Dimensionamento Carga Térmica e Refrigeração Teatro Municipal Macaé - TCC Engenharia Mecânica

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO Gabriel Guerhart da Costa DIMENSIONAMENTO DA CARGA TÉRMICA E SELEÇÃO DOS SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO PARA FRAÇÕES AUTÔNOMAS DO EDIFÍCIO DO TEATRO MUNICIPAL DE MACAÉ MACAÉ RJ 2023 CIP Catalogação na Publicação Ficha catalográfica elaborada pela Biblioteca com os dados fornecidos peloa autora Biblioteca Central do Centro Multidisciplinar UFRJMacaé Bibliotecário Anderson dos Santos Guarino CRB7 5280 D287 Costa Gabriel Guerhart Dimensionamento da carga térmica e seleção dos sistemas de refrigeração para frações autônomas do edifício do Teatro Municipal de Macaé Gabriel Guerhart Costa Macaé 2023 54 f Orientadora Diego Cunha Malagueta Trabalho de conclusão de curso graduação Universidade Federal do Rio de Janeiro Instituto Politécnico Bacharel em Engenharia Mecânica 2023 1 Carga térmica 2 Sistemas de refrigeração 3 Conforto térmico 4 Teatro Municipal Macaé RJ I Malagueta Diego Cunha orient IITítulo CDD 624 GABRIEL GUERHART DA COSTA Dimensionamento da Carga Térmica e Seleção dos Sistemas de Refrigeração para Frações Autônomas do Edifício do Teatro Municipal de Macaé Trabalho de conclusão de curso de graduação submetido ao corpo docente do Instituto Politécnico da Universidade Federal do Rio de Janeiro Campus Macaé como parte dos requisistos necessários à obtenção do título de Engenheiro Mecânico Orientador Diego Cunha Malagueta MACAÉ RJ 2023 GABRIEL GUERHART DA COSTA DIMENSIONAMENTO DA CARGA TÉRMICA E SELEÇÃO DOS SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO PARA FRAÇÕES AUTÔNOMAS DO EDIFÍCIO DO TEATRO MUNICIPAL DE MACAÉ Trabalho de conclusão de curso de graduação submetido ao corpo docente do Instituto Politécnico da Universidade Federal do Rio de Janeiro Campus Macaé como parte dos requisistos necessários à obtenção do título de Engenheiro Mecânico BANCA EXAMINADORA Profº Diego Cunha Malagueta Orientador Prof Marcelo Costa Cardoso Membro Prof Raquel Jahara Lobosco Membro Macaé 27 de fevereiro de 2023 RESUMO Este trabalho pretende dimensionar os sistemas de refrigeração adequados para ambientes que compõem o edifício do Teatro Municipal de Macaé O prédio de cinco andares é utilizado para atividades recreativas acadêmicas e burocráticas tais como apresentações teatrais e aulas de música dança ou teatro pesquisas ministradas e trabalhos administrativos Propôsse o dimensionamento dos espaços fundamentais do edifício e após tal estudo se deu a seleção dos sistemas de refrigeração que mais se adequam a cada ambiente e que são capazes de atender às respectivas cargas térmicas de forma eficiente conforme as normas regulamentadoras vigentes tais como a ABNT NBR 164012008 e as normas da ASHRAE Sociedade Americana de Engenheiros de Aquecimento Refrigeração e Ar Condicionado tendo em vista o devido conforto térmico de acordo com o padrão definido por essas normas O trabalho contou com duas etapas de levantamento de dados ambas envolvendo o cálculo de cargas térmicas e também contou com a definição dos sistemas adequados a cada fração autônoma estudada do edifício Percebeuse que o sistema atual está subdimensionado e por isso não supre a carga térmica necessária além de aumentar o desgaste dos aparelhos portanto recomendouse a atualização dos equipamentos segundo a seleção realizada Palavraschave Carga térmica Sistemas de Refrigeração Conforto Térmico ABSTRACT This work aims to design the appropriate cooling system for the rooms of the municipal theater building The Fivefloor building is used to recreational academics and bureaucratics activities such as presentations and classes of music dance or theatrical performances guided instructions researches and office work It was proposed the design of some main spaces in the building in order to select the cooling systems that best suit with each environment in it wich are the same time able to resist the thermal loads applied and are in accordance with the regulatory standards such as ABNT NBR 16401 2008 and ASHRAE American Society of Heating Refrigeration and Air Conditioning Engineers to offer the proper thermal comfort requires by this standards The study was divided into two data collection stages calculation of thermal loads and definition of the appropriate systems for each selected autonomous fraction in the building It was noticed that the current system is undersized and therefore does not supply the thermal load required in addition it causes more devices wearing The updating of this equipments according to the selection was suggested Keywords Thermal load Refrigeration Systems Thermal comfort SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO 11 11 OBJETIVOS 13 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 15 21 CALOR 15 22 CONDUÇÃO 15 23 CONVECÇÃO 15 24 RADIAÇÃO 16 25 RESISTÊNCIA TÉRMICA 16 26 CICLOS DE REFRIGERAÇÃO 17 27 TIPOS DE SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO 18 271 Sistema unitário ou unidades de janela 18 272 Refrigerador split 19 273 Sistema Chiller 19 28 CARGA TÉRMICA 20 281 Condições Meteorológicas 21 282 Características da Construção 22 283 Carga Térmica de Transmissão 23 284 Carga Térmica de Ventilação e Infiltração 23 285 Fontes de Calor Internas 25 286 Somatório de Carga Térmica 28 3 METODOLOGIA 30 31 CONDIÇÕES METEOROLÓGICAS 30 32 CARACTERÍSTICAS DA CONSTRUÇÃO 31 33 CARGA TÉRMICA DE TRANSMISSÃO 31 331 Superfícies Translúcidas 31 332 Superfícies Opacas 32 34 CARGA TÉRMICA DE VENTILAÇÃO E INFILTRAÇÃO 34 35 FONTES DE CALOR INTERNAS 35 351 Ocupação de Pessoas e Equipamentos 35 352 Iluminação 36 4 RESULTADOS 38 41 DADOS DE ENTRADA 38 42 CONSOLIDAÇÃO DOS RESULTADOS 38 43 SELEÇÃO DE EQUIPAMENTOS 39 44 COMPARAÇÃO COM SISTEMA ATUAL 40 5 CONCLUSÃO 43 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 45 7 APÊNDICES 46 8 ANEXOS 53 LISTA DE FIGURAS Figura 1 Edifício do Teatro Municipal de Macaé 13 Figura 2 Ciclo de Refrigeração por Compressão de Vapor Ideal 17 Figura 3 Unidade de Janela 18 Figura 4 Sistema Split 19 Figura 5 Sistema Chiller 20 Figura 6 Desenho técnico do Teatro Municipal de Macaé 47 Figura 7 Desenho técnico dos ambientes que compõem o 2 andar do prédio 48 Figura 8 Desenho técnico da sala Benedito Lacerda 49 Figura 9 Desenho técnico do Auditório Eusébio Luiz Costa 50 LISTA DE TABELAS Tabela 1 Resistividade térmica e Resistência térmica referente à unidade de área para materiais de construção 22 Tabela 2 Vazão Eficaz Mínima de ar Exterior para ventilação 24 Tabela 3 Potência dissipada de alguns equipamentos 25 Tabela 4 Potência dissipada por outros equipamentos 26 Tabela 5 Fonte de calor por pessoas 26 Tabela 6 Potência instalada por recinto 27 Tabela 7 Fator de Carga Térmica FCR de resfriamento para iluminação 28 Tabela 8 Área de janelas portas paredes e tetos 31 Tabela 9 Dados para Cálculo de Carga Térmica de Transmissão em Superfícies Translucidas 32 Tabela 10 Dados sobre Carga Térmica de Transmissão em Superfícies Opacas 33 Tabela 11 Isolação TérmicaLk de portas paredes e tetos 34 Tabela 12 Dados sobre Carga Térmica de Ventilação e Infiltração 35 Tabela 13 Dados sobre Fontes de Calor Internas OcupaçãoEquipamentos e Máquinas 36 Tabela 14 Dados sobre Fontes de Calor Internas Iluminação 37 Tabela 15 Carga Térmica por ambiente BTUh 38 Tabela 16 Equipamentos Selecionados 40 Tabela 17 Detalhamento Final 40 Tabela 18 Sistema Atual x Demanda Térmica Calculada 41 Tabela 19 Tabela de dados sobre os sistemas atuais utilizados no edifício 46 Tabela 20 Tabela de dados sobre as características construtivas coletadas 51 LISTA DE GRÁFICOS Gráfico 1 Demanda de energia para refrigeração de ambientes no ano de 2016 11 Gráfico 2 Posse de ar condicionado no setor brasileiro 12 Gráfico 3 Carga Térmica por ambiente BTUh 39 Gráfico 4 Qtd de ar condicionado ambiente Azul propostoLaranja antigo 42 Gráfico 5 Do somatório da Carga Térmica referente a Zona Térmica Geral 52 Gráfico 6 Dados de Temperatura Externa Real e solar ao longo de 28112021 28112022 53 Gráfico 7 Radiação Térmica ao longo de 28112021 até 28112022 54 11 1 INTRODUÇÃO O uso consciente da energia é uma preocupação da época atual que vem crescendo desde a segunda metade do século XX Prova disso são mecanismos que confirmam a conjuntura atual tais como a Primeira Conferência Mundial sobre o Homem e o meio ambiente 1972 O relatório Brundtland 1987 a Rio 92 e as Cops cuja mais recente é a Cop 27 2022 O estilo de vida moderno principalmente nos países desenvolvidos necessita de grandes quantias de energia para se manter dentre tantas causas é possível destacar o grande número de indivíduos consumindo Não à toa em setembro de 2015 em nova york foi estabelecida a agenda 2030 da ONU com participação de 193 estados membros 17 Objetivos de Desenvolvimento Sustentável ODS e 169 metas universais que tem por finalidade mitigar problemas dessa modernidade entre os ODSs vale ressaltar o 7 e o 12 que versam respectivamente sobre consumo e energia limpa Dentro desse contexto a parcela de energia gasta atualmente com a refrigeração de ambientes seja em edifícios residenciais ou comerciais vem aumentando O Gráfico 1 apresenta o consumo global de energia elétrica para resfriamento de edifícios de todos os setores por país no ano de 2016 A maior parcela de energia destinada para refrigeração do mundo cabe aos Estados Unidos que teve um consumo de cerca de 1880 kWh per capita e o Brasil teve um consumo de cerca de 150 kWh per capta e o Japão e a Coréia mais de 800 kWh TOCCHIO 2020 Gráfico 1 Demanda de energia para refrigeração de ambientes no ano de 2016 Fonte IEA 2018 12 No Brasil em 2017 segundo a Empresa de Pesquisa Energética EPE 2018 o consumo final referente à utilização de aparelhos de ar condicionado foi de 187 TWh levando em conta somente o setor residencial e as projeções indicam um crescimento de aproximadamente 40 nos próximos 10 anos conforme é retratado no Gráfico 2 Os números revelam a importância de políticas de eficiência energética voltadas para uso de aparelhos de ar condicionado nas edificações EPE 2018 Apesar do panorama de crescente demanda energética seja no brasil ou no mundo sabese que uma parte desse gasto se constitui como indispensável pois traz benefícios para o desenvolvimento humano saúde bem estar produtividade econômica IEA 2018 e principalmente quando se fala de conceitos envolvendo parâmetros de conforto térmico Existem espaços nos quais uma climatização adequada é essencial entre eles podemos citar Hospitais Laboratórios Teatro cinema escritórios shoppings aeroportos e bibliotecas entre outros SANDER 2017 Para mitigar uma parte do problema energético surgiram novas ideias como o conceito de eficiência energética colocado como a vanguarda das estratégias nacionais para o desenvolvimento sustentável BRUNDTLAND et al 1987 Nesse sentido observase que diversas iniciativas podem ser empregadas tal como um aperfeiçoamento dos aparelhos de ar condicionados ou estabelecer padrões mínimos globais de desempenho energético para os equipamentos de ar condicionado LEONARDO 2018 Entretanto uma das formas mais simples de consumir menos com mais eficiência e custos mais reduzidos é fazendo um projeto de dimensionamento bem feito evitando Gráfico 2 Posse de ar condicionado no setor brasileiro Fonte NOTA TÉCNICA EPE 0302018 2018 13 assim um superdimensionamento ou subdimensionamento do ambiente em análise Tal projeto necessita do levantamento correto da carga térmica do local 11 OBJETIVOS A partir disso é de interesse a realização do dimensionamento de sistemas de refrigeração por ar condicionado para o edifício do Teatro Municipal de Macaé respeitando a legislação nacional O prédio que pode ser visualizado na Figura 1 é localizado na Avenida Rui Barbosa N 780 no centro da cidade de Macaé e conta com cinco andares mas o foco será dado as áreas que necessitam mais de um sistema de refrigeração quais sejam o teatro propriamente dito no primeiro piso térreo o 2º piso caracterizado pela biblioteca a diretoria a secretaria que possui uma quantidade razoável de pessoas trabalhando num modelo de escritório e demais salas o 3º e 5º piso que apresentam salas de aulas O processo de dimensionamento culminará com uma avaliação adequada da demanda energética para cada um desses espaços separadamente considerandoos frações autônomas da edificação e os resultados serão comparados com os dados atuais coletados na etapa de levantamento de dados Por fim propõese os sistemas de refrigeração convenientes de forma a evitar aparelhos com potência mais elevada que o necessário Figura 1 Edifício do Teatro Municipal de Macaé Fonte Autoria Própria 14 Um relatório será encaminhado para os responsáveis pelo espaço com o objetivo de que o presente trabalho seja útil na prática quando esses requisitarem uma reforma dos sistemas de refrigeração atuais 15 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 21 CALOR O calor pode ser definido como uma energia térmica que flui de um corpo a outro ou mesmo no vácuo por meio de um gradiente de temperatura existente num meio ou entre meios Esse movimento é chamado transferência de calor e ocorre sempre que existe uma diferença de temperatura entre pontos no espaço INCROPERA 2008 sendo que o sentido de movimento se dá do meio mais quente para o mais frio A transferência de calor acontece de 3 formas são elas a condução a convecção e a radiação No projeto em questão todas constituem fontes de calor a serem estudadas Nos itens abaixo a discussão sobre tais fontes se aprofunda em cada uma delas 22 CONDUÇÃO Pode ser descrita como uma das 3 formas de transferência de calor a qual necessita de um meio sólido opaco para ocorrer WANG 2001 Na condução o calor é transmitido através da vibração entre partículas vizinhas de um meio estacionário portanto o calor é transportado sem que haja o transporte de matéria A equação matemática desse processo foi estabelecida por Fourier e diz que para o caso de uma parede plana o calor por condução é proporcional à diferença de temperatura existente entre os extremos da parede e a sua área transversal e inversamente proporcional ao comprimento da mesma considerando um caso unidimensional STOECKER et al 1985 23 CONVECÇÃO Esse fenômeno de transferência do calor acontece mediante o movimento relativo entre camadas de um fluido por meio de um mecanismo de mistura e pode ocorrer de duas formas forçada ou natural PENA 2002 A convecção forçada ocorre quando uma fonte de potência causa o movimento do fluido já na convecção natural esse movimento 16 acontece naturalmente devido a fatores como diferença de pressão e densidade WANG 2001 24 RADIAÇÃO O calor também pode ser transmitido sem a necessidade de um meio contínuo através do fenômeno chamado de radiação É o que acontece com a luz do sol por exemplo quando atravessa o espaço e ao chegar na terra penetra por uma janela aquecendo um piso o qual também irá irradiar seu calor para o ambiente PENA 2002 Podese dizer então que esse calor é transportado na forma de ondas eletromagnéticas ou fótons que viajam na velocidade da luz de uma superfície a outra podendo ser absorvidos refletidos ou transmitidos STOECKER et al 1985 A absortividade α determina a fração de radiação que é absorvida a refletividade π determina a fração de radiação que é refletida enquanto a transmissividade τ representa a parcela que é transmitida pela superfície SANDER 2017 25 RESISTÊNCIA TÉRMICA A resistência térmica é diretamente proporcional a diferença de temperatura e inversamente ao fluxo de calor e por isso pode ser definida como um quociente entre a variação de temperatura que ocorre entre os extremos de uma superfície sólida e a taxa de calor que transpõe essa superfície INCROPERA 2008 Uma alta resistência térmica implica numa capacidade do material da superfície em questão em fazer o fluxo de calor ser menor Ela está presente no cálculo de carga térmica em superfícies opacas e possui outra forma de ser expressa que é de particular interesse nesse âmbito Ela depende diretamente da espessura do material no qual o calor atravessa e inversamente da condutividade do material e de sua área de seção transversal Isso significa que no caso de um fluxo de calor que atravessa uma parede quanto maior sua espessura maior é a resistência térmica para uma mesma condutividade térmica e área de seção É importante ressaltar que o conceito de resistência térmica só pode ser aplicado a superfícies onde o calor funciona em regime estacionário e unidimensional ÇENGEL 2011 Para o cálculo da Resistência térmica é necessário conhecer valores de condutividade térmica k dos materiais ou a sua grandeza inversa chamada de resistividade térmica 1k bem como obter a espessura L das paredes pertinentes O produto da resistividade térmica pela espessura do material Lk é denominado Isolação Térmica e difere da resistência 17 térmica somente por um fator de 1A onde A é área da seção transversal na qual atravessa um dado fluxo de calor A associação de resistências térmicas pode ser descrita tal como a associação de resistores de modo que quando o fluxo de calor atravessa resistências térmicas em série a resistência total é dada pela soma de cada resistência já quando há divisão de fluxo de calor ela será a soma dos inversos das resistências tal como num circuito em paralelo 26 CICLOS DE REFRIGERAÇÃO A transferência de calor de uma região com temperatura mais baixa para uma região com temperatura mais alta exige dispositivos especiais chamados de refrigeradores ÇENGEL 2011 Os ciclos nos quais esses equipamentos operam são denominados ciclos de refrigeração Existem diversos tipos de ciclos de refrigeração tais como o ciclo de refrigeração por compressão de vapor o ciclo de refrigeração a gás a refrigeração em cascata a refrigeração por absorção a refrigeração termoelétrica etc O ciclo de refrigeração por compressão de vapor é o mais usado para refrigeradores sistemas de condicionamento de ar e bombas de calor Portanto cabe aqui um aprofundamento maior em sua análise No ciclo de refrigeração por compressão de vapor o refrigerante é vaporizado e condensado alternadamente e é comprimido na fase de vapor como é possivel visualizar na Figura 2 Figura 2 Ciclo de Refrigeração por Compressão de Vapor Ideal Fonte Termodinâmica Cengel 5ª Ed2006 18 Observase que esse ciclo consiste de 4 processos quais sejam 12 Compressão isoentrópica em um compressor 23 Rejeição de calor a pressão constante em um condensador 34 Estrangulamento em dispositivo de expansão 41 Absorção de calor a pressão constante em um evaporador O ciclo de refrigeração acima apresentado vale ressaltar é um ciclo ideal por compressão de vapor no qual o refrigerante entra no compressor no estado 1 como vapor saturado e é comprimido de forma isoentrôpica até a pressão do condensador A temperatura do refrigerante aumenta durante esse processo de compressão isoentrópica até bem acima da temperatura da vizinhança Em seguida o refrigerante entra no condensador como vapor superaquecido no estado 2 e sai como líquido saturado no estado 3 como resultado da rejeição de calor para a vizinhança A temperatura do refrigerante nesse estado ainda está acima da temperatura da vizinhança 27 TIPOS DE SISTEMAS DE REFRIGERAÇÃO 271 Sistema unitário ou unidades de janela Os sistemas unitários contêm o condensador e o evaporador em uma única caixa que move o ar quente para fora do edifício e o ar frio para dentro Eles são também conhecidos como unidades de janela pois são projetados para serem pequenos o suficiente para caber em uma moldura de janela padrão IEA 2018 Além disso são recomendados para uso em residências e em ambientes pequenos possuem uma instalação prática e barata mas o custo de energia e o barulho são algumas de suas desvantagens A Figura 3 ilustra o sistema em questão Figura 3 Unidade de Janela Fonte Adaptado Blog DuFrio 2019 19 272 Refrigerador split Os refrigeradores do tipo split ou ACs de sistema dividido variam de pequenas unidades de sala a grandes sistemas que podem resfriar um grande complexo de edifícios Em todos os casos o condensador está localizado fora do edifício e é separado por meio de tubulação que transporta o refrigerante para o evaporador ou unidade de tratamento de ar no interior do edifício 273 Sistema Chiller Chillers são grandes ACs que produzem água gelada e a distribuem por todo o edifício proporcionando uma refrigeração em rede através de tubos para um sistema interno que resfria o ar Os chillers de ciclo de compressão podem ser centrífugos alternativos ou acionados por parafuso Os chillers de ciclo de absorção podem ser alimentados por eletricidade gás natural ou mesmo calor solar Existem três tipos principais de chillers Os chillers resfriados a água usam um condensador e refrigerante para rejeitar o calor para a água que é bombeada para uma torre de resfriamento e circulada usando aletas para expelir o calor para a atmosfera normalmente através de evaporação Em Figura 4 Sistema Split Fonte IEA 2018 20 certos casos as torres de resfriamento podem ser substituídas por trocadores de calor no solo o que pode reduzir a quantidade de água a ser evaporada Os chillers resfriados a ar possuem condensadores nos quais o refrigerante rejeita calor diretamente para o ar externo usando um ou mais ventiladores para resfriar as bobinas de troca de calor Os chillers resfriados por evaporação envolvem o uso de um spray de água para rejeitar o uso de calor com mais eficiência Esses chillers podem fazer uso de gás natural ou fontes de calor cogeradas para acionar o ciclo de refrigeração Isso pode ser particularmente útil em edifícios com grandes necessidades de refrigeração ou com necessidade simultânea de ar condicionado e aquecimento Eles também aliviam a carga geral de eletricidade 28 CARGA TÉRMICA Para evitar o subdimensionamento ou superdimensionamento de um ambiente ao se adotar um determinado sistema de refrigeração é necessário o correto cálculo de carga térmica ASHRAE 2013 ou seja a escolha do tipo de sistema de refrigeração e da quantidade de ares condicionados de cada ambiente de uma edificação depende desse cálculo que nada mais é que uma contabilização das Cargas Térmicas Uma carga térmica é definida como uma taxa de calor a ser retirada ou inserida no ambiente a fim de se manter a temperatura e a umidade relativas em níveis aceitáveis de conforto térmico SANDER 2017 Quanto a um projeto de refrigeração ela se refere portanto ao calor Fonte IEA 2018 Figura 5 Sistema Chiller 21 que deve ser retirado do ambiente As origens dessa taxa de calor variam de forma a constituir diferentes tipos de carga térmica ou seja existem calores ou taxas de calor que possuem natureza distinta sendo cada uma delas cargas térmicas a serem retiradas do espaço e contabilizadas no cálculo de carga térmica A contabilização dos variados tipos de carga térmica será melhor explorada no item somatório de carga térmica Toda carga térmica se apresenta em ciclos diários pois pode ser contabilizada de hora em hora e justamente por isso a recomendação da norma NBR 16401 é que as cargas térmicas de um recinto ou uma zona térmica sejam calculadas em quantas horas do dia forem necessárias para se determinar a carga térmica máxima bem como as épocas de sua ocorrência Portanto todas as três formas de calor discutidas nos 3 primeiros subitens desta seção 2 influenciam nos tipos de Cargas Térmicas à sua maneira sendo essas medidas em Watts ou BTUh A seguir discorrese sobre os conceitos necessários para que posteriormente seja executado o cálculo No fundo o que se tem são os desdobramentos das diferentes formas de transferência de calor na prática para o cálculo da Carga Térmica 281 Condições Meteorológicas Numa primeira etapa de levantamento obter dados sobre clima se constitui como um fator essencial nos projetos de ares condicionados pois eles estão intimamente ligados com o calor de radiação que corresponde como um dos fatores que mais interfere na Carga Térmica de Transmissão em Superfícies Translúcidas SANDER 2017 Portanto um dos dados mais importantes é a radiação térmica medida em Wm² além dessa outras características meteorológicas relevantes são a temperatura externa ao longo do tempo as condições do vento e a umidade do ar Todas essas grandezas configuram as condições do meio externo de uma edificação A partir disso é necessário coletar esses dados em ciclos diários e de hora em hora pois ao se realizar o cálculo de carga térmica de um recinto ou zona térmica é preciso analisar qual a Carga Térmica Máxima do conjunto de valores garantindo portanto o conforto para o ambiente em qualquer ocasião ao longo do ano ou período determinado como estações do ano STOECKER et al 1985 Para os valores de temperatura externa é recomendado pela ASHRAE que estes sejam transformados na temperatura Sol ar que corresponde a um termo de equivalência entre a temperatura externa o coeficiente convectivo radiação solar e absortividade da parede Essa conversão é de particular importância pois o efeito de armazenamento térmico de 22 superfícies pode ser significativo Na prática a temperatura Sol ar é maior que temperatura externa coletada o que implica uma segurança maior para o projetista no cálculo de carga térmica em garantir que o conforto térmico seja atingido sem porém estar cometendo superdimensionamento 282 Características da Construção Dentro da etapa de levantamento de dados é mister a coleta dos detalhes construtivos e arquitetônicos da edificação Dentre os fatores importantes ligados à construção estão o material de janelas portas paredes e tetos suas dimensões e suas propriedades térmicas como condutividade térmica resistividade térmica isolação térmica e resistência térmica Isso acontece pois tais informações influenciam diretamente na forma como acontece a transferência de calor e logo algumas são dados de entrada nas diferentes equações que computam as cargas térmicas ou são necessárias para a obtenção de outros parâmetros e coeficientes que serão utilizados nessas equações segundo o cálculo de carga térmica A norma NBR 16401 da suporte para que as análises necessárias sejam feitas não só por meio de seu conteúdo descritivo mas também através das tabelas contendo referências fundamentais sobre esses parâmetros e coeficientes necessários a devida aplicação das equações envolvidas no cálculo É o que se encontra por exemplo na Tabela 1 abaixo e posteriormente em outras que se seguirão no decorrer do trabalho Numa segunda etapa de levantamento de dados é feita visita ao local no qual para cada ambiente que se pretende obter a carga térmica as seguintes informações são coletadas Número de Pessoas no ambiente Número de Lâmpadas seu tipo e potência Número de Equipamentos seu tipo e potência Quantidade de Janelas seu material e suas dimensões Quantidade de Portas seu material e suas dimensões Dimensões e Materiais de Paredes Dimensões e Materiais de Tetos ou Lajes Tabela 1 Resistividade térmica e Resistência térmica referente à unidade de área para materiais de construção 23 Materiais 1 k m K W R kW Exteriores Tijolo aparente 076 Tijolo comum 139 Estuque 139 004 Bloco de concentro de 200 mm 5 Laterais de madeira compensada 10 mm 010 Laterais de alumínio ou aço e isolante 10 mm 032 Revestimento Madeira compensada 866 Placas de fibra densidade normal 13 mm 023 Placas de madeira aglomerada com resina 735 Telhados Telhado prémoldado 10 mm 006 Concreto À base de areia e cascalho 055 Agregado leve 194 Materiais isolantes Manta de fibra mineral 7590 mm 194 Enchimento de fibra mineral 160 mm 335 Materiais interiores Estuque de 15 mm 008 Rebocos à base de cimento 139 Rebocos à base de gesso leve 16 mm 0066 Madeira pinho macia 866 Parede e portas DryWall 263 Vidro Plano Vidro simples 125 Propriedades Tau Alpha Vidro simples 085 007 U Wm2K Verão Inverno Vidro simples 59 62 Folha dupla 6 mm de espaço de ar 35 33 Fonte Adaptada de Stoeckers e Jones 1985 283 Carga Térmica de Transmissão A Carga térmica de transmissão pode ser dividida em Carga térmica de Superfícies Translúcidas e Carga térmica de Superfícies Opacas O primeiro caso diz respeito à interação do calor com as características construtivas feitas de materiais translúcidos tipicamente Janelas enquanto o segundo caso referese quase sempre à interação com paredes e tetos ALVAREZ 2019 284 Carga Térmica de Ventilação e Infiltração 24 A ventilação e infiltração estão ligadas a taxa de renovação de ar ela pode ser realizada por equipamentos mecânicos como filtros de ar e ventiladores ou mesmo por métodos naturais como a abertura de portas e janelas Sua função é o aumento da dissipação de calor acumulada e diminuição da concentração de gases gerados na expiração do ser humano SANDER 2017 A Tabela 2 serve de base para o levantamento de parâmetros presentes na equação que caracteriza os efeitos da carga térmica de ventilação e infiltração Tabela 2 Vazão Eficaz Mínima de ar Exterior para ventilação Local Pessoas100m2 Fp lspessoas Fs lsm2 Supermercado de alto padrão 8 48 04 Supermercado de médio padrão 10 48 04 Supermercado popular 12 48 04 Centros comerciais 40 48 04 Lojas 15 48 08 Salão de beleza 25 125 08 Pet shops 10 48 11 Lavanderias 20 48 04 Hall de edifícios recepção 10 31 04 Escritórios de diretoria 6 31 04 Escritórios de baixa densidade 11 31 04 Escritórios de média densidade 14 31 04 Escritórios de alta densidade 20 31 04 Sala de reunião 50 31 04 CPD 4 31 04 Call center 60 48 08 Bancos área pública 41 48 04 Caixa forte 5 31 04 Saguão de aeroporto 15 53 04 Sala de embarque de aeroportos 100 53 04 Biblioteca 10 35 08 Museu e galeria de arte 40 53 04 Local de culto 120 35 04 Plenário de legislativo 50 35 04 Lobby de teatro cinema e auditório 150 35 04 Platéia de teatro cinema e auditório 150 35 04 Palco de teatro cinema e auditório 70 63 04 Sala de audiências de tribunal 70 35 04 Boliche 40 63 08 Ginásio área do público 150 48 04 Ginásio coberto 04 Piscina coberta 30 25 Academia aeróbica 40 125 04 Academia aparelhos 10 63 08 Sala de aula 35 63 08 Laboratório de informática 25 63 08 Laboratório de ciências 25 63 11 Apartamento de hóspedes 69 Banheiro privativo de hotéis 25 Sala de estar e lobby de hotéis 30 48 04 Sala de convenções 120 31 04 Dormitório coletivo 20 31 04 Salão de refeições de restaurante 70 48 11 Salão de coquetéis de bares 100 48 11 Cafeteria lanchonete e refeitórios 100 48 11 Salão de jogos 120 48 11 Discoteca e danceterias 100 125 04 Jogos eletrônicos 20 48 11 OBS densidade do arrô é 12 kgm³ e calor específico do ar é 1009 JkgK Fonte Adaptado NBR 164013 Instalações de arcondicionado Sistemas Centrais e Unitários Parte 3 Qualidade do ar anterior 285 Fontes de Calor Internas As fontes de calor internas podem ser divididas em ocupação de pessoas iluminação e equipamentos Todos esses elementos constituem fontes de calor que devem ser computados no cálculo de carga térmica Para o caso das contribuições de carga térmica devido aos equipamentos presentes deve ser considerada as Tabelas 3 e 4 Tabela 3 Potência dissipada de alguns equipamentos Computadores Uso contínuo W Modo Economizador W Computadores Valor médio 55 20 Valor com fator de segurança 65 25 Valor com fator alto de segurança 75 30 Monitores Pequeno 13 pol a 15 pol 55 0 Médio 16 pol a 18 pol 70 0 Grande 19 pol a 20 pol 80 0 Fonte ABNT NBR164011 26 Tabela 4 Potência dissipada por outros equipamentos Impressoras e copiadoras Uso contínuo W 1 página por minuto W Ligada em espera W Impressoras a laser De mesa pequena 130 75 10 De mesa 215 100 35 De escritório pequena 320 160 70 De escritório grande 550 275 125 Copiadoras De mesa 400 85 20 De escritório 1100 400 300 Fonte ABNT NBR164011 Para o caso das contribuições de carga térmica devido a ocupação de pessoas deve ser considerada a Tabela 5 Tabela 5 Fonte de calor por pessoas Nível de atividade Local Calor total W Calor Sensível W Calor Latente W Homem adulto Ajustado MF1 Sentado no teatro Teatro Matinê 115 95 65 30 Sentado no teatro noite Teatro noite 115 105 70 35 Sentado trabalho leve Escritórios hotéis apartamentos 130 115 70 45 Atividade moderada em trabalhos de escritório Escritórios hotéis apartamentos 140 130 75 55 Parado em pé trabalho moderado caminhando Loja de varejo ou de apartamentos 160 130 75 55 Caminhando parado em pé Farmácia agência bancária 160 145 75 70 Trabalho sedentário Restaurante 145 160 80 80 Trabalho leve em bancada Fábrica 235 220 80 140 Dançando moderadamente Salão de baile 265 250 90 160 Caminhando 48kmh trabalho leve em máquina operatriz Fábrica 295 295 110 185 Jogando boliche Boliche 440 425 170 255 Trabalho pesado Fábrica 440 425 170 255 27 Trabalho pesado em máquina operatriz carregando carga Fábrica 470 470 185 285 Praticando esportes Ginásio academia 585 525 210 315 Fonte Adaptado NBR 164011 Instalações de arcondicionado Sistemas centrais e unitários Parte 1 Projetos das instalações Já no caso das contribuições de carga térmica devido a iluminação deve ser considerada as Tabelas 6 e 7 Tabela 6 Potência instalada por recinto Local Tipos de Iluminação Nível de iluminaçãolux Potência dissipada Wm² Escritórios e bancos Fluorescente 500 16 Lojas Fluorescente 750 17 Fluorescente compacta 23 Valor Metálico 28 Residências Fluorescente compacta 150 9 Incandescente 30 Supermercados Fluorescente 1000 21 Vapor Metálico 30 Armazéns climatizados Fluorescente 100 2 Vapor Metálico 3 Cinemas e teatros Fluorescente Compacta 50 6 Vapor Metálico 4 Museus Fluorescente 200 5 Fluorescente compacta 11 Bibliotecas Fluorescente 500 16 Fluorescente compacta 28 Restaurantes Fluorescente compacta 150 13 Incandescente 41 Auditórios a Tribuna Fluorescente 750 30 Fluorescente compacta 32 b Plateia Fluorescente 150 10 c Sala de Espera Vapor metálico 200 18 Fluorescente compacta 8 28 Hotéis a Corredores Fluorescente compacta 100 8 b Sala de leitura Fluorescente 500 15 Fluorescente compacta 22 c Quartos Fluorescente compacta 150 9 Incandescente 30 d Sala de Convenções Platéia Fluorescente 150 8 Tablado Fluorescente 750 30 Fluorescente compacta 30 e Portaria e Recepção Fluorescente 200 8 Fluorescente compacta 9 Fonte Adaptada de Stoeckers e Jones 1985 Tabela 7 Fator de Carga Térmica FCR de resfriamento para iluminação N de horas após as luzes se acenderem Lâmpadas penduradas e ventiladas Horas de Operação Lâmpadas penduradas e ventiladas Horas de Operação 10 horas 16 horas 10 horas 16 horas 8 082 087 095 095 9 084 088 096 096 10 085 089 007 097 11 082 090 022 098 12 029 091 018 098 13 026 092 014 098 Fonte Adaptada de Stoeckers e Jones 1985 286 Somatório de Carga Térmica A Carga Térmica total num determinado ambiente é obtida a partir da soma de todas as cargas térmicas mencionadas acima considerando o princípio de superposição SANDER 2017 Logo o valor encontrado no cálculo para um recinto ou considerando uma zona térmica é na verdade um Tipo de Carga térmica provinda da soma de toda a quantidade de calor contabilizada naquele espaço ou seja a interação entre o calor seus modos de transmissão e esse meio gera os distintos tipos de carga térmica Na prática se tem para um dado ambiente um conjunto de valores de carga térmica total diferentes a depender da hora do dia devido a fatores intrínsecos da edificação em questão e físicos 29 do ambiente que a cerca que naturalmente geram essa diferença Para o cálculo de carga térmica esses valores devem ser analisados de forma a encontrarse o valor máximo ao longo de um dado período de tempo Para cada espaço o que se terá de fato é uma grande quantidade de Valores de Carga térmica total diferentes segundo a temperatura exterior utilizada pois essa afeta os valores de carga térmica de transmissão em superfícies opacas e valores de carga térmica de ventilação e infiltração O tratamento que se dá a esses valores é visto no capítulo 3 30 3 METODOLOGIA 31 CONDIÇÕES METEOROLÓGICAS Numa primeira etapa de levantamento os dados de radiação e temperatura externa foram obtidos através do Instituto Nacional de Meteorologia INMET diretamente da Estação Meteorológica de Macaé A608 bem como as informações sobre condições de vento e umidade do ar todavia a opção de manter um valor constante para o coeficiente convectivo he acarreta no descarte dessas O instituto forneceu os dados de hora em hora e por isso tanto para a radiação quanto para a temperatura externa foi realizada uma análise do máximo valor dentro de um ciclo diário resultando em valores máximos ao longo de um período de um ano Esse conjunto serviu de input para o cálculo da carga térmica total diária de um ambiente e posteriormente tomouse a Carga Térmica máxima dentro do referido tempo Para valores de carga térmica referentes a Transmissão em Superfícies Opacas adotouse a temperatura solar conforme mencionado no item 281 Definida de acordo com StoeckerJones 1985 na equação 1 𝑇𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 𝐼𝑡 ℎ𝑒 𝑇𝑒 1 Onde α absortividade Te Temperatura externa em C he Coeficiente de convecção externo em Wm²K ou Wm²C It Irradiação da superfície exterior em Wm² Considerase aqui a soma dos termos de radiação direta mais a radiação difusa Nessa primeira etapa de levantamento de dados realizouse o tratamento de dados com o auxílio do programa excel consolidando os dados de entrada de temperatura externa temperatura externa solar e radiação Conforme dito as informações foram reunidas numa tabela de valores máximos de cada dia completando um período de um 31 ano ou 367 linhas de dados Devido a tamanha quantidade de valores uma opção de visualização dos mesmos são os anexos A e B o qual apresenta os gráficos de temperatura externa temperatura externa solar e radiação térmica respectivamente Para a temperatura interna fixouse um valor de projeto de 23C atendendo aos parâmetros de conforto térmico 32 CARACTERÍSTICAS DA CONSTRUÇÃO Em visita feita ao local coletouse os dados que constituem as características da construção conforme item 282 e esses foram devidamente organizados por meio dos desenhos técnicos presentes nos apêndices B C D e E utilizando software AutoCAD Já o Excel auxiliou todo o tratamento de dados necessários para o presente estudo e o correto cálculo de carga térmica sendo por meio desse também o cálculo da área de janelas portas paredes e teto A Tabela 8 expõe esses dados de entrada Tabela 8 Área de janelas portas paredes e tetos Ambientes Dimensionados Am² Janelas Am² Portas Am²Parede DryWall Am²Parede Concreto Am² Teto Teatro Municipal 00 329 00 82831 45440 Biblioteca 480 329 2062 2239 3165 Sala A 240 164 3755 1279 3165 Sala de Música 720 164 2747 2191 3671 Sala de Aula 720 164 2651 2095 3418 Sala B 240 164 3755 1279 3165 Diretoria 240 164 2996 281 1585 Secretaria 480 164 1794 3038 3205 Sala Benedito Lacerda 1441 164 2524 4286 7090 Auditório Eusébio Luiz Costa 1441 329 2360 7324 1418 Fonte Autoria Própria 33 CARGA TÉRMICA DE TRANSMISSÃO 331 Superfícies Translúcidas Para o cálculo de carga térmica em superfícies translúcidas foi considerada a equação 2 segundo STOECKER et al 1985 32 2 Onde α absortividade do vidro τ transmitância do vidro he Coeficiente de convecção externo em Wm²K ou Wm²C U Coeficiente global de transferência de calor It Irradiação da superfície exterior em Wm² Considerase aqui a soma dos termos de radiação direta mais a radiação difusa A Área das janelas expostas diretamente a radiação solar em m² Alguns dos parâmetros pertinentes para aplicação da equação acima foram obtidos a partir da análise da Tabela 1 do item 282 e são apresentados na Tabela 9 Tabela 9 Dados para Cálculo de Carga Térmica de Transmissão em Superfícies Translucidas Janelas A todos os ambientes adotouse os seguintes parâmetros Coeficiente Global 59 Wm²K Tau 085 Alpha 007 Fonte Autoria Própria 332 Superfícies Opacas Para o cálculo de carga térmica em Superfícies Opacas foi considerada a equação 3 segundo STOECKER et al 1985 𝑞𝑜𝑝 𝐴 𝑇𝑠𝑜𝑙𝑎𝑟 𝑇𝑖𝐿 𝑘 3 Onde Tsolar Temperatura externa em C Ti Temperatura interna em C 33 A Área das paredes expostas diretamente a radiação solar em m² L Espessura das paredes em m k condutividade térmica do material de paredes e tetos em WmK A Tabela 10 consolida os parâmetros e coeficientes devidos para o uso da equação acima mencionada e foi baseada na análise da Tabela 1 do item 282 Tabela 10 Dados sobre Carga Térmica de Transmissão em Superfícies Opacas Portas A todos os ambientes adotouse os seguintes parâmetros Coefiente 1k 263 Material DryWall Exceto o Auditório Eusébio Luiz Costa o qual utilizouse Coefiente 1k 125 Material Vidro Simples Paredes e TetoLaje A todos os ambientes adotouse os seguintes parâmetros Coefiente 1k Tijolo Aparente 076 Coefiente 1k EstuqueReboco 139 OBS Para o Teto de todos os ambientes considerouse bloco de concreto de 200mm de espessura com resistividade térmica de 5 m²kW Fonte Autoria Própria Para finalizar esse item restam ainda os dados sobre Isolação Térmica relacionados aos materiais que constituem portas paredes e teto eles são apresentados na Tabela 11 34 Tabela 11 Isolação TérmicaLk de portas paredes e tetos Fonte Autoria Própria 34 CARGA TÉRMICA DE VENTILAÇÃO E INFILTRAÇÃO Para o cálculo de carga térmica relacionada aos fenômenos de ventilação e infiltração de ar foi considerada as equações 4 e 5 de acordo com a NBR16401 4 Onde Rô ar densidade do ar 12 Kgm³ Cpar calor específico do ar 1009 JkgK Te Temperatura externa Ti Temperatura interna E a equação 5 5 Onde Fp Vazão por pessoa em Lspessoa np Número de pessoas no recinto A todos os ambientes adotouse os seguintes parâmetros Portas DryWall 0921 VidroComum 00 Paredes Tijolo 0076 Estuque 0014 Reboco 0042 OBS Paredes de DryWall usar mesmo valor das portas de DryWall Tetos Laje Ver Tabela1 35 Fs Vazão por área útil ocupada A Área útil ocupada pelas pessoas em m² Quanto a Carga Térmica de Ventilação e Infiltração os parâmetros obtidos foram baseados na análise da Tabela 2 do item 284 e estão reunidos na Tabela 12 Tabela 12 Dados sobre Carga Térmica de Ventilação e Infiltração Ventilação do Local Ambientes Dimensionados Fp Lspessoas Fs Lsm² Teatro Municipal 35 04 Biblioteca 35 08 Sala A 63 08 Sala de Música 63 08 Sala de Aula 63 08 Sala B 63 08 Diretoria 31 04 Secretaria 31 04 Sala Benedito Lacerda 63 08 Auditório Eusébio Luiz Costa 63 08 Outros Parâmetros Densidade do ar rô kgm³ 12 Calor específico do ar Cpar JkgK 1009 Fonte Autoria Própria 35 FONTES DE CALOR INTERNAS 351 Ocupação de Pessoas e Equipamentos Para o cálculo de carga térmica devido a ocupação de pessoas foi considerada a equação 6 juntamente com o auxílio da Tabela 5 do item 285 6 Onde Nºocupantes Número de pessoas ocupando o recinto Qpessoas Calor liberado por indivíduo 36 Para o caso das contribuições de carga térmica devido aos equipamentos presentes considerouse as Tabelas 3 e 4 do item 285 e o uso da equação 6 com uma pequena modificação de nomenclatura onde o Nº de ocupantes passou a ser a quantidade de um certo equipamento e o calor liberado passou a ser o calor referido nas tabelas de acordo com as especificações de cada equipamento 352 Iluminação Para o cálculo de carga térmica devido a iluminação presente em cada ambiente foi considerada a equação 7 bem como as Tabelas 6 e 7 do item 285 7 Onde Plamp potência instalada de lâmpadas em Wm² Fu Fator ou fração de lâmpadas usadas Fr Fator do reator de lâmpadas fluorescentes FRC Fator de carga térmica de resfriamento Por fim as Tabelas 13 e 14 agrupam os dados sobre Fontes de Calor Internas que foram obtidos por meio da análise das Tabelas 3 4 5 6 e 7 do item 285 Tabela 13 Dados sobre Fontes de Calor Internas OcupaçãoEquipamentos e Máquinas Ocupação Ambientes Dimensionados Perda em Wpessoa Teatro Municipal 115 Biblioteca 130 Sala A 130 Sala de Música 130 Sala de Aula 130 Sala B 130 Diretoria 140 Secretaria 140 37 Sala Benedito Lacerda 130 Auditório Eusébio Luiz Costa 265 Equipamentos e Máquinas Perda em WComp Diretoria e Secretaria 55 Perda em WImpres secretaria 130 OBS1 Demais ambientes não possuem Fonte Autoria Própria Tabela 14 Dados sobre Fontes de Calor Internas Iluminação Iluminação Ambientes Dimensionados Local considerado Perda em Wm² Teatro Municipal Cinemas e Teatros 6 Biblioteca Bibliotecas 16 Auditório Eusébio Luiz Costa Auditórios b Plateia 10 Demais ambientes Escritórios e Bancos 16 OBS1 Considerouse para todos os locais FRC de 095 OBS2 Considerouse Fu 10 e Fr 12 Fonte Autoria Própria 38 4 RESULTADOS 41 DADOS DE ENTRADA A metodologia definida acima foi aplicada obtendose as condições meteorológicas as características da construção e todos os parâmetros e coeficientes pertinentes para o cálculo de carga térmica Portanto as informações apresentadas tanto nas tabelas acima quanto nos apêndices B C D e E e anexos A e B representam todos os dados de entrada necessários e suficientes para o dimensionamento em questão A partir desses inputs e através do software Excel determinouse a consolidação dos resultados 42 CONSOLIDAÇÃO DOS RESULTADOS Uma vez aplicados os dados de entrada expostos nos subitens do item 3 nas equações convenientes segundo a metodologia indicada alcançaramse os resultados de demanda térmica por ambiente que são apresentados na Tabela 15 Nela estão os valores dos Máximos Somatórios de Carga Térmica para cada ambiente previstos no projeto em BTUh Os valores representam ao longo do período de um ano a demanda térmica suficiente para atender cada recinto ou fração autônoma em qualquer época e hora do dia Um perfil do Somatório de Carga Térmica Total considerando a Zona Térmica Geral do edifício é apresentado no anexo B Tabela 15 Carga Térmica por ambiente BTUh Piso Térreo Zona Térmica 1 Teatro Municipal 76094175 BTUh Segundo Piso Zona Térmica 2 Biblioteca 7697552 BTUh Sala A 4323344 BTUh Sala de Música 11163767 BTUh Sala de Aula 11095362 BTUh Sala B 4323344 BTUh Diretoria 3454130 BTUh Secretaria 7964470 BTUh Terceiro Piso Zona Térmica 3 Sala Benedito Lacerda 20069823 BTUh Quinto Piso Zona Térmica 4 Auditório Eusébio Luiz Costa 25823365 BTUh 39 Somatório de Carga Térmica para Ambientes Zona Térmica Geral Carga Térmica Total 172009332 BTUh Fonte Autoria Própria Para uma melhor visualização dos dados apresentados acima construiuse o Gráfico 3 O gráfico nos permite observar como a carga térmica tem uma forte relação com a área de superfície portanto é natural que o Teatro Municipal que possui uma área maior necessite de uma carga térmica cerca de 3 vezes maior que o Auditório Eusébio Luiz Costa espaço que fica em segundo em térmos de área de superfície Fato esse que irá certamente influenciar na robustez do equipamento adequado para esse espaço 43 SELEÇÃO DE EQUIPAMENTOS Após dimensionar a demanda térmica dos espaços e realizar consulta em catálogos em busca dos equipamentos que atendam ao requisito térmico selecionouse os equipamentos adequados Foi consultado o catálogo de produtos Mecalor e o catálogo de climatização da Elgin Os equipamentos são apresentados na Tabela 16 Gráfico 3 Carga Térmica por ambiente BTUh Fonte Autoria Própria 40 Tabela 16 Equipamentos Selecionados Nome Marca Descritivo kcalh Btuh RLA 210 Mecalor Linha RLA Chillher Industrial 220000 8724467 ERF300002 Elgin Linha Janela Eqpt de Janela 75649 30000 PHFI600002PHFE 600003 Elgin Piso Teto Atualle Eqpt Split 151299 60000 Fonte Autoria Própria Os Equipamentos selecionados atendem de maneira satisfatória todas as zonas calculadas A capacidade se encontra ligeiramente acima da demanda pois modelos inferiores já não atendem o projeto de modo a garantir o conforto térmico almejado A partir disso pode construirse a Tabela 17 explicitando a quantidade de equipamentos necessária para cada ambiente Tabela 17 Detalhamento Final Ambientes Dimensionados Demanda Térmica BTUh Equipamento CapacidadeBTUh Qtd de Equip Capacidade Total BTUh Teatro Municipal 76094175 RLA 210 8724467 1 8724467 Biblioteca 7697552 ERF300002 30000 3 90000 Sala A 4323344 PHFI60000 2PHFE600003 60000 1 60000 Sala de Música 11163767 PHFI60000 2PHFE600003 60000 2 120000 Sala de Aula 11095362 PHFI60000 2PHFE600003 60000 2 120000 Sala B 4323344 PHFI60000 2PHFE600003 60000 1 60000 Diretoria 3454130 PHFI60000 2PHFE600003 60000 1 60000 Secretaria 7964470 ERF300002 30000 3 90000 Sala Benedito Lacerda 20069823 PHFI60000 2PHFE600003 60000 4 240000 Auditório Eusébio Luiz Costa 25823365 PHFI60000 2PHFE600003 60000 5 300000 Fonte Autoria Própria 44 COMPARAÇÃO COM SISTEMA ATUAL 41 Os dados do sistema atual para cada espaço foram coletados no dia da visita ao local e constituem parte das informações presentes no apêndice A Na Tabela 18 compara se a capacidade do sistema instalado com os valores de demanda calculados Tabela 18 Sistema Atual x Demanda Térmica Calculada Ambientes Dimensionados Demanda Térmica BTUh Equipamento Capacidade Individual BTUh Qtd Eqpt Capacidade Total BTUh Teatro Municipal 76094175 Não Possui 0 0 0 Biblioteca 7697552 Unidade de Janela 10000 2 20000 Sala A 4323344 Não Possui 10000 1 10000 Sala de Música 11163767 Sistema split 12000 1 12000 Sala de Aula 11095362 Não Possui 10000 1 10000 Sala B 4323344 Não Possui 10000 1 10000 Diretoria 3454130 Sistema split 12000 2 24000 Secretaria 7964470 Sistema split 12000 1 12000 Sala Benedito Lacerda 20069823 Não Possui 10000 3 30000 Auditório Eusébio Luiz Costa 25823365 Não Possui 10000 2 20000 OBS Os recintos com descritivo em vermelho indicam que apesar de o ambiente não possuir nenhum sistema de ar condicionado possuem espaço construtivo em suas paredes para instalação de ar condicionado de janela de 10000 BTUsh Fonte Autoria Própria Tendo estabelcido na Tabela 17 uma quantidade de equipamentos para cada ambiente é interessante estabelecer uma comparação das quantidades dado o sistema atual e por isso construiuse o Gráfico 4 42 Gráfico 4 Qtd de ar condicionado ambiente Azul propostoLaranja antigo Fonte Autoria Própria O gráfico nos permite observar que muitos ambientes que atualmente não possuem nenhuma refrigeração necessitam de uma quantidade razoável de aparelhos como é o caso do Auditório Eusébio Luiz Costa Notase que os sistemas atuais estão subdimensionados pois não conseguem atender a demanda de carga térmica necessária e isso ocorre tanto onde há algum sistema em funcionamento quanto onde já existiu um dia 43 5 CONCLUSÃO Diante do apresentado observase que o esperado foi alcançado com sucesso ou seja uma vez feito o cálculo de carga térmica para cada fração autônoma designada e avaliado a demanda energética desses ambientes de modo a obter um resultado que permite a seleção dos sistemas convenientes e a comparação dos mesmos com o disponível atualmente entendese que os objetivos do respectivo trabalho foram cumpridos apesar de toda a dificuldade que o envolveu sobretudo no entendimento do método e na modelagem dos dados para o cálculo na medida em que para esse autor constituíam novo campo de conhecimento Considerando o resultado do item 44 fica em evidência o fato de que o sistema está subdimensionado Portanto como consequência o estado atual implica num tempo maior para os aparelhos atingirem a temperatura ideal em cada ambiente isso significa também que os aparelhos irão operar com sua capacidade máxima durante praticamente todo o período em que estiverem ligados além disso pode ocorrer um maior desgaste dos componentes internos dos equipamentos gerando a necessidade de aumento da manutenção dos mesmos e logo um menor tempo de vida útil Constatase que hoje o edifício do Teatro Municipal de Macaé não atende às condições de conforto térmico Deve se esclarecer que a maior partes dos recintos tal como já observado na Tabela 17 não possui qualquer sistema de refrigeração o que não significa que esses já não existiram um dia embora independente disso os resultados são claros em demonstrar que seja os sistemas de fato existentes ou aqueles que por ventura existiram ambos são incapazes de atingir a demanda térmica das frações autônomas mencionadas Sendo assim cabe aos administradores do local requererem junto aos órgãos públicos cabíveis uma reestruturação na parte de refrigeração do prédio Os resultados obtidos serão entregues aos responsáveis para que essas informações possam contribuir de fato Como sugestão de trabalhos futuros observase uma avaliação que compreenda também os custos de aquisição dos equipamentos e o estudo do sistema elétrico do prédio avaliando a demanda elétrica dos equipamentos propostos versus a capacidade de fato instalada Outro apontamento seria quanto ao tipo de sistema analisando a viabilidade e os custos de um único sistema centralizado Além disso sugerese uma análise quanto implementação de sistemas de ar condicionados que funcionem com energia solar uma vez que o edifício possui amplo espaço para o uso de placas solares em seu rooftop o que possivelmente traria economia perceptível a longo prazo Fica como sugestão também 44 uma abordagem do cálculo de carga térmica que seja específica para um determinado espaço com objetivo de analisar as características dessa construção e observar o que é passível de alteração em termos de Layout de paredes portas e janelas materiais e equipamentos afim de se propor mudanças que diminuam a carga térmica do local sem a necessidade de um equipamento de ar condicionado 45 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ABNTASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR 16401 Instalações de Ar Condicionado Sistemas Centrais e Unitários Parte 1 Projetos das Instalações Parte 2 Parâmetros de Conforto Térmico Parte 3 Qualidade do ar interior Rio de Janeiro 2008 ALVAREZ Mario Eusebio Torres Refrigeração Ar Condicionado e Ventilação Londrina 2019 Brundtland G H Khalid M Agnelli S AlAthel S A Chidzero B Fadika L M et al 1987 Our common future by world commission on environment and development Oxford Oxford University Press IEA International Energy Agency 2018 The Future of Cooling OECDIEA Tysepet Disponivel em httpsieablobcorewindowsnetassets0bb45525277f4c9c8d0c 9c0cb5e7d525TheFutureofCoolingpdf Acesso em mês ano INCROPERA FK Fundamentos da Transferência de Calor editora LTC 6ª ed 2008 LEONARDO O Futuro da Refrigeração Leonardo Energy Brasil 20 mar 2018 PENA Sérgio Meirelles Sistema de Ar Condicionado e Refrigeração 2002 96 f SANDER Lucas Nogueira Dimensionamento do Sistema de Refrigeração para o Bloco CCampus UFRJ Macaé 2017 52 f TCC Graduação Curso de Engenharia Mecânica Universidade Federal do Rio de Janeiro Macaé 2017 STOECKER W F e JONES J W 1985 Refrigeração e Ar Condicionado Editora McgrawHill do Brasil WANG Shan K Shan Kuo Handbook of air conditioning and refrigeration Shan K Wang2nd ed New York 2001 46 7 APÊNDICES APÊNDICE A Tabela 19 Tabela de dados sobre os sistemas atuais utilizados no edifício Ambientes Dimensionados Unidade Condensadora SimNão Qtd de Equip Tipo de Sistema Capacidade BTUh Total Observações Estimado BTUh Teatro Municipal Não 0 Não Possui 0 0 Já possuiu sistema central de 2 compressores Biblioteca Sim 2 Unidade de Janela 10000 20000 Sala A Não 0 Não Possui 0 0 Possui espaço para 1 Unidade de Janela 10000 Sala de Música Sim 1 Sistema split 12000 12000 Sala de Aula Não 0 Não Possui 0 0 Possui espaço para 1 Unidade de Janela 10000 Sala B Não 0 Não Possui 0 0 Possui espaço para 1 Unidade de Janela 10000 Diretoria Sim 2 Sistema split 12000 24000 Secretaria Sim 1 Sistema split 12000 12000 Sala Benedito Lacerda Não 0 Não Possui 0 0 Possui espaço para 3 Unidades de Janela 30000 Auditório Eusébio Luiz Costa Não 0 Não Possui 0 0 Possui espaço para 2 Unidades de Janela 20000 Fonte Autoria Própria 47 APÊNDICE B Figura 6 Desenho técnico do Teatro Municipal de Macaé Fonte Autoria Própria 48 APÊNDICE C Figura 7 Desenho técnico dos ambientes que compõem o 2 andar do prédio Fonte Autoria Própria 49 APÊNDICE D Figura 8 Desenho técnico da sala Benedito Lacerda Fonte Autoria Própria 50 APÊNDICE E Figura 9 Desenho técnico do Auditório Eusébio Luiz Costa Fonte Autoria Própria 51 APÊNDICE F Tabela 20 Tabela de dados sobre as características construtivas coletadas Ambientes Dimensionados Altura até o teto Altura de janelas Altura da portas Teatro Municipal 9 metros 0 208 metros Biblioteca 240metros 138 metros 208 metros Sala A 240metros 138 metros 208 metros Sala de Música 240metros 138 metros 208 metros Sala de Aula 240metros 138 metros 208 metros Sala B 240metros 138 metros 208 metros Diretoria 240metros 138 metros 208 metros Secretaria 240metros 138 metros 208 metros Sala Benedito Lacerda 240metros 138 metros 208 metros Auditório Eusébio Luiz Costa 240metros 138 metros 208 metros OBS Para todos os ambientes coletouse os dados espessura de portas e paredes DryWall 0035 m Porta de vidro 0010 m espessura do tijolo 01 m espessura do estuque 001 m e espessura do reboco 003 m Fonte Autoria Própria 52 APÊNDICE G Fonte Autoria Própria Gráfico 5 Do somatório da Carga Térmica referente a Zona Térmica Geral 53 8 ANEXOS ANEXO A Fonte Autoria Própria Gráfico 6 Dados de Temperatura Externa Real e solar ao longo de 28112021 28112022 54 ANEXO B Fonte Autoria Própria Gráfico 7 Radiação Térmica ao longo de 28112021 até 28112022