TCC - Comparativo Metodos RTS e CLTD-SCL-CLF Calculo Carga Termica Resfriamento

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL ESCOLA DE ENGENHARIA CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO COMPARAÇÃO DOS MÉTODOS RTS E CLTDSCLCLF PARA O CÁLCULO DA CARGA TÉRMICA DE RESFRIAMENTO por Enrico Zilio Borelli Monografia apresentada ao Departamento de Engenharia Mecânica da Escola de Engenharia da Universidade Federal do Rio Grande do Sul como parte dos requisitos para obtenção do diploma de Engenheiro Mecânico Porto Alegre novembro de 2021 ii iii LISTA DE SÍMBOLOS 𝑡𝑜 Temperatura de bulbo seco externa ºC 𝛼 Absortividade da superfície 𝐸𝑡 Radiação solar total incidente sobre a superfície Wm² ℎ𝑜 Coeficiente de transferência de calor por radiação de onda longa e convecção Wm²K 𝐸𝑡𝑏 Irradiação direta Wm² 𝜀𝛥𝑅 Troca de radiação entre o céu e um corpo negro a temperatura Wm² 𝐸𝑏 Irradiação normal Wm² 𝛳 Ângulo de incidência º 𝐸𝑡𝑑 Irradiação difusa Wm² 𝐸𝑑 Irradiação difusa sobre uma superfície horizontal Wm² 𝑌 Razão de irradiação difusa de céu claro em uma superfície vertical 𝐸𝑡𝑟 Irradiação refletida pelo o solo Wm² 𝛽 Ângulo de altitude solar º 𝜌𝑔 Refletância do solo 𝑞𝑖𝛳𝑛 Entrada de calor condutivo da superfície em função da hora W 𝑈 Coeficiente global de transferência de calor para a superfície Wm²K 𝐴 Área da superfície m² 𝑡𝑒𝛳𝑛 Temperatura solar em função da hora ºC 𝑡𝑟𝑐 Temperatura constante do ar para o ambiente ºC 𝑞𝛳 Ganho de calor condutivo para a superfície W 𝑞𝑖𝛳 Entrada de calor para a hora corrente W 𝑐𝑛 Fatores de tempo condutivos 𝑞𝑠 Ganho de calor sensível dos ocupantes W 𝑞𝑙 Ganho de calor latente dos ocupantes W 𝑞𝑠𝑝𝑒𝑟 Ganho de calor sensível por pessoa Wpessoa 𝑞𝑙𝑝𝑒𝑟 Ganho de calor latente por pessoa Wpessoa 𝑁 Número de ocupantes 𝑞𝑖𝑙 Ganho de calor referente a iluminação W 𝑊 Potência total instalada W iv 𝐹𝑢𝑙 Fator de uso 𝐹𝑠𝑎 Fator especial de tolerância 𝑄𝑟𝛳 Carga de resfriamento radiante 𝑄𝑟 para uma determinada hora ϴ W 𝑟𝑛 Fatores de tempo radiantes 𝑞𝑟𝛳 Ganho de calor radiante para uma determinada hora W 𝑞𝑟𝛳𝑛 Ganho de calor horas atrás W 𝐶𝐿𝑇𝐷 Fator de diferença de temperatura para a carga de resfriamento para a superfície 𝑆𝐶 Coeficiente de sombra 𝑆𝐶𝐿 Fator da carga de resfriamento solar com ou sem sombras internas 𝐶𝐿𝐹 Fator da carga de resfriamento dependente dos horários de ocupação 𝑒𝑟 Erro relativo 𝑉𝑉 Valor verdadeiro 𝑉𝐸 Valor encontrado 𝛬 Fator de comparação dos métodos 𝑄𝐶𝐿𝑇𝐷 Carga obtida através do método CLTDSCLCLF W 𝑄𝑅𝑇𝑆 Carga obtida através do método RTS W v Enrico Zilio Borelli COMPARAÇÃO DOS MÉTODOS RTS E CLTDSCLCLF PARA O CÁLCULO DA CARGA TÉRMICA DE RESFRIAMENTO ESTA MONOGRAFIA FOI JULGADA ADEQUADA COMO PARTE DOS REQUISITOS PARA A OBTENÇÃO DO TÍTULO DE ENGENHEIRO MECÂNICO APROVADA EM SUA FORMA FINAL PELA BANCA EXAMINADORA DO CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA Prof Cirilo Seppi Bresolin Coordenadora do Curso de Engenharia Mecânica Área de Concentração Energia e Fenômenos de Transporte Orientador ProfProfa Andrés Armando Mendiburu Zevallos Comissão de Avaliação ProfProfa Letícia Jenisch Rodrigues ProfProfa Cirilo Seppi Bresolin ProfProfa Paulo Smith Schneider Porto Alegre novembro de 2021 vi Zilio Borelli Enrico Comparação dos métodos RTS e CLTDSCLCLF para o cálculo da carga térmica de resfriamento 2021 29 Monografia de Trabalho de Conclusão do Curso em Engenharia Mecânica Curso de Engenharia Mecânica Universidade Federal do Rio Grande do Sul Porto Alegre 2021 RESUMO No escopo da climatização de ambientes o cálculo da carga térmica tem um papel fundamental para atingir resultados satisfatórios no dimensionamento de sistemas e assim obter um ambiente climatizado O objetivo deste trabalho é analisar os métodos RTS Séries temporais de radiação e CLTDSCLCLF Diferenças de temperatura desenvolvidos pela ASHRAE com a finalidade de apresentar suas vantagens e desvantagens além de mostrar se estes são eficientes e coerentes entre si Portanto duas formas principais de abordagem do problema são utilizadas primeiramente o contraste entre os dois métodos é apresentado a partir de uma análise comparativa componente por componente após isso é feita uma comparação abrangendo todos os componentes de carga somados formando a carga térmica total Os resultados obtidos mostram que os métodos apresentam resultados com perfis semelhantes de carga porém o CLTDSCLCLF em todos casos estudados superestimou o valor da carga térmica quando comparados com os resultados do método RTS Para componentes isolados essa diferença ficou em valores em torno de 10 e 50 e para os casos do estudo da carga total de resfriamento as diferenças relativas resultaram em valores próximos de 30 em casos para construções pesadas chegando a mais de 100 em casos de construções leves PALAVRAS CHAVE Carga térmica método RTS método CLTDSCLCLF vii Zilio Borelli Enrico Comparação dos métodos RTS e CLTDSCLCLF para o cálculo da carga térmica de resfriamento 2021 29 Mechanical Engineering End of Course Monography Mechanical Engineering degree The Federal University of Rio Grande do Sul Porto Alegre 2021 ABSTRACT In the scope of climate control the calculation of the thermal load plays a fundamental role in achieving satisfactory results in the dimensioning of systems and thus obtaining a climate controlled environment The objective of this work is to analyze the RTS Radiation Time Series and CLTDSCLCLF Temperature Differences methods developed by ASHRAE with a performance of presenting their advantages and disadvantages as well as showing whether they are efficient and consistent between themselves Therefore the two main ways of approaching the problem are used primarily the contrast between the two methods is presented from a componentbycomponent comparative analysis after that a comparison is made covering all load components added together forming a total thermal load The results presented showed that the methods present results with similar load models however CLTDSCLCLF in all studied cases overestimated the value of the thermal load when compared with the results of the RTS method For isolated components this difference was in values around 10 and 50 and for the cases of the study of the total cooling load as relative differences resulted in values close to 30 in cases for heavy constructions reaching more than 100 in cases of light construction KEYWORDS Thermal load RTS method CLTDSCLCLF method viii SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO 1 2 FUNDAMENTAÇÃO 2 21 Método das séries temporais de radiação RTS 2 211 Temperatura solar 3 212 Ganhos de calor por condução 4 213 Ganhos de calor internos 5 214 Conversão dos ganhos de calor em carga térmica 6 22 Método das diferenças de temperatura da carga de resfriamentocarga de resfriamento solarfator de carga de resfriamento CLTDSCLCLF 7 3 METODOLOGIA 7 31 Dados necessários para implementação dos métodos 8 32 Validação do método RTS 9 33 Validação do método CLTDSCLCLF 9 34 Comparação entre os métodos 10 4 RESULTADOS 11 5 CONCLUSÃO 16 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 17 1 1 INTRODUÇÃO O conforto térmico pode ser definido como a expressão de satisfação mental com as condições térmicas temperatura umidade etc do ambiente A mente é capaz de concluir sobre o conforto térmico a partir da sensação de temperatura e umidade da pele órgãos e esforço necessário para regular a temperatura do corpo ASHRAE 55 2010 p4 O conceito apresentado no parágrafo acima representa um dos principais senão o principal fator para a construção de um ambiente climatizado A climatização de ambientes corresponde a um processo analisado durante as fases de projeto e construção de uma edificação e portanto muitas variáveis necessitam ser avaliadas para que ao fim do projeto os sistemas de condicionamento sejam corretamente dimensionados assim obtendo o conforto térmico esperado A determinaçãocálculo das cargas térmicas representa o primeiro e mais fundamental passo para a realização correta de um projeto para a instalação de um sistema de ar condicionado pois os demais procedimentos como seleção da máquina dimensionamento dos dutos e difusores entre outros são realizados visando suprir a necessidade imposta pela carga térmica obtida Atualmente a Sociedade Americana de Engenheiros de Aquecimento Refrigeração e Ar Condicionado ASHRAE disponibiliza em seus manuais uma série de métodos que foram sendo desenvolvidos e aperfeiçoados de acordo com o avanço dos estudos e da tecnologia ao longo dos anos e que apresentam suas respectivas vantagens e desvantagens em relação a sua utilização K G Acharya et al 2019 apresenta uma análise para a carga de resfriamento em Ahmadabad no subcontinente indiano Uma sala de computadores foi analisada para um total de 24 ocupantes durante um expediente de 8 horas onde as temperaturas de bulbo seco externa e interna correspondem a 433ºC e 23ºC respectivamente Neste caso os métodos CLTDSCLCLF e TETD foram comparados e seus resultados foram validados através do software HAP v49 Foi observado que para as determinadas condições enquanto o método TETD resultou em uma carga de resfriamento de 48700W o método CLTDSCLCLF que entregou 42700W teve uma maior aproximação se comparado com o software v49 este tendo apresentado uma carga de 41500W Além disso para determinada localização é apontado que a hora de pico varia entre 14h e 16h independente da orientação Em Spitler e Rees 1998 foi realizada uma comparação quantitativa para os procedimentos de cálculo da carga térmica de resfriamento nos Estados Unidos e do Reino Unido sendo mais de 7000 diferentes combinações de cenários avaliados Os resultados apontaram que se comparado com o método de balanço de calor o método das séries temporais de radiação apresentou um desvio significativamente alto se tratando da carga térmica de pico sob a condição de grandes quantidades de vidraças de painel único atingindo uma diferença de 37 enquanto para as demais condições os resultados obtidos ficaram dentro do esperado No estudo de Joudi 2015 foi realizada uma investigação sobre a carga térmica de resfriamento para construções típicas do Iraque Dentre os métodos apresentados pela ASHRAE foi selecionado o método RTS para a verificação sendo o estudo realizado na cidade de Bagdá Latitude de 333ºN e Longitude de 444ºE O telhado com área de 2225 m² e coeficiente global U de 0371 Wm²K duas paredes uma orientada ao Nordeste com área de 832m² e outra orientada à Noroeste com área igual a 1505 m² ambas com U igual a 05747 Wm²K além de uma janela de 78 m² foram utilizados como parâmetros para o procedimento de cálculo Os valores médios das cargas medida e teórica ao longo do dia resultaram em 18644 e 16903 W respectivamente Estes resultados demonstraram uma variação de cerca de 93 o que infere uma boa concordância entre a carga de resfriamento média teórica e medida obtidas a partir da comparação utilizando o método das séries temporais 2 MAO et al 2018 realizaram uma comparação que abrange todos os cinco métodos apresentados pela ASHRAE em seus manuais desde o ano de 1967 até o presente sendo eles o método de balanço de calor HBM o método das diferenças de temperatura totais equivalentes TETD o método das funções de transferência TFM o método de diferenças de temperatura de carga de resfriamento CLTDSCLCLF e o método das séries temporais de radiação RTS Neste determinado estudo considerando os resultados obtidos referentes aos dois últimos métodos mencionados concluiuse que o método RTS se mostrou como sendo o mais preciso dos métodos simplificados apresentando diferenças percentuais em relação as cargas medidas de 326 e 359 para construções pesadas e leves respectivamente Enquanto isso o método CLTDSCLCLF apresentou os piores resultados entre os métodos com diferenças de 1323 e 805 quando comparado com a medição Portanto foi apresentada a conclusão de que este método é o menos preciso entre todos os cinco analisados neste estudo Qi Zhang et al 2017 analisou sete prédios com funcionalidade de escritórios em Hong Kong com uma área bruta de 549000 m² Quarenta e seis inquilinos foram selecionados de forma aleatória dentro dos sete edifícios apresentados com a intenção de investigar sua área ocupada número de funcionários além de cargas de iluminação e tomadas utilizados por um período de 2 semanas em 2012 Os dois principais objetivos do estudo foram obter a distribuição dos ganhos de calor internos do projeto e compreender a lacuna entre a capacidade de refrigeração instalada e os picos de carga de resfriamento reais dos edifícios A análise mostrou um intervalo bastante expressivo na faixa de 19 e 45 entre a capacidade do equipamento de refrigeração selecionado e a carga de pico real observandose então que métodos que superestimam o valor da carga térmica afetam de uma forma ainda maior a diferença real entre a carga térmica pico e a capacidade do equipamento Considerando que existe ainda a necessidade de uma comparação voltada mais especificamente para os métodos de cálculo da carga térmica RTS e CLTDSCLCLF o objetivo do presente trabalho é abordar estes dois diferentes métodos que apresentam características e procedimentos completamente distintos Buscase então realizar uma análise do comportamento dos seus resultados tendo como ponto de investigação fatores que possuem maior influência para a obtenção dos resultados apontando assim o seu grau de interferência na solução final 2 FUNDAMENTAÇÃO 21 Método das séries temporais de radiação RTS Spitler et al 1997 descreve como sendo um método novo para a realização do cálculo da carga térmica de resfriamento derivado do chamado método de balanço de calor substituindo os outros métodos simplificados apresentados nos manuais da ASHRAE Além disso este método é caracterizado por se basear em uma série de fatores destinados ao cálculo do ganho de calor condutivo contando com uma sucessão de 24 termos cobrindo as 24 horas do dia utilizados para converter o ganho instantâneo de calor radiante em carga de resfriamento Por ser um método simplificado algumas das suas características o diferem do método de balanço de calor Costa 2010 apresenta estas simplificações afirmando que não ocorre uma análise completa para o balanço térmico em superfícies externas sendo assim a análise individual de convecção para o ar externo radiação para o meio e radiação solar são substituídas por um único modelo de transferência de calor que envolve a diferença entre a temperatura do ar externo e uma temperatura equivalente chamada de temperatura solar Em complemento a isso para as superfícies internas também não é realizado um balanço térmico completo e sim é pressuposto que as superfícies se encontram na mesma temperatura 3 do ar interno Apresentando ainda as características deste método Rees et al 1998 descreve este modelo como sendo um procedimento em duas etapas se mostrando diferente de métodos mais antigos como o CLTDSCLCLF Isto significa que o cálculo realizado para a obtenção da carga térmica não é diretamente obtido pelos dados de entrada Ao invés disso inicialmente os ganhos de calor convectivo e radiante são calculados para cada hora do dia na sequência é possível obter os valores para a carga de resfriamento Para ambos os métodos a utilização de fatores de tempo específicos para cada etapa é necessária Em relação ao procedimento genérico de cálculo a ASHRAE 2017 apresenta um passo a passo geral para o cálculo da carga térmica de resfriamento para cada componente como paredes janelas pessoas iluminação entre outros Ele consiste em primeiramente calcular o perfil das 24 horas dos ganhos de calor do componente para o dia de projeto para condução considerase o atraso aplicando as séries temporais de condução então separar os ganhos de calor em parcelas radiantes e convectivas e aplicar as séries temporais radiantes adequadas à parte radiante dos ganhos de calor para contabilizar o atraso de tempo na conversão para carga térmica Por fim é necessário somar a parte convectiva da carga térmica com a parte radiante para determinar a carga térmica de resfriamento para cada componente em cada hora do dia Em ASHRAE 2017 cap 18 ainda é apresentado o procedimento detalhado para o cálculo da carga térmica de resfriamento Por ser um processo extenso um diagrama é apresentado no APÊNDICE I indicando a série de passos necessária para obter a carga térmica de resfriamento Porém ainda assim alguns pontos principais do procedimento de cálculo serão apresentados nesta seção por serem considerados elementos de grande importância 211 Temperatura solar A radiação solar é incluída no cálculo da taxa de transferência de calor através de uma temperatura equivalente chamada de temperatura solar Esta representa o efeito combinado da radiação solar incidente na superfície com as trocas térmicas entre a superfície e o meio convecção e radiação A obtenção desta variável é essencial para a determinação do ganho de calor através das superfícies externas e ela tem sua origem no balanço dos fluxos de calor para a superfície externa de uma parede opaca Assumindo que a taxa de transferência de calor pode ser expressa em termos da temperatura solar se obtém a equação definitiva para esta temperatura dada pela eq 1 𝑡𝑒 𝑡𝑜 𝛼𝐸𝑡 ℎ𝑜 𝜀𝛥𝑅 ℎ𝑜 1 onde 𝑡𝑜 é a temperatura de bulbo seco externa ºC 𝛼 é a absortividade da superfície 𝐸𝑡 é a radiação solar total incidente sobre a superfície Wm² ℎ𝑜 é o coeficiente de transferência de calor combinado radiação e convecção na superfície externa Wm²K e 𝜀𝛥𝑅 representa a troca de radiação entre o céu e um corpo negro a temperatura 𝑡𝑜 Wm² De acordo com Spitler 2014 o modelo de Céu Claro que é utilizado para o cálculo da radiação solar total incidente sobre a superfície e consequentemente para a obtenção da temperatura solar foi atualizado em 2013 para um modelo que utiliza um algoritmo completamente diferente O modelo antigo que era aplicado em métodos anteriores ao RTS como por exemplo o CLTDSCLCLF chamado de modelo A B C trabalhava com a determinação da radiação solar total através destes três coeficientes Enquanto isso o modelo de 2013 implementado no método das séries temporais radiantes inclui cálculos da irradiância normal extraterrestre massa de ar profundidade óptica do feixe profundidade óptica difusa feixe de ar expoente de massa e expoente de massa de ar difuso para a sua resolução cujas 4 equações e procedimento de cálculo estão apresentados detalhadamente em ASHRAE 2017 p 141 A irradiância solar total presente na eq 1 acima é dividida em três parcelas sendo elas a irradiância direta 𝐸𝑡𝑏 a irradiância difusa 𝐸𝑡𝑑 e a irradiância refletida pelo o solo 𝐸𝑡𝑟 A irradiância direta sobre a superfície inclinada que é apresentada a partir da eq 2 abaixo é dada em função da irradiância normal que pode ser determinada a partir do momento que são definidos os ângulos relacionados à posição do sol 𝐸𝑡𝑏 𝐸𝑏𝑐𝑜𝑠𝜃 2 onde 𝐸𝑏 é a irradiância normal Wm² e 𝜃 representa o ângulo de incidência º A irradiância difusa sobre a superfície vertical é dada pela eq 3 abaixo 𝐸𝑡𝑑 𝐸𝑑𝑌 3 onde 𝐸𝑑 representa a irradiância difusa sobre uma superfície horizontal Wm² e 𝑌 representa a razão de irradiância difusa de céu claro em uma superfície vertical para irradiância difusa de céu claro na horizontal que é tratada em função apenas do ângulo de incidência é importante apontar ainda que no caso de um cenário para uma superfície não vertical com uma inclinação Σ outras duas relações surgem referentes a uma inclinação de 90º ou 90º Por último tem se a irradiância refletida pelo solo sobre a superfície inclinada que é dada pela eq 4 para todas orientações 𝐸𝑡𝑟 𝐸𝑏𝑠𝑒𝑛𝛽 𝐸𝑑𝜌𝑔 1𝑐𝑜𝑠𝛽 2 4 onde 𝛽 é o ângulo de altitude solar º e 𝜌𝑔 é o albedo geralmente dada pelo valor 02 212 Ganhos de calor por condução No método RTS os ganhos de calor por condução através das paredes e telhados são calculados utilizando os chamados fatores temporais de condução Estes fatores que são calculados para cada tipo de parede e telhado dentro de 24 horas fornecem uma solução de série temporal para o problema de transferência de calor condutivo transiente e unidimensional SPITLER 1997 Portanto os fatores temporais de condução chamados de CTS buscam uma forma de comparar as características do atraso do ganho de calor condutivo através dos diferentes tipos de superfícies exteriores buscando assim solucionar o problema de transferência de calor condutivo transiente e unidimensional Então esta entrada de calor é definida pela eq 5 𝑞𝑖𝜃𝑛 𝑈𝐴𝑡𝑒𝜃𝑛 𝑡𝑟𝑐 5 onde 𝑞𝑖𝜃𝑛 é a entrada de calor condutivo da superfície em função da hora W 𝑈 é o coeficiente global de transferência de calor para a superfície Wm²K 𝐴 é a área da superfície m² 𝑡𝑒𝜃𝑛 é a temperatura solar em função da hora ºC e 𝑡𝑟𝑐 é temperatura constante do ar para o ambiente ºC O ganho de calor condutivo então pode ser definido pelo somatório das entradas de calor para as 24 horas do dia multiplicadas pelos seus respectivos fatores temporais de condução como é visto na eq 6 𝑞𝜃 𝑐0𝑞𝑖𝜃 𝑐1𝑞𝑖𝜃1 𝑐2𝑞𝑖𝜃2 𝑐3𝑞𝑖𝜃3 𝑐23𝑞𝑖𝜃23 6 5 onde 𝑞𝜃 é o ganho de calor condutivo para a superfície W 𝑞𝑖𝜃 é a entrada de calor para a hora corrente We 𝑐𝑛 são os fatores de tempo condutivos 213 Ganhos de calor internos Os ganhos de calor interno provenientes de pessoas iluminação e equipamentos atualmente podem representar a maior parte da carga de resfriamento em uma construção principalmente por causa dos avanços tecnológicos que resultam em uma maior modernização dos ambientes Fatores como o aumento do uso equipamentos eletrônicos e o advento de espaços de ocupação densa exemplificam o motivo do aumento considerável das cargas internas atualmente ASHRAE 2017 p 183 Qi Zhang et al 2017 cita que dentro do procedimento de cálculo visando um ambiente climatizado as cargas de resfriamento de pico são normalmente obtidas através de uma apuração na fase inicial do projeto onde os ganhos reais de calor interno são altamente incertos Sendo assim os engenheiros geralmente tratam destas incertezas assumindo os piores cenários possíveis utilizando de grandes fatores de segurança No entanto estes cenários raramente acontecem na realidade e apesar desta abordagem atender aos requisitos prédeterminados isso resultará em um projeto com parâmetros superiores ao necessário No estudo em questão a análise mostrou um intervalo na faixa de 19 e 45 entre a capacidade do equipamento de refrigeração selecionado e a carga de pico real Sendo assim é clara a necessidade de uma correta análise dos ganhos de calor internos tomando como objetivo uma alta eficiência no cálculo da carga térmica de resfriamento e consequentemente um projeto bem dimensionado O ganho de calor relacionado à ocupação é dividido em duas parcelas a sensível e a latente sendo que as quantidades totais e relativas de calor sensível e latente variam dependendo do nível de atividade SPITLER 2014 Estas parcelas que estão apresentadas através das eq 7 e eq 8 abaixo respectivamente 𝑞𝑠 𝑞𝑠𝑝𝑒𝑟𝑁𝐶𝐿𝐹 7 𝑞𝑙 𝑞𝑙𝑝𝑒𝑟𝑁𝐶𝐿𝐹 8 Onde 𝑞𝑠 é o ganho de calor sensível dos ocupantes W 𝑞𝑙 é o ganho de calor latente dos ocupantes W 𝑞𝑠𝑝𝑒𝑟 é o ganho de calor sensível por pessoa Wpessoa 𝑞𝑙𝑝𝑒𝑟 é o ganho de calor latente por pessoa Wpessoa e 𝑁 é o número de ocupantes Sendo a iluminação um importante componente gerador de carga interna uma correta estimativa para o ganho de calor deste é de grande importância para uma avaliação da carga de resfriamento em um determinado ambiente Spitler 2014 afirma que a taxa de ganho de calor para qualquer momento pode ser bastante distinta do equivalente de calor proveniente da energia fornecida instantaneamente às fontes de iluminação Ainda em Spliter é dito que a principal fonte de calor tem sua origem nos elementos emissores de luz ou lâmpadas porém componentes associados às luminárias que tem o papel de abrigar estes elementos podem gerar um calor adicional significativo Normalmente a taxa instantânea de ganho de calor da iluminação elétrica pode ser dada pela eq 8 dada abaixo 𝑞𝑖𝑙 𝑊𝐹𝑢𝑙𝐹𝑠𝑎𝐶𝐿𝐹 9 onde 𝑞𝑖𝑙 é o ganho de calor referente à iluminação W 𝑊 é a potência total instalada W 𝐹𝑢𝑙 é o fator de uso dado pela relação entre a potência em uso e a potência total instalada e 𝐹𝑠𝑎 é o 6 chamado fator especial de tolerância relacionado com a proporção do consumo de energia das luminárias Este fator leva em consideração o calor dos reatores sendo assim normalmente é igual a 12 para lâmpadas fluorescentes e 10 para lâmpadas incandescentes devido à falta de reatores nesta última Sobre o coeficiente CLF apresentado nas equações é importante mencionar que este é igual a 1 quando se trata da utilização do método RTS enquanto que para o método CLTDSCLCLF as equações são exatamente iguais tendo apenas este fator como sendo diferente de 1 Fisher e Chantrasrisalai 2007 realizaram um estudo experimental composto de um total de 9 diferentes tipos de luminárias além de 6 categorias distintas apresentando dados e projeto para a fração de espaço climatizado e frações radiativas de ondas curta e longa definidas como as razões de ganhos líquidos de calor radiante para o uso de energia elétrica de iluminação Alguns destes dados junto a notas para auxiliar na sua utilização se encontram tabeladas em Spitler 2014 p124 Por fim os equipamentos representam também uma parcela importante da carga térmica interna para ambientes atualmente cada vez mais equipamentos eletrônicos fazem parte do diaadia principalmente em um ambiente de trabalho Spitler 2014 afirma que existe uma grande disponibilidade de dados com o objetivo de obter resultados confiáveis Portanto a avaliação cuidadosa do cronograma operacional e o fator de carga para cada equipamento presente em um determinado ambiente é essencial Em ASHRAE 2017 são apresentadas diversas tabelas assim como equações específicas para diferentes tipos de equipamentos com aplicações diversas 214 Conversão dos ganhos de calor em carga térmica No método das séries temporais radiantes o cálculo da carga de resfriamento se torna complicado pela troca radiante entre superfícies móveis divisórias e outros componentes na zona térmica onde a maioria destas fontes de ganho de calor transferem energia tanto por convecção como por radiação Apesar dos ganhos por convecção serem instantaneamente convertidos em carga térmica de resfriamento os ganhos de calor radiantes introduzem uma dependência em relação ao tempo que não é facilmente quantificada A radiação é absorvida por estruturas que possuem capacidade de absorver armazenar e liberar calor e depois é transferida por convecção para o ar circundante Esse processo cria um intervalo de tempo e um efeito de amortecimento ASHRAE 2017 p 1827 Neste caso fatores de tempo radiantes são usados para calcular a carga de resfriamento para uma determinada hora com base nos ganhos de calor atual e passado Assim a série de tempo radiante para uma zona específica dá a resposta dependente do tempo da zona a um único pulso de energia radiante A série temporal radiante assim gerada tem como função converter a porção radiante dos ganhos de calor para uma determinada hora em carga de resfriamento de acordo com a eq 10 abaixo 𝑄𝑟𝛳 𝑟0𝑞𝑟𝛳 𝑟1𝑞𝑟𝛳1 𝑟2𝑞𝑟𝛳2 𝑟3𝑞𝑟𝛳3 𝑟23𝑞𝑟𝛳23 10 onde 𝑄𝑟𝛳 representa a carga de resfriamento radiante 𝑄𝑟 para uma determinada hora ϴ W 𝑟𝑛 são os fatores da série temporal de radiação 𝑞𝑟𝛳 é o ganho de calor radiante para uma determinada hora W e 𝑞𝑟𝛳𝑛 é o ganho de calor 𝑛 horas atrás W 7 22 Método das diferenças de temperatura da carga de resfriamentocarga de resfriamento solarfator de carga de resfriamento CLTDSCLCLF Spitler et al 1993 inicia sua análise citando este método como sendo um procedimento desenvolvido com o intuito de realizar os cálculos manualmente utilizando valores para os fatores CLTD e CLF de forma tabelada O ganho de calor através das paredes e telhados depende da localização forma e orientação de uma determinada construção bem como das superfícies internas do espaço climatizado Sendo assim selecionar um sistema de condicionamento de ar adequado para qualquer construção requer uma estimativa precisa e eficiente da carga de resfriamento Assim o método CLTDSCLCLF é dado como um dos métodos programados em planilha mais simples e rápidos utilizados para estimar a carga térmica de resfriamento O CLTDSCLCLF é definido como sendo um método de apenas um passo Sendo assim seus três fatores CLTD CLF e SCL foram gerados com o intuito de calcular de forma direta a carga de resfriamento relacionada ao ganho de calor por condução através das paredes e telhados iluminados pelo sol e condução através de vidros ganho de calor solar através vidros assim como ganhos de calor devidos às fontes internas e aprimorar o cálculo da carga solar através de vidros buscando incluir parâmetros adicionais para uma melhor precisão respectivamente ASHRAE 1997 p 283 Relembrando que por ser um método de fácil utilização a ASHRAE apresenta o seu procedimento de cálculo sendo realizado de forma bastante direta e este é apresentado de forma completa através de um fluxograma no APÊNDICE II Para o cálculo da carga térmica de resfriamento externa como paredes telhado e condução através dos vidros é utilizada a eq 11 apresentada abaixo 𝑞 𝑈𝐴𝐶𝐿𝑇𝐷 11 onde 𝐶𝐿𝑇𝐷 corresponde ao fator de diferença de temperatura para a carga de resfriamento para a superfície Ainda em relação à carga externa de resfriamento a carga térmica relacionada à irradiação solar através dos vidros é dada pela eq 12 apresentada a seguir 𝑞 𝐴𝑆𝐶𝑆𝐶𝐿 12 Onde 𝑆𝐶 representa o coeficiente de sombra e 𝑆𝐶𝐿 representa o fator da carga de resfriamento solar com ou sem sombras internas Em relação às cargas internas provenientes das pessoas e equipamentos o procedimento é o mesmo apresentado anteriormente para o método das séries temporais de radiação nas eq 7 8 e 9 com a única diferença da presença do fator CLF diferente de 1 esse coeficiente é responsável pelo atraso de tempo entre os picos de temperatura externa e interna e é representado pelo valor 1 no método RTS pelo fato de o atraso ser corrigido através dos fatores condutivos e radiantes Este é definido como o fator da carga de resfriamento dependente dos horários de ocupação e se apresenta sendo multiplicado às cargas sensível e latente para cada componente de carga interna Por fim é importante mencionar que todas as tabelas referentes aos parâmetros e fatores citados acima para diferentes materiais diversas atividades entre outros estão disponibilizados em ASHRAE 1997 cap 28 3 METODOLOGIA Pelo fato dos métodos RTS e CLTDSCLCLF terem sido validados pela ASHRAE em seus manuais o procedimento de cálculo apresentado segue os passos retratados nas versões de 2017 e 1997 para o procedimento das séries radiantes e para o das diferenças de temperatura 8 da carga de resfriamento respectivamente Por envolver um grande número de equações e procedimentos a metodologia de cálculo utilizada é apresentada nos APÊNDICES I e II em forma de diagramas de fluxo O método RTS por ser um método de duas etapas ou seja existe a obtenção dos valores de entrada e ganhos de calor e estes através dos fatores temporais são convertidos em carga térmica se mostra um pouco mais trabalhoso tendo alguns passos a mais que o CLTDSCLCLF No fluxograma do APÊNDICE I mencionado anteriormente estão descritos todos os passos necessários para a determinação da carga térmica de resfriamento para uma determinada hora do dia desde a análise e determinação dos valores de entrada cálculo dos ganhos de calor para cada componente presente sendo estes internos ou externos a divisão entre parcelas convectivas e radiantes seguido da implementação dos fatores temporais e por fim a soma de todas as parcelas de carga para obter a carga de resfriamento total Com relação ao método das diferenças de temperatura da carga de resfriamento CLTDSCLCLF o procedimento de cálculo que é apresentado no fluxograma do APÊNDICE II se mostra um pouco mais simples se comparado com o anterior Por ser um método de apenas um passo ou seja os dados de entrada são aplicados diretamente para o cálculo da carga térmica de resfriamento ele possui uma construção mais direta O fluxograma apresentado no APÊNDICE II mostra um número de procedimentos bem reduzido se comparado com o fluxograma referente ao RTS apresentando etapas relativas ao cálculo das cargas térmicas externa e interna que se dão pelo somatório das cargas de cada componente presente e a obtenção da carga térmica total para uma determinada hora do dia Sobre a sua implementação por serem métodos compatíveis e caracterizados pela sua fácil adaptação a uma planilha a utilização do editor de planilhas da Microsoft se mostrou como a melhor forma para a construção destes O Excel por ser uma ferramenta bastante versátil e que apresenta uma confiabilidade alta foi utilizado de forma que todos os procedimentos apresentados nos fluxogramas acima foram explicitamente calculados obtendo uma fácil visualização de todos os passos assim como de todas as equações utilizadas no processo Com isso são exibidos dentro das planilhas de cálculo todos os dados iniciais as equações e os mecanismos utilizados tanto no processo de validação dos dois métodos como também na comparação entre eles 31 Dados necessários para implementação dos métodos Para a implementação dos métodos dados climáticos e geográficos como temperaturas orientação de paredes e telhado latitude e longitude da localidade entre outros assim como informações sobre os materiais e área das superfícies além dos fatores e coeficientes utilizados em cada método são necessários para que o procedimento de cálculo possa ser realizado de forma completa e efetiva Com relação ao método RTS o manual da ASHRAE de 2017 apresenta tanto os dados climáticos e geográficos como os dados para os materiais e coeficientes das séries temporais de forma completa abrangendo informações e tabelas para regiões do mundo inteiro o que torna a obtenção dos elementos necessários para executar os procedimentos de cálculo acessível Entretanto com relação ao método CLTDSCLCLF o manual de 1997 apresenta uma quantidade de informações reduzida Com relação aos dados climáticos e geográficos ainda é possível buscar as informações de forma simples Porém as tabelas de coeficientes referentes ao cálculo da carga térmica das superfícies como paredes telhados e janelas são bastante limitadas apresentando poucas variedades de materiais para as superfícies e apenas valores relativos a uma latitude de 40º norte Foi ainda realizada uma procura na literatura com o intuito de buscar dados referentes a outras localidades porém a única referência adicional encontrada apresenta apenas tabelas para latitudes de 24º 36º e 48º norte que estão presentes em MCQUISTON e SPITLER 1992 9 Diante disso apesar da validação dos métodos não apresentar complicações por ser feita de forma isolada para cada um para efetuar uma comparação destes foi necessária a seleção de uma região acessível para os dois em que os dados necessários fossem de fácil acesso 32 Validação do método RTS Com o objetivo de validar o método RTS implementado dentro do Excel foi utilizado como parâmetro o exemplo 91 em ASHRAE 2017 O problema proposto consiste em um único cômodo de 12 m² localizado na cidade de Atlanta em Georgia nos Estados Unidos As condições climáticas de projeto são apresentadas na tabela 1 presente no capítulo 14 do manual onde a temperatura de bulbo seco externa e a temperatura interna de projeto são 331 ºC e 239ºC respectivamente O caso proposto apresenta suas superfícies externas com exposição a sul e a oeste com orientações de 39º a leste do sul e 60º a oeste do sul seguindo o exemplo da figura presente no APÊNDICE IV Referente aos ganhos de calor internos a ocupação é dada por 1 pessoa realizando atividades moderadas de escritório das 8 às 17 horas e a iluminação de luminárias fluorescentes e lâmpadas T8 corresponde a um consumo de 110 W em um período das 7 às 19 horas Além de um computador e uma impressora com um total de 130 W operando também das 8 às 17 horas representando a carga interna ligada aos equipamentos Para informações mais detalhadas do problema ele está disposto a partir da página 1844 do manual Esta validação consiste em comparar os resultados apresentados no manual de 2017 com os obtidos dentro do modelo construído no Excel onde é realizada uma análise a partir da eq 16 abaixo que representa o erro relativo ou seja a razão entre o erro absoluto e o valor verdadeiro 𝑒𝑟 100 𝑉𝑉𝑉𝐸 𝑉𝑉 16 Onde 𝑒𝑟 corresponde ao erro relativo VV é valor verdadeiro e VE é o valor encontrado Assim este procedimento é realizado para cada componente de carga térmica presente no problema verificando assim os valores para a carga de resfriamento de cada componente para cada hora do dia além da construção da média dos erros obtidos 33 Validação do método CLTDSCLCLF O processo de validação para o método CLTDSCLCLF consistiu no mesmo procedimento para a validação do método RTS Porém neste caso foi selecionado o exemplo presente em ASHRAE 1997 cap28 e este foi adaptado para o sistema internacional de medidas O problema consiste em uma sala de escola com 6 m de largura e 6 de comprimento para uma latitude de 40º As condições climáticas de projeto são dadas no problema onde a temperatura de bulbo seco interna corresponde a 255 ºC O caso apresenta ainda apenas uma parede e uma janela exteriores onde o coeficiente global de transferência de calor da janela é dado por 7 Wm²K enquanto o da parede é calculado a partir das informações dadas sobre os materiais desta Sobre a carga interna o problema descreve uma ocupação de 20 pessoas que entram no ambiente às 8 horas e permanecem no local até as 16 horas Em relação a iluminação a carga térmica advém de 300 W durante o mesmo período de ocupação A solução deste caso vem da determinação da carga térmica de resfriamento para as 9 e as 12 horas do dia 21 de julho para as condições mencionadas anteriormente Como dito inicialmente a validação se deu através da comparação dos resultados obtidos pelo manual da ASHRAE com os obtidos dentro do modelo no Excel utilizando a mesma eq 16 para a obtenção do erro relativo para cada componente de carga térmica presente no problema para as horas estipuladas 10 34 Comparação entre os métodos Após a validação dos dois métodos é realizada então a comparação entre eles com o objetivo de abordar suas principais características buscando realizar uma análise do comportamento dos seus resultados Para este procedimento foi selecionada a cidade norte americana de Champaign localizada no estado de Illinois A escolha é justificada pela questão já apresentada acima referente ao fato dos manuais da ASHRAE não disponibilizarem uma grande variedade de dados se tratando do método CLTDSCLCLF Tendo isso em mente buscouse encontrar uma cidade que mais se aproximasse da latitude de 40º norte relativa às tabelas disponíveis em ASHRAE 1997 O caso proposto que é representado pela Fig 2 abaixo apresenta condições climáticas de projeto listadas no apêndice presente em ASHRAE 2017 cap14 apresentando uma temperatura de bulbo seco externa de 309 ºC e temperatura interna de projeto de 25ºC além de latitude e longitude iguais a 40053º norte e 88373º oeste respectivamente a b Figura 2 Desenho esquemático a do problema estudado e b casos abordados na comparação dos métodos Com relação às superfícies externas foram consideradas paredes janelas e telhado com materiais e configurações que fossem mais próximas entre si dentro das tabelas de fatores para ambos os métodos Isso se dá pelo fato de os dados oferecidos pelos manuais não serem totalmente compatíveis além de que o método CLTDSCLCLF apresenta uma variedade bem reduzida de configurações em suas tabelas portanto foi necessário buscar uma compatibilidade para todos os componentes geradores de carga térmica Sobre a carga interna a ocupação é dada por 1 pessoa realizando atividades moderadas de escritório das 8 às 17 horas e a iluminação corresponde a um consumo de 300 W ao longo do mesmo período Além de um computador e uma impressora com um total de 130 W operando também das 8 às 17 horas representando a carga interna ligada aos equipamentos Para informações mais detalhadas do problema o APÊNDICE III apresenta todos os dados iniciais do caso em estudo Duas formas principais de abordagem do problema serão utilizadas primeiramente a comparação entre os dois métodos será apresentada a partir de uma análise comparativa componente por componente Isso apresentará o perfil de carga térmica além de seus respectivos valores para as 24 horas do dia isoladamente para todos os agentes geradores de carga para todas orientações Em seguida serão apresentadas as diferenças entre os dois métodos através de uma comparação abrangendo todos os componentes de carga somados formando a carga térmica de pico total calculada Esse procedimento será divido em dois casos específicos e opostos Na Fig 2b apresentada acima estão dispostos os dois casos mencionados onde o primeiro corresponde a um cômodo com a orientação da janela voltada para o leste enquanto o caso 2 apresenta este mesmo componente porém para uma orientação 11 oposta ou seja para o oeste O problema foi apresentado para esses dois casos com o intuito de expor a comparação entre as cargas de pico totais para os dois métodos além de mostrar a influência das janelas para o cálculo da carga térmica e determinação do horário de pico Utilizando a eq 17 pretendese analisar os resultados referentes à carga térmica de resfriamento para cada hora do dia para cada parcela geradora de carga térmica do ambiente observado além de uma inspeção da carga térmica total por horário e da carga térmica de pico referente a cada um dos dois métodos aplicados estabelecendo um padrão de comportamento para estes 𝛬 1 𝑄𝐶𝐿𝑇𝐷 𝑄𝑅𝑇𝑆 17 onde 𝑄𝐶𝐿𝑇𝐷 é a carga obtida através do método CLTDSCLCLF W e 𝑄𝑅𝑇𝑆 é a carga obtida através do método RTS W Este fator 𝛬 procura apresentar o comportamento destes dois métodos sendo assim se 𝛬 0 o método RTS sempre superestima o CLTDSCLCLF Porém se 𝛬 0 o caso se inverte e o CLTDSCLCLF sempre irá superestimar o método RTS 4 RESULTADOS Abaixo estão dispostos nas Fig 3 4 e 5 os gráficos referentes à carga térmica em função da hora para cada componente do caso em estudo sendo apresentados os resultados dos dois métodos analisados Figura 3 Distribuição da carga térmica das paredes a Leste b Oeste c Norte e d Sul ao longo das 24 horas do dia a b c d 12 Figura 4 Distribuição da carga térmica da a Iluminação e b Telhado ao longo das 24 horas do dia Figura 5 Distribuição da carga térmica das janelas a Leste b Oeste c Norte e d Sul ao longo das 24 horas do dia a b a b c d 13 Para todos os componentes de carga exceto a iluminação que possui uma abordagem um pouco diferente entre os dois métodos onde o RTS distribui a carga térmica ao longo das 24 horas do dia enquanto o CLTDSCLCLF considera apenas as horas de utilização da iluminação neste caso das 8 às 17 horas apesar de haverem diferenças bastante expressivas chegando a mais de 30 para as cargas de pico o perfil durante as 24 horas se mostra qualitativamente consistente entre os dois métodos A fig 5 que apresenta a carga das janelas para as quatro diferentes orientações de forma isolada mostra que esta tem uma importância significativa no cálculo Isso fica claro observando que as cargas térmicas das janelas atingem valores pico muitos superiores a qualquer outro componente de carga apresentado Portanto os horários de pico para a carga total de resfriamento são determinados pelos horários com maior incidência de sol nas janelas Isto é notável quando se comparam as Fig 5a e 5b que apresentam comportamentos completamente opostos Enquanto a janela que está orientada para o leste apresenta horário de pico às 9 horas da manhã a janela com orientação para oeste apresenta o horário de pico às 17 horas lembrando os parâmetros de entrada utilizados em todas as janelas como composição e área são idênticos apontando a orientação como o único fator de influência sobre a distribuição de carga de resfriamento Com relação as discrepâncias entre o CLTDSCLCLF e o RTS abaixo é apresentada a Tabela 1 que mostra a diferença relativa entre os dois métodos para os componentes de carga tratados A Tabela mostra que mesmo os métodos apresentando um mesmo perfil de distribuição de carga de resfriamento a diferença relativa entre os dois ficou na faixa entre 10 e 50 sendo que as diferenças relativas máximas correspondem às janelas sul e leste Tabela 1 Diferença relativa entre os métodos referente aos componentes geradores de carga térmica Um dos principais fatores que ocasionam esta discordância entre os resultados dos dois métodos apresentados é a utilização de dois modelos de CéuClaro diferentes Inicialmente o modelo chamado de A B C tinha sua aplicação em todos os métodos propostos nos manuais da ASHRAE porém a partir de 2013 foi implementado um modelo diferente que inclui cálculos da irradiância normal extraterrestre massa de ar profundidade óptica do feixe entre outros Entretanto este modelo novo não foi implementado para todos os métodos apresentados pela ASHRAE sendo assim observase que os novos cálculos de radiação solar e consequentemente temperatura solar foram implementados para o método RTS mas não para outros métodos simplificados Componente de carga Diferença relativa entre os métodos Parede Leste 2221 Parede Oeste 2896 Parede Norte 3952 Parede Sul 3441 Janela Leste 5091 Janela Oeste 2161 Janela Norte 1034 Janela Sul 4940 Telhado 2325 14 O gráfico abaixo apresenta estas diferenças entre os modelos utilizados para os métodos RTS e CLTDSCLCLF através da disposição das temperaturas solar obtidas para a parede leste do problema proposto acima ao longo das 24 horas do dia Figura 6 Comparação dos modelos de CéuClaro utilizados nos cálculos de carga térmica dos métodos CLTDSCLCLF e RTS Como nas fig 3 4 e 5 de carga térmica apresentadas anteriormente o gráfico para as temperaturas solar acima apresenta um comportamento bastante similar para os dois modelos tendo perfis qualitativamente consistentes Porém o modelo de 2013 que apresenta um algoritmo diferente do antigo mostra valores de temperatura inferiores ao modelo A B C na parte da manhã entre as 5 e 11 horas e valores superiores na parte da tarde entre as 12 e 18 horas justificando um dos importantes pontos que geram divergência entre os resultados obtidos para os métodos Além disso é possível notar que para as primeiras e ultimas horas do dia a temperatura solar para os dois modelos de CéuClaro se mostra inferior a temperatura interna do cômodo o que explica o fato de nestes horários a carga térmica para as janelas na Fig 5 ser negativa Com relação à carga térmica total de resfriamento a Fig 7 abaixo mostra dois perfis de ambientes abordando os dois casos apresentados na seção anterior Os gráficos mostram casos de dois cômodos apresentando apenas uma janela que no caso 1 está orientada para o leste e no caso 2 para o oeste Figura 7 Distribuição de carga térmica total com janela orientada para a leste e b oeste a b 15 Os gráficos acima demonstram novamente a influência das janelas dentro do cálculo da carga térmica é possível notar a similaridade entre os perfis da carga térmica total com os perfis das janelas leste e oeste Com relação ao valor obtido para as cargas térmicas de pico referentes aos métodos analisados notase que o método CLTDSCLCLF superestima os valores em relação ao RTS nos dois casos apresentados acima Para o caso 1 onde a janela está orientada para o leste o horário de pico que se encontra às 9 horas apresenta um resultado 3123 maior para o método das diferenças de temperatura em relação ao método das séries temporais Referente ao caso 2 o horário de pico das 17 horas apresenta um percentual ainda maior que o anterior chegando a 3416 MAO et al 2018 em seu estudo que engloba a comparação de todos os cinco métodos de cálculo de carga térmica de resfriamento incluindo os métodos CLTDSCLCLF e RTS disponibiliza os resultados de carga de pico obtidos para diferentes parâmetros sendo estes construções leves e pesadas além de vidros simples duplos e triplos Todos estes dados são apresentados na Tabela 2 junto aos resultados para os dois casos apresentados neste trabalho Tabela 2 Resumo da comparação das cargas de pico para diferentes configurações Como é visto na tabela em todos os casos o método CLTDSCLCLF superestima a carga térmica em comparação ao RTS tanto nas situações estudadas neste trabalho como nas do artigo mencionado anteriormente Também se nota que para construções pesadas característica presente nos casos 1 e 2 e em três das situações de estudo de MAO et al 2018 as diferenças relativas são menores abrangendo valores entre de 30 e 51 enquanto para construções leves as diferenças entre os dois métodos chegam a mais de 100 Em complemento a isso a tabela mostra o coeficiente 𝛬 apontado pela eq 17 para os casos em questão e para todos estes o coeficiente se mostra menor que zero Isso se dá pelo fato de que para a carga térmica total de pico o método das diferenças de temperatura sempre resultará em valores de carga superiores independente da configuração Sendo assim tendo analisado previamente os resultados apresentados pelo artigo de MAO et al 2018 os resultados obtidos para os Casos 1 e 2 convergiram para uma solução esperada sobre os dois métodos apresentando os dois como sendo métodos que geram resultados coerentes com os analisados previamente para a carga apresentando diferenças relativas elevadas entre os dois Caso analisado Parâmetros Caso 1 Caso 2 Leve vidro simples Leve vidro duplo Leve vidro triplo Pesada vidro simples Pesada vidro duplo Pesada vidro triplo RTS W 2381 2744 3412 2634 2323 4637 3723 3280 CLTDSCLCLF W 3124 3682 5976 5300 4756 6145 5469 4925 Diferença relativa 3121 3418 7515 10121 10474 3252 4690 5015 Λ 031 034 075 101 105 033 047 050 16 5 CONCLUSÃO Neste estudo foi realizada uma comparação entre dois dos métodos da ASHRAE para o cálculo da carga térmica de resfriamento com o intuito de determinar as principais diferenças referentes ao processo de cálculo e principalmente em relação as suas exatidões O método CLTDSCLCLF apresenta algumas vantagens ligadas à sua execução simplificada e rápida além de ser um método onde os dados iniciais podem ser diretamente aplicados para a obtenção da carga porém ele apresenta dificuldades referentes a eficiência além de possuir uma pequena quantidade disponível de informações essencialmente quando se trata da escolha de materiais para as superfícies geradoras de carga Já o método RTS se tratando de um método mais novo se mostrou resultados considerados mais precisos se comparado com o mencionado acima e apesar de apresentar uma sequência um pouco mais complexa e demorada de procedimentos isto se paga pelo fato de o método gerar valores mais coerentes se comparados com os do CLTDSCLCLF além de possuir uma maior variedade de informações acerca das variáveis necessárias para a obtenção a carga de resfriamento Em relação aos seus resultados para os dois casos principais estudados na comparação o método das diferenças de temperatura superestimou o método das séries temporais de radiação em 3123 para o caso 1 e 3416 para o caso 2 considerando as suas respectivas cargas de pico Porém os perfis de carga térmica para as 24 horas do dia se mostraram muito semelhantes entre os dois métodos demonstrando que apesar das discrepâncias em relação aos valores obtidos os dois métodos apresentam resultados coerentes contudo tendo diferenças em relação aos valores pico da carga térmica Esta vantagem do método RTS foi consolidada pela análise do fator 𝛬 resultando em valores menores que zero para todos os casos estudados o que significou que em todas as situações a carga de pico do método CLTDSCLCLF foi superior ao método RTS Essa discrepância entre os dois métodos se dá principalmente pelo fato de que o método CLTDSCLCLF por ser mais antigo não foi atualizado para utilizar o novo modelo de ganho de calor solar SHGC que usa o método angular mais preciso além de valores atualizados do coeficiente de atenuação interna IAC para o cálculo da carga térmica para as janelas Além disso o método RTS já apresenta um modelo de CéuClaro novo implementado em 2013 que utiliza um algoritmo completamente diferente do modelo utilizado anteriormente chamado de A B C resultando em valores de temperatura solar e consequentemente valores para a carga térmica distintos Portanto uma atualização do método CLTDSCLCLF se mostra necessária para melhorar a exatidão dos seus resultados Como sugestão para trabalhos futuros é aconselhada uma análise dos métodos em questão para casos localizados no hemisfério sul buscando determinar os coeficientes e fatores necessários para a realização dos cálculos para as localidades deste hemisfério Além disso uma análise que englobe a comparação dos procedimentos presentes neste estudo com outros métodos desenvolvidos pela ASHRAE como o método de balanço de calor HBM e o método das funções de transferência TFM além de comparálos com resultados obtidos através do software EnergyPlus seria bastante relevante já que não existem muitos textos disponíveis na literatura que abordem este assunto 17 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ACHARYA K G Estimation and Analysis of Cooling Load for Indian Subcontinent by CLDSCLCLF method at part load conditions J Phys Conf Ser 1240 012031 2019 ASHRAE CLIMATIC DESIGN CONDITIONS CHAMPAIGN 9 SW IL USA WMO 724360 2017 Disponível em httpashraemeteoinfov20 Acesso em 23 de setembro de 2021 ASHRAE ASHRAE Handbook Fundamentals Edição SI Atlanta GA 2018 ASHRAE ASHRAE Handbook Fundamentals Edição SI Atlanta GA 2017 ASHRAE ASHRAE Handbook Fundamentals Edição SI Atlanta GA 1997 ASHRAE ASHRAE Standard 55 Fundamentals Atlanta GA 2010 CHANTRASRISALAI C FISHER DE Lighting heat gain parameters Experimental results HVACR Research 2007 COSTA A M S Cooling Load Calculation by the Radiant Time Series Method Effect of Solar Radiation Models Brazilian Congress of Thermal Sciences and Engineering Uberlândia MG Brasil 2010 JOUDI K A HUSSIEN A N Cooling Load Calculations For Typical Iraqi Roof And Wall Constructions Using ASHRAEs RTS Method Journal of Engineering 215 p 98 114 2015 MAO C BALTAZAR J HABERL J S Comparison of ASHRAE Peak Cooling Load Calculation Methods Science and Technology for the Built Environment 2018 SPITLER JD FISHER D E PEDERSEN CO The Radiant Time Series Cooling Load Calculation Procedure ASHRAE Transactions 1997 SPITLER J D REES S J Quantitative Comparison of North American and UK Cooling Load Calculation ProceduresMethodology ASHRAE Transactions 1998 SPITLER J D Load calculation applications manual Segunda edição edição SI 2014 SPITLER JD MCQUISTON FC LINDSEY K The CLTDSCLCLF Cooling Load Calculation Method ASHRAE Transactions 991 p 183192 1993 ZHANG Qi YAN Da AN Jingjing HONG Tianzhen TIAN Wei SUN Kaiyu Spatial Distribution of Internal Heat Gains A Probabilistic Representation and Evaluation of Its Influence on Cooling Equipment Sizing in Large Office Buildings Lawrence Berkeley National Laboratory Energy Technologies Area p 120 2017 18 APÊNDICE I Diagrama de fluxo do método RTS Adaptado ASHRAE 2017 19 APÊNDICE II Diagrama de fluxo do método CLTDSCLCLF 20 APÊNDICE III Dados detalhados do problema utilizado na comparação dos métodos Método RTS CLTD Nº Parede 29 16 Nº Telhado 32 13 RTS Solar Pesada com carpete 50 vidro RTS NãoSolar Pesada com carpete 50 vidro SCL Janela Radiação Zona tipo A Localização Champaign Latitude º 40053 Longitude 88373 Tbs externa ºC 309 Tbu externa ºC 249 Amplitude ºC 124 Texterna máxima ºC 309 Tbs média dia ºC 247 Mês Julho Tbs interna ºC 25 VVV ms 17 𝜏𝑎𝑢𝑏 046 𝜏𝑎𝑢𝑑 2151 𝜌𝑔 02 Componente gerador de carga Paredes e Janelas Orientação Leste Oeste Norte Sul ψº 90 90 180 0 Área da Janela m² 5 5 5 5 Área da Parede m² 8 8 6 6 Ângulo de inclinação Σ das paredes º 90 90 90 90 αℎ𝑜 0052 0052 0052 0052 εΔRℎ𝑜 0 0 0 0 U das paredes Wm²K 0738 0738 0738 0738 U da janela Wm²K 7 7 7 7 Componente gerador de carga Telhado ψº Área do Telhado m² 12 Ângulo de inclinação Σ do telhado º 0 αℎ𝑜 0052 εΔRℎ𝑜 4 U do telhado Wm²K 0312 Ocupação Equipamentos Pessoas 1 Impressora e computador Carga térmica W 130 Carga térmica W 130 Calor Sensível W 70 Iluminação Calor Latente W 45 Carga térmica W 300 Horário de funcionamento 10 21 APÊNDICE IV Figura referente aos ângulos solares para as superfícies ASHRAE2017