piloto, sendo menos susceptível às
variações climatéricas do exterior (radiação solar, temperatura exterior).
Nas situações em que se recorre a uma situação de contrarripado e inexistência de
laje, as variações das condições exteriores reflectem-se mais facilmente no interior
das estações piloto.
O factor que contribui para o aumento ou diminuição dos ganhos solares através da
cobertura é a sua constituição. Ou seja, torna-se evidente que uma cobertura com
telha cerâmica tem um comportamento térmico diferente de uma mesma cobertura
em chapa de zinco. Apesar de, em certos casos, existir um espaço fortemente
ventilado entre a telha e a laje, as trocas de calor não conseguem ser totalmente
anuladas. Este facto deverá ser contemplado pelo RCCTE, de modo a reflectir as
diferentes soluções de cobertura adoptadas.
No caso de soluções de cobertura com telha é possível promover uma ventilação
eficiente do espaço, o que já não acontece com coberturas em chapas de zinco ou
placas de fibrocimento, contribuindo para o conforto térmico. O ar ao ser aquecido
diminuirá a sua densidade e por fenómenos de convecção natural irá subir,
escapando-se sobre as juntas das telhas, o que não acontece no caso de coberturas
em chapas de zinco ou placas de fibrocimento, em que o ar quente fica condicionado
naquele espaço gerando um sobreaquecimento e diminuição do conforto térmico.
Proj. nº 317-10297
FC/LT/EC
Rel. nº 317-10297-3/12
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10. Disposições Finais
O RCCTE está na fase final da sua revisão, tendo sido foi proposta uma alteração no
método de contabilização dos ganhos pela cobertura.
No regulamento em vigor, a influência do tipo de cobertura no cálculo das
necessidades nominais de arrefecimento depende apenas da cor da superfície
exterior à qual está associada um coeficiente de absorção solar (α).
No caso de coberturas fortemente ventiladas o RCCTE assume que o coeficiente de
absorção é nulo, não considerando qualquer tipo de ganho solar independentemente
do material aplicado na solução construtiva da cobertura. Esta simplificação, por
exemplo, não diferencia uma cobertura em telha cerâmica de outra em chapa
quando a cobertura é do tipo fortemente ventilada.
No âmbito da actual revisão do RCCTE, foi apresentada uma proposta de revisão em
que se contemplava a influência do tipo de cobertura, nomeadamente a nível da cor,
emissividade e inércia. A influência destes parâmetros deu origem a uma tabela com
diversos coeficientes, obtidos com recurso a estudos e simulações, que mais tarde se
viriam a reduzir a apenas 2 únicos valores numéricos.
No presente estudo, por limitação do número de estações piloto monitorizadas
simultaneamente, não foi possível determinar coeficientes que pudessem reflectir a
influência dos diferentes tipos de coberturas no cálculo das necessidades de
arrefecimento. A diferença nos resultados finais para os vários tipos de coberturas é
reduzida, sendo por isso absolutamente necessário que a simulação das diferentes
soluções ocorra em simultâneo sob as mesmas condições meteorológicas.
No entanto, prevê-se que a curto/médio prazo se possa dar continuidade ao trabalho
realizado, sendo possível demonstrar com dados experimentais o impacto no cálculo
das necessidades de arrefecimento pela adopção de diferentes coberturas.
A validação dos anteriores valores seria possível pela realização de medições em
simultâneo em várias estações piloto devidamente orientadas e climatizadas,
compostas por diferentes tipos de coberturas.
Proj. nº 317-10297
FC/LT/EC
Rel. nº 317-10297-3/12
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A nova revisão prevê mecanismos formais mas expeditos para alterações legislativas,
para que se possam transpor, no menor curto espaço de tempo, para o regulamento
as modificações e alterações resultantes dos estudos entretanto realizados e
validados.
Apesar de nesta fase de revisão do RCCTE ter-se abordado o tema da influência do
tipo de cobertura no comportamento térmico do edifício, não se espera que haja
alteração a este nível. No entanto, logo que surjam resultados devidamente
validados que contribuam para uma maior aproximação às situações reais, espera-se
que as mesmas sejam incorporadas no regulamento e sejam consideradas e
adoptadas por projectistas e peritos envolvidos no processo de Certificação
Energética.
Coimbra, Novembro de 2012
Fernando Cunha
Luís Trindade
Eduardo Cardoso
Unidade de Medição e Racionalização de Energia - Habitat
Proj. nº 317-10297
FC/LT/EC
Rel. nº 317-10297-3/12
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Estudo do Comportamento Térmico das Coberturas com Telhas

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