O cálculo da carga térmica é uma habilidade fundamental para projetistas e consultores de HVAC. Considere que a refrigeração ambiente está entre as despesas energéticas mais elevadas nos edifícios, especialmente durante o verão. Contudo, para dimensionar adequadamente um sistema de refrigeração espacial, primeiro devemos saber a quantidade de calor que deve ser removida – este é precisamente o propósito do cálculo da carga térmica.
O calor nos edifícios pode vir de fontes internas, como aparelhos elétricos, ou de fontes externas, como o sol. Um cálculo de carga térmica considera todas as fontes presentes e determina seu efeito total.
Visão geral das principais fontes de calor
Embora existam muitas maneiras pelas quais o calor pode ser gerado, direta ou indiretamente, a seguir estão algumas das principais fontes nos interiores de edifícios:
1) Ganho de calor solar: Existem três maneiras diferentes pelas quais o calor do sol pode atingir os espaços interiores – condução, convecção e radiação. A condução ocorre através das paredes e telhados, uma vez que estão expostos a uma diferença de temperatura entre o interior do edifício e o ambiente exterior mais quente. Convecção refere-se à transferência de calor devido ao movimento em massa do ar quente externo ou ao movimento do ar interno entre superfícies em diferentes temperaturas. Finalmente, a radiação é uma forma direta de transferência de calor que ocorre quando a luz solar entra nos edifícios através de janelas ou outras superfícies transparentes. Tanto a radiação quanto a convecção podem interagir com a condução nas superfícies das paredes e telhados. Para muitos edifícios, o sol é a maior fonte de calor.
O ganho de calor solar para uma sala específica depende muito de sua direção ou alinhamento – considere que a posição do sol no céu muda ao longo do dia. Pela manhã, as paredes e janelas voltadas para o leste ficam expostas à luz solar direta. As superfícies voltadas para o sul estão expostas à luz solar direta durante o meio-dia e as superfícies voltadas para o oeste durante a tarde. As paredes voltadas para o norte apresentam o menor ganho de calor solar.
Dependendo de como ocorre o ganho de calor solar, seus efeitos podem ser sentidos imediatamente ou ao longo de um período de tempo. Por exemplo, a entrada de calor solar através de janelas de vidro (radiação) tem um efeito imediato. Por outro lado, quando o ganho de calor ocorre por condução através das paredes, as próprias paredes armazenam calor e este continua a ser libertado no interior durante a noite.
2) Calor dos Seres Humanos: Os ocupantes também são uma importante fonte de calor no interior dos edifícios. Considere que um ser humano consome centenas de calorias todos os dias na forma de alimentos, e parte dessa energia é liberada na forma de calor durante os processos metabólicos. O calor liberado pelo ser humano é ainda maior durante atividades físicas intensas, por meio da transpiração (sudorese).
Considere que o efeito de aquecimento dos seres humanos também aumenta dependendo da densidade de ocupantes. Como resultado, a contribuição humana para a carga térmica total pode ser especialmente elevada em grandes espaços climatizados, como salas, auditórios, teatros, cinemas e aeroportos.
3) Calor do ar externo: O ar mais quente fora dos espaços condicionados é denominado ar externo ou ar atmosférico. Devido à sua temperatura mais elevada, o ar exterior tende a aumentar a temperatura ambiente média quando entra em espaços interiores.
Embora alguma troca de ar seja normal quando portas e janelas estão abertas, o ar exterior também pode entrar em espaços condicionados através de fugas em torno de portas, janelas e outros elementos da envolvente do edifício. O calor retido pelo ar exterior provém em grande parte do sol, mas também pode ser proveniente de veículos ou de outros edifícios.
4) Calor de aparelhos elétricos e eletrônicos: Os espaços interiores estão repletos de aparelhos eléctricos e electrónicos, como luminárias, televisores, máquinas de café, esquentadores, etc. Estes aparelhos consomem electricidade e libertam algum calor em espaços com ar condicionado. Use aparelhos energeticamente eficientes para minimizar o seu efeito de aquecimento.
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Procedimento de cálculo de carga térmica
Para um cálculo da carga térmica é necessário realizar um levantamento de todas as divisões do edifício e identificar todas as fontes de calor presentes. Então, com base na carga térmica calculada, o projetista de HVAC recomenda o tipo de sistema de ar condicionado adequado para a aplicação e a capacidade necessária. Esta abordagem ajuda os proprietários a evitar sistemas sobredimensionados com custos iniciais e de funcionamento mais elevados do que o necessário, e também sistemas subdimensionados que fornecem refrigeração insuficiente.
O cálculo da carga térmica é uma tarefa altamente especializada, demorada e complexa que só pode ser realizada por um profissional HVAC qualificado. É também um passo muito importante para alcançar o desempenho ideal do edifício, fornecendo a base para selecionar um sistema de ar condicionado do tipo e capacidade adequados para a aplicação em questão: edifício residencial, hall, auditório, teatro, cinema, aeroporto, etc.
Se você é proprietário de um imóvel, considere que os profissionais de HVAC normalmente solicitam informações complementares, como as plantas arquitetônicas do edifício. O procedimento de cálculo começa assim que todos os dados necessários forem coletados. Existem dois métodos possíveis para realizar um cálculo de carga térmica: manualmente ou através de software.
Processo manual: Os dados coletados na vistoria predial e na documentação complementar são analisados por meio de equações pré-definidas e parâmetros tabulados. As equações exatas e os valores da tabela a serem usados são determinados com base na geometria do edifício, nos materiais de construção e nos aparelhos e sistemas de construção encontrados no interior. Com base nesses cálculos, o projetista de HVAC recomenda um sistema de ar condicionado de tipo e tonelagem adequados.
Usando software: Hoje em dia, a maioria dos projetistas de HVAC usam softwares como Trace 700 e HAP (Hourly Analysis Program) para realizar cálculos de carga térmica. Isso ainda requer amplo conhecimento técnico, mas muitas tarefas repetitivas e demoradas são automatizadas. Basta inserir os dados obtidos no levantamento predial, plantas arquitetônicas e demais documentação relevante coletada. Os cálculos de carga térmica são feitos automaticamente pelo software, que também recomenda a capacidade necessária do sistema de ar condicionado, tornando o processo mais fácil e rápido.
Os cálculos de carga térmica são realizados para todas as áreas do edifício, e a carga total do edifício também é determinada. Com base nesses cálculos, os projetistas e consultores de HVAC podem fornecer recomendações técnicas para atingir o desempenho máximo.
Recomendações Finais
Os serviços de design profissional podem parecer uma despesa, mas na verdade são um investimento. Um sistema HVAC bem projetado atende à carga de resfriamento do edifício que atende com um custo de propriedade ideal. Trabalhar com profissionais também garante a conformidade com o código e agiliza a papelada, que pode consumir muito tempo em Nova York.
Se sua propriedade possui ampla área de cobertura, considere a energia solar. Existem excelentes programas de descontos em Nova York, e você pode reduzir o efeito do aquecimento solar enquanto obtém uma fonte limpa de eletricidade.
Nota do Editor: Esta postagem foi publicada originalmente em 2017 e foi reformulada e atualizada para maior precisão e abrangência.
