Abnt Nbr 16655-3 - Climatização Residencial

NORMA BRASILEIRA

ABNT NBR 16655-3

Exemplar para uso exclusivo - FELIPE PINHEIRO FALCÃO DIAS - 013.337.183-22 RNP:0613960181 (Pedido 743609 Impresso: 18/06/2020)

Segunda edição 11.07.2019

Instalação de sistemas residenciais de ar-condicionado — Split e compacto Parte 3: Método de cálculo da carga térmica residencial Installation of residential air conditioning systems — Split and compact Part 3: Residential heat load calculation method

ICS 23.120; 97.040.30

ISBN 978-85-07- 08118-0

Número de referência ABNT NBR 16655-3:2019 22 páginas

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Sumário

Página

Prefácio.................................................................................................................................................v Introdução...........................................................................................................................................vii 1 Escopo.................................................................................................................................1 2 Referências normativas......................................................................................................1 3 Termos e definições............................................................................................................1 4 Requisitos............................................................................................................................2 4.1 Gerais...................................................................................................................................2 4.2 Escolha dos valores de projeto da temperatura de bulbo seco e temperatura de bulbo úmido, do ar externo................................................................................................3 4.3 Escolha das temperaturas de projeto do ambiente condicionado.................................4 4.4 Recintos adjacentes............................................................................................................5 Renovação e infiltração de ar............................................................................................5 4.5 4.6 Coeficientes de transmissão de calor por superfícies opacas (paredes, pisos, lajes e telhados)...........................................................................................................................7 4.7 Cargas de transmissão e de insolação.............................................................................8 4.8 Calor interno...................................................................................................................... 11 5 Somatória das cargas térmicas de refrigeração............................................................13 Anexo A (informativo) Exemplo do cálculo de carga........................................................................14 A.3 Para carga térmica de pessoas, equipamentos e iluminação, ver A.3.1 e A.3.2.........18 A.3.1 Pessoas..............................................................................................................................18 A.3.2 Carga térmica de equipamentos e iluminação...............................................................19 A.4 Resumo das cargas térmicas...........................................................................................19 Bibliografia..........................................................................................................................................22 Figura Figura A.1 – Arranjo físico da sala....................................................................................................14 Tabelas Tabela 1 – Condições de temperatura e umidade do ar externo para o verão...............................3 Tabela 2 – Condições de temperatura e umidade do ar externo para o inverno............................4 Tabela 3 – Condições das temperaturas internas de referência para o verão...............................4 Tabela 4 – Condições das temperaturas internas de referência para o inverno............................5 Tabela 5 – Coeficientes de transmissão de calor através de superfícies opacas (paredes, pisos, lajes e telhados).......................................................................................................7 Tabela 6 – Coeficientes de transmissão de calor através de piso, parede interna e janelas........7 Tabela 7 – Diferença de temperatura para a carga de refrigeração CLTD, corrigida às 16 h..................................................................................................................8 Tabela 8 – Fator de ganho de calor por insolação SHGF em W/m2 ..............................................10 Tabela 9 – Carga de insolação – Fator de carga de resfriamento às 16 h....................................10 Tabela 10 – Coeficientes de sombreamento (adimensional) para películas protetoras e sombreamento interno (cortinas).................................................................................... 11 © ABNT 2019 - Todos os direitos reservados

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Tabela 11 – Carga térmica interna em função de pessoas, iluminação e equipamentos............ 11 Tabela 12 – Carga térmica interna em função de iluminação .......................................................12 Tabela 13 – Carga térmica interna em função de equipamentos ..................................................13 Tabela A.1 – Descrição do ambiente e suas superfícies................................................................15 Tabela A.2 – Áreas de troca de calor e diferença de temperatura na carga de resfriamento CLTD em função da orientação e do horário..................................................................15 Tabela A.3 ‒ Transferência de calor pelas superfícies externas e internas..................................16 Tabela A.4 – Transmissão de calor por janelas – áreas .................................................................16 Tabela A.5 – Transmissão de calor por insolação...........................................................................17 Tabela A.6 – Dados psicrométricos de São Paulo..........................................................................17 Tabela A.7 – Área e vazão adotada...................................................................................................18 Tabela A.8 – Carga térmica de infiltração/renovação.....................................................................18 Tabela A.9 – Carga térmica de pessoas...........................................................................................19 Tabela A.10 – Iluminação e equipamentos.......................................................................................19 Tabela A.11 – Carga térmica às 16 h.................................................................................................19 Tabela A.12 – Carga térmica às 16 h considerando o isolamento na laje e a película refletiva no vidro...........................................................................................20

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Prefácio A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) é o Foro Nacional de Normalização. As Normas Brasileiras, cujo conteúdo é de responsabilidade dos Comitês Brasileiros (ABNT/CB), dos Organismos de Normalização Setorial (ABNT/ONS) e das Comissões de Estudo Especiais (ABNT/CEE), são elaboradas por Comissões de Estudo (CE), formadas pelas partes interessadas no tema objeto da normalização. Exemplar para uso exclusivo - FELIPE PINHEIRO FALCÃO DIAS - 013.337.183-22 RNP:0613960181 (Pedido 743609 Impresso: 18/06/2020)

Os Documentos Técnicos ABNT são elaborados conforme as regras da ABNT Diretiva 2. A ABNT chama a atenção para que, apesar de ter sido solicitada manifestação sobre eventuais direitos de patentes durante a Consulta Nacional, estes podem ocorrer e devem ser comunicados à ABNT a qualquer momento (Lei nº 9.279, de 14 de maio de 1996). Os Documentos Técnicos ABNT, assim como as Normas Internacionais (ISO e IEC), são voluntários e não incluem requisitos contratuais, legais ou estatutários. Os Documentos Técnicos ABNT não substituem Leis, Decretos ou Regulamentos, aos quais os usuários devem atender, tendo precedência sobre qualquer Documento Técnico ABNT. Ressalta-se que os Documentos Técnicos ABNT podem ser objeto de citação em Regulamentos Técnicos. Nestes casos, os órgãos responsáveis pelos Regulamentos Técnicos podem determinar as datas para exigência dos requisitos de quaisquer Documentos Técnicos ABNT. A ABNT NBR 16655-3 foi elaborada no Comitê Brasileiro de Refrigeração, Ar-condicionado, Ventilação e Aquecimento (ABNT/CB-055), pela Comissão de Estudo de Equipamentos de Expansão Direta Divididos (CE-055:002.005). O Projeto circulou em Consulta Nacional conforme Edital nº 08, de 28.08.2017 a 26.10.2017. O Projeto de Emenda 1 circulou em Consulta Nacional conforme Edital nº 05, de 30.05.2019 a 01.07.2019. A ABNT NBR 16655-3 equivale ao conjunto ABNT NBR 16655-3:2018 e Emenda 1, de 11.07.2019, que cancela e substitui a ABNT NBR 16655-3:2018. A ABNT NBR 16655, sob o título geral “Instalação de sistemas residenciais de ar-condicionado – Split e compacto”, tem previsão de conter as seguintes partes: —— Parte 1: Projeto e instalação; —— Parte 2: Procedimento para ensaio de estanqueidade, desidratação e carga de fluído frigorífico; —— Parte 3: Método de cálculo da carga térmica residencial. O Escopo em inglês da ABNT NBR 16655-3 é o seguinte:

Scope This Part of ABNT NBR 16655 presents a simplified procedure thermal load calculation of air conditioning for residential installations, which can be used in a spreadsheet with the following objectives: a) from the user information, customer, choose the cooling and heating capacity parameters; b) advise clients in actions to reduce the need for coolingheating, for example, glass with heat treatment and reflection or absorption of solar radiation; © ABNT 2019 - Todos os direitos reservados

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c) estimate the power point required and check if it is compatible with the available installation. The simplified procedure allows the thermal load of the estimate of a unique environment in the case of two or more environments the calculation must be repeated with the characteristics of each environment.

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This is recommeded the use of computer programs available for thermal load calculation, and must complete the calculation in the case of plants with repetitive environments or environments multiple and repetitive residences for different families (apartments).

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Introdução

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O aumento da base instalada de equipamentos de ar-condicionado residencial em operação, trouxe como consequência um aumento na demanda e no consumo de energia elétrica, com risco de sobrecarga no sistema de geração e de distribuição. O cálculo da carga deve permitir a escolha de equipamentos com a capacidade correta, evitando o superdimensionamento na escolha do equipamento com um aumento desnecessário do consumo da energia elétrica. Somente como informação, se trabalha com uma carga de refrigeração típica de 6 m2/kW de área de piso por potência de refrigeração em kW (21 m2/tr) sendo que a meta em países mais desenvolvidos é de 9 m2/kW (32 m2/tr). Uma vez definida a capacidade de refrigeração, podemos estimar a demanda de alimentação elétrica de 1,25 kW/tr e a demanda elétrica de 0,35 kW para uma demanda de refrigeração de 1 kW, ou seja, um coeficiente de desempenho COP de 2,9 kW de refrigeração por kW elétrico.

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vii

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Instalação de sistemas residenciais de ar-condicionado — Split e compacto Parte 3: Método de cálculo da carga térmica residencial

1 Escopo

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Esta Parte da ABNT NBR 16655 apresenta um procedimento simplificado de cálculo de carga térmica de ar-condicionado para instalações residenciais, com os seguintes objetivos:  a) a partir das informações do cliente, calcular os parâmetros de capacidade de refrigeração e aquecimento;  b) orientar o cliente nas ações para redução da necessidade de refrigeração/aquecimento, por exemplo, vidros com tratamento térmico de reflexão e/ou absorção da radiação solar;  c) estimar o ponto de energia elétrica necessário e a sua compatibilidade com o disponível na instalação. NOTA É recomendável o uso de programas de computador disponíveis para o cálculo de carga térmica: sendo obrigatório o cálculo completo no caso de instalações com ambientes repetitivos ou os ambientes residenciais múltiplos e repetitivos para diferentes famílias (apartamentos).

2 Referências normativas Os documentos relacionados a seguir são indispensáveis à aplicação deste documento. Para referências datadas, aplicam-se somente as edições citadas. Para referências não datadas, aplicam-se as edições mais recentes do referido documento (incluindo emendas). ABNT NBR 15575-1, Edificações habitacionais – Desempenho – Parte 1: Requisitos gerais ABNT NBR 16401-1, Instalações de ar-condicinado – Sistemas centrais e unitários – Parte 1: Projetos das instalações ABNT NBR 16401-2, Instalações de ar-condicionado – Sistemas centrais e unitários – Parte 2: Parâmetros de conforto térmico

3 Termos e definições Para os efeitos deste documento, aplicam-se os seguintes termos e definições. 3.1 diferença de temperatura da carga de resfriamento (CLTD Cooling load temperature differences) diferença da temperatura usada no cálculo de transmissão de calor por superfícies opacas, que leva em consideração a resistência térmica à transmissão do calor, sua inércia térmica, o efeito do sol e a diferença da temperatura interna e externa NOTA

A diferença é expressa em grau Celsius (°C)

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3.2 fator de carga de resfriamento (CLF cooling load factor) fator que corrige os valores de carga térmica em função do efeito de retardamento da incidência do calor da radiação emitida por equipamentos, iluminação pessoas devido a sua temperatura de superfície e da radiação solar

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NOTA

O fator é adimensional.

3.3 fator de ganho de calor por insolação (SHGF Solar heating gain factor) potência de insolação específica que considera a latitude e o período do ano para a incidência máxima da radiação solar em superfícies transparentes NOTA

O fator é expresso em watts por metro quadrado (W/m2).

3.4 fator de sombreamento (SC Shade cooling load factors) fator que corrige a radiação solar transmitida para o ambiente em função de características físicas do vidro, como espessura, característica ótica de reflexão ou absorção e forma construtiva de vidro duplo ou fachada dupla

4 Requisitos 4.1 Gerais A estimativa da carga térmica tem por objetivo avaliar os valores de calor sensível (mudança de temperatura), e de calor latente (mudança da umidade), de um ambiente e desta forma a partir dos valores da carga térmica selecionar o equipamento necessário para manter as condições desejadas. O valor deve ser calculado na condição mais crítica. Recomenda-se não acrescentar fatores de segurança no cálculo da carga térmica, a seleção do equipamento pode ser feita pelo valor aproximado e não necessariamente maior. 4.1.1 Para a estimativa da carga térmica, é necessário:  a) escolher os valores de projeto da temperatura de bulbo seco e a temperatura de bulbo úmido do ar externo em função da latitude e da altitude do local;  b) escolher as temperaturas de projeto do ambiente condicionado adequadas às pessoas em função de sua idade, atividade e roupas;  c) averiguar possíveis condições especiais, como recintos adjacentes não condicionados, insolação, sombreamento externo etc.;  d) escolher os coeficientes de transferência de calor das distintas paredes da edificação com base no seu projeto. Paredes que separam ambientes na mesma temperatura devem ser ignoradas. Os coeficientes de transmissão de calor para inverno (aquecimento) e para verão (resfriamento) podem ser diferentes;  e) com base nas características construtivas da edificação, no programa de operação do sistema, nos valores de projeto da velocidade do vento e da diferença de temperatura. Estimar a taxa de infiltração (parcela não controlada), conforme ABNT NBR 15575-1 e/ou de ventilação com ar externo, conforme 4.4; 2

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 f)

determinar as características adicionais da edificação, como: localização, orientação, sombreamento externo e massa, as quais afetam o ganho de calor por insolação;

 g) com base nas características construtivas da edificação e nas condições de projeto determinar as diferenças de temperatura para a carga de refrigeração, fatores de ganho de calor por insolação e fatores de carga de refrigeração apropriados;

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 h) determinar a taxa de transferência de calor para o recinto em função dos coeficientes de transferência de calor, áreas e diferenças de temperatura, previamente calculados;  i)

para espaços com geração interna de calor (luzes, equipamentos, pessoas etc.) aplicar os fatores de carga de refrigeração quando necessário e as programações de uso.

4.1.2 O processo de cálculo da carga térmica a ser empregado é o da carga de resfriamento pela diferença de temperatura (CLTD) [1], fatores de carga de resfriamento solar (SCL) [1] e fatores de carga térmica Interna [1] que é o processo que melhor se aplica para o cálculo manual.

4.2 Escolha dos valores de projeto da temperatura de bulbo seco e temperatura de bulbo úmido, do ar externo 4.2.1 Os valores de temperatura e de umidade do ar externo devem ser escolhidos conforme a ABNT NBR 16401-1. Caso não seja encontrada a cidade ou o local da instalação, pode ser usado um valor por aproximação ou de referência. 4.2.2 A Tabela 1 apresenta as condições de verão de sete cidades do Brasil e dois valores de referência. Tabela 1 – Condições de temperatura e umidade do ar externo para o verão

Cidade

Temperatura Altitude máxima de bulbo seco m °C

Temperatura de bulbo úmido coincidente °C

Umidade absoluta kg de vapor /kg ar seco

Volume específico m3/kg

Entalpia kJ/kg

Belém

16

33,2

25,9

0,018 2

0,895

79,87

Brasília

1 060

32,2

17,1

0,008 2

0,995

53,32

Porto Alegre

3

34,7

24,6

0,018 6

0,898

82,43

Recife

10

34,0

27,1

0,019 9

0,899

85,20

Rio de Janeiro

3

34,1

25,2

0,016 6

0,894

76,72

São Paulo

802

32,1

20,4

0,011 7

0,970

62,29

Teresina

67

38,2

23,5

0,012 3

0,907

69,95

Referência 1

50

35

25

0,016 0

0,901

76,13

Referência 2

750

35

25

0,017 8

0,982

80,78

NOTA Os valores de referência podem ser usados em caso de dúvida da cidade equivalente em termos de clima.

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4.2.3 A Tabela 2 apresenta as condições de inverno de sete cidades do Brasil e dois valores de referência. Tabela 2 – Condições de temperatura e umidade do ar externo para o inverno Altitude m

Temperatura mínima de bulbo seco °C

Ponto de orvalho °C

Umidade absoluta kg de vapor /kg ar seco

Volume específico m3/kg

Entalpia kJ/kg

Belém

16

22,8

20,8

0,015 7

0,861

62,79

Brasília

1 060

10

1,2

0,004 7

0,918

21,84

Porto Alegre

3

3,9

1,1

0,004 1

0,790

14,18

Recife

10

21,8

18,2

0,013 1

0,854

55,23

Rio de Janeiro

3

16,2

11,9

0,008 7

0,832

38,23

São Paulo

802

8,9

3,9

0,005 5

0,887

22,80

Teresina

67

21,9

12,9

0,009 3

0,855

45,75

Referência 1

50

10

5

0,005 4

0,814

23,74

Referência 2

750

5

2

0,004 8

0,869

17,01

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Cidade

NOTA Os valores de referência podem ser usados em caso de dúvida da cidade equivalente em termos de clima.

4.3 Escolha das temperaturas de projeto do ambiente condicionado A escolha das temperaturas de projeto do ambiente condicionado deve ser adequada às pessoas em função de sua idade, atividade e roupas, conforme a ABNT NBR 16401-2. Se necessário, podem ser adotadas as condições de referência apresentadas nas Tabelas 3 e 4. Tabela 3 – Condições das temperaturas internas de referência para o verão

m

Temperatura de bulbo seco

Condição 1

50

24,0

50,0

100,73

0,009 4

0,860

47,92

Condição 2

50

26,0

50,0

100,73

0,010 6

0,867

53,03

Condição 3

500

24,0

50,0

95,46

0,009 9

0,908

49,25

Condição 4

500

26,0

50,0

95,46

0,011 2

0,916

54,54

Condição 5

750

24,0

50,0

92,63

0,010 2

0,936

50,03

Condição 6

750

26,0

50,0

92,63

0,011 5

0,944

55,43

Condição 7

1 000

24,0

50,0

89,87

0,010 5

0,965

50,84

Condição 8

1 000

26,0

50,0

89,87

0,011 9

0,974

56,34

Ar interno

Altitude

°C

Umidade relativa

Pressão atmosférica

Umidade absoluta

Volume específico

%

kPa

kg/kg

m3/kg

Entalpia kJ/kg

NOTA As condições de temperatura de bulbo seco de 26 °C são consideradas como valores para instalações de menor custo inicial e operacional (energia elétrica) sem a perda do conforto.

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Tabela 4 – Condições das temperaturas internas de referência para o inverno

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Ar interno

Altitude m

Temperatura de bulbo seco

Umidade relativa

Pressão atmosférica

Umidade absoluta

Volume específico

°C

%

kPa

kg/kg

m3/kg

entalpia kJ/kg

Condição 1

50

18,0

50,0

100,73

0,006 4

0,838

34,40

Condição 2

50

20,0

50,0

100,73

0,007 3

0,845

38,63

Condição 3

500

18,0

50,0

95,46

0,006 8

0,885

35,31

Condição 4

500

20,0

50,0

95,46

0,007 7

0,893

39,67

Condição 5

750

18,0

50,0

92,63

0,007 0

0,912

35,84

Condição 6

750

20,0

50,0

92,63

0,008 0

0,920

40,27

Condição 7

1 000

18,0

50,0

89,87

0,007 2

0,941

36,39

Condição 8

1 000

20,0

50,0

89,87

0,008 2

0,949

40,90

NOTA As condições de temperatura de bulbo seco de 18 °C são consideradas como valores para instalações de menor custo inicial e operacional (energia elétrica), sem a perda do conforto.

4.4 Recintos adjacentes Para recintos adjacentes não condicionados considerar a temperatura de bulbo seco conforme a seguir:  a) no verão, a temperatura de bulbo seco é 3 °C acima da temperatura de bulbo seco do ar externo no verão;  b) no inverno, a temperatura de bulbo seco é 3 °C acima da temperatura de bulbo seco do ar externo no inverno.

4.5 Renovação e infiltração de ar 4.5.1 Com base nas características construtivas da edificação, vedação de janelas e portas, nos valores de projeto da velocidade do vento e da diferença de temperatura, estimar a taxa de infiltração e ou de ventilação com ar externo. Este valor corresponde à parcela não controlada, do ar externo, conforme ABNT NBR 15575-1. NOTA

Considerar, no mínimo o valor recomendado de 1 L/s.m2 (3,6 m3/h.m2) para cada ambiente residencial.

4.5.2 A carga térmica do ar externo é calculada pelas Equações a seguir: 4.5.2.1 A vazão de ar em volume infiltrado ou de renovação deve ser calculada conforme Equação 1. Qae = Qinf· A

(1)

onde Qae é a vazão de ar externo, expresso em metro cúbico por hora (m3/h); Qinf é a vazão de ar externo infiltrado ou de renovação expresso em metro cúbico por hora (m3/h) por metro quadrado de piso (m2 de piso); A

é a área do piso, expressa em metro quadrado (m2).

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4.5.2.2 A vazão em massa de ar infiltrado ou de renovação é calculada conforme Equação 2. mae = (Qae).(1/3 600).ρ

(2)

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onde mae

é a vazão em massa de ar externo, expressa em quilograma por segundo (kg/s);

Qae

é a vazão em volume de ar externo, expressa metro cúbico por hora (m3/h);

1 h/3 600 s é a transformação de metros cúbicos por hora em metros cúbicos por segundo (m3/h em m3/s); ρ

é a massa específica do ar externo, expressa em quilograma por metro cúbico (kg/m3).

4.5.2.3 Para o cálculo da carga de ar externo, deve-se considerar:  a) o calor sensível calculado conforme a Equação 3: qsae = qtae – qlae

(3)

onde qsae

é o calor sensível do ar externo, expresso em watts (W);

qtae

é o calor total, expresso em watts (W);

qlae

é o calor latente, expresso em watts (W).

 b) o calor total do ar externo é calculado conforme a Equação 4: qtae = mae·(hae – hamb)

(4)

onde mae é a vazão em massa de ar externo, expressa em quilograma por segundo (kg/s); hae

é a entalpia do ar externo, expressa em quilo joule por quilograma (kJ/kg);

hamb é a entalpia do ar do ambiente, expressa em quilo joule por quilograma (kJ/kg).  c) o calor latente do ar externo, é calculado conforme a Equação 5. qlae = mae·hlv·(Wae – Wamb)

(5)

onde mae

é a vazão em massa de ar externo, expressa em quilograma por segundo (kg/s);

hlv

é o calor latente de vaporização da água 2 501 kJ/kg, expresso em quilo joule por quilograma (kJ/kg);

Wae

é a umidade absoluta do ar externo, expressa em quilograma por quilograma (kg/kg);

Wamb é a umidade absoluta do ar do ambiente, expressa em quilograma por quilograma (kg/kg). 6

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4.6 Coeficientes de transmissão de calor por superfícies opacas (paredes, pisos, lajes e telhados) As opções de arranjo dos materiais e de suas espessuras para a construção de paredes, pisos e lajes e podem ser verificadas nos manuais de cálculo de carga térmica [1].

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As opções de arranjo de materiais usuais para o coeficiente de transmissão de calor adotadas são apresentadas na Tabela 5. Tabela 5 – Coeficientes de transmissão de calor através de superfícies opacas (paredes, pisos, lajes e telhados) Parede externa

Laje externa + espessura ar

Laje externa + isolamento

Resistividade térmica

Resistividade térmica

Resistividade térmica

(m2.°C)/W

(m2.°C)/W

(m2.°C)/W

Elementos de construção – Características físicas Coeficiente de condutibilidade k W/(m.°C)

Elemento construtivo

Espessura

Filme do ar externo

não

0

0,044

0,044

0,044

Reboque + pintura

0,025

0,73

0,034

0

0

Bloco de concreto

0,200

1,04

0,192

0

0

Concreto laje maciça e contrapiso

0,150

1,9

0

0,079

0,079

Drywall Gesso

0,070

0,46

0

0,152

0

Vidro

0,006

0,76

0

0

0

não

0

0

0,160

0

Isolamento 25 mm lã de vidro

0,025

0,032

0

0

0,781 25

Reboque + pintura

0,025

0,73

0,034

0,034

0

Filme do ar interno

não

0

0,121

0,121

0

0

0

0,426

0,590

0,904

m

Espaço de ar

Total

Tabela 6 – Coeficientes de transmissão de calor através de piso, parede interna e janelas Piso/Laje interna

Parede interna

Janela externa simples

Janela externa cortina

Resistividade térmica

Resistividade térmica

Resistividade térmica

Resistividade térmica

(m2.°C)/W

(m2.°C)/W

(m2.°C)/W

(m2.°C)/W

0

0

0,044

0,044

0,079

0

0

0

Drywall

0

0,152

0

0

Vidro

0

0

0,008

0,016

Espaço de ar (vidro duplo)

0

0

0

0,160

Filme do ar interno

0,242

0,242

0,121

0,121

Total

0,321

0,394

0,173

0,341

Elemento construtivo

Filme do ar externo Concreto laje maciça e contrapiso

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4.6.1 No caso dos elementos construtivos não estarem listados nas Tabelas 5 e 6, deve ser calculado conforme [1]. 4.6.2 Não pode ser considerada a troca de calor entre ambientes com a mesma temperatura. 4.6.3 Os coeficientes de transmissão de calor para inverno (aquecimento) e para verão (resfriamento) podem ser diferentes.

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4.7 Cargas de transmissão e de insolação 4.7.1 Para o cálculo do valor de carga térmica por transmissão e por insolação, deve-se considerar as seguintes condições:  a) latitude;  b) orientação;  c) mês do ano;  d) temperatura de bulbo seco externa e interna;  e) horário;  f)

características construtivas do edifício;

 g) para condições de projeto, determinar as diferenças de temperatura para a carga de refrigeração CLTD, fatores de ganho de calor por insolação SHGF e fatores de carga de refrigeração CLF apropriados;  h) determinar as características adicionais do edifício; —— localização; —— orientação (norte, leste, sul e oeste); —— sombreamento externo devido a outras construções ou mesmo árvores, as quais afetam o ganho de calor por transmissão. 4.7.2 A Tabela 7 apresenta as diferenças de temperatura em função das condições de transmissão de calor. Tabela 7 – Diferença de temperatura para a carga de refrigeração CLTD, corrigida às 16 h (continua) Condição

8

Valor de referência °C

Cidade Belém, PA °C

Brasília, DF °C

Porto Alegre, RS °C

Rio de Janeiro, RJ °C

São Paulo, SP °C

Norte

10

11,1

15,2

11,85

11,2

9,95

Nordeste

15

16,1

20,2

16,85

16,2

14,95

Leste

19

20,1

24,2

20,85

20,2

18,95

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Tabela 7 (conclusão)

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Condição

Valor de referência °C

Cidade Belém, PA °C

Brasília, DF °C

Porto Alegre, RS °C

Rio de Janeiro, RJ °C

São Paulo, SP °C

Sudeste

20

21,1

25,2

21,85

21,2

19,95

Sul

18

19,1

23,2

19,85

19,2

17,95

Sudoeste

18

19,1

23,2

19,85

19,2

17,95

Oeste

15

16,1

20,2

16,85

16,2

14,95

Noroeste

11

12,1

16,2

12,85

12,2

10,95

Horizontal

24

25,1

29,2

25,85

25,2

23,95

Vidro

8

9,1

13,2

9,85

9,2

7,95

NOTA Os valores de diferença de temperatura para a carga estão corrigidos para os valores de temperatura de bulbo seco interna, de 24 °C e temperatura de bulbo seco externa do local considerado conforme a Tabela 1.

4.7.3 Caso seja necessário corrigir o CLTD (ver 3.1), deve-se utilizar a Equação 6. CLTDr = CLTD + (25 – TBSp) + (TBSaem – 29)

(6)

onde CLTDr é a diferença de temperatura da carga de resfriamento, expressa em graus Celsius (°C); TBSp é a temperatura de bulbo seco de projeto, expressa em graus Celsius (°C); TBSaem é a temperatura de bulbo seco média do ar externo ao longo do dia, expressa em graus Celsius (°C). 4.7.4 Para o cálculo da transmissão de calor por superfícies opacas, deve-se utilizar a Equação 7. qstrans = [A·(CLTDr)]/R

(7)

onde A

é a área da superfície, expressa em metros quadrados (m2);

CLTDr é a diferença de temperatura para a carga de resfriamento, expressa em graus Celsius (°C); R

é a resistividade térmica da superfície, expressa em metros quadrados, multiplicado por graus Celsius, dividida por watts (m2.°C)/W.

4.7.5 Para determinar as características adicionais da edificação, os seguintes fatores devem ser observados, por exemplo:  a) localização;  b) orientação (norte, leste, sul e oeste);  c) sombreamento externo devido a outras construções ou mesmo a existência de árvores, as quais afetam o ganho de calor por insolação. © ABNT 2019 - Todos os direitos reservados

9

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4.7.6 A Tabela 8 apresenta os fatores de ganho de calor em função da insolação. Tabela 8 – Fator de ganho de calor por insolação SHGF em W/m2

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Cidade Belém, PA

Brasília, DF.

Porto Alegre, RS.

Rio de Janeiro, RJ.

São Paulo, SP.

Latitude sul (º)

1,38

17,87

30,00

22,82

23,62

Mês

Janeiro

Janeiro

Janeiro

Janeiro

Janeiro

Unidade W/m2 Norte

363

135

204

142

142

Nordeste

634

363

458

555

555

Leste

615

666

678

672

672

Sudeste

243

582

532

407

407

Sul

120

163

128

145

145

Sudoeste

243

582

532

407

407

Oeste

615

666

678

672

672

Noroeste

634

363

458

555

555

Horizontal

820

876

866

877

877

4.7.7 No caso de vidros em janelas ou claraboias, é necessário que a sua transmissibilidade seja reduzida, diminuindo a carga térmica interna. Os fatores de sombreamento são encontrados na Tabela 9. Tabela 9 – Carga de insolação – Fator de carga de resfriamento às 16 h Orientação geográfica

Fator de carga de resfriamento em função do horário (adimensional)

Norte

0,75

Nordeste

0,20

Leste

0,17

Sudeste

0,22

Sul

0,35

Sudoeste

0,81

Oeste

0,82

Noroeste

0,73

Horizontal

0,58

4.7.8 Determinar a taxa de transferência de calor para o recinto, em função dos coeficientes de transferência de calor, áreas, diferenças de temperatura e fator de ganho de calor por insolação, previamente calculados, (ver Tabela 10). 10

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Tabela 10 – Coeficientes de sombreamento (adimensional) para películas protetoras e sombreamento interno (cortinas) Vidro 6 mm Simples

Simples + cortina

Refletivo + cortina

0,87

0,55

0,30

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4.7.9 O ganho de calor solar através do vidro é calculado conforme Equação 8. qsins = A·SC·SHGF·CLF

(8)

onde A

é a área da janela, expressa em metros quadrados (m2);

SC

é o fator de sombreamento;

SHGF é o fator de ganho de calor por insolação, expresso em watts por metro quadrado (W/m2); CLF fator de carga de resfriamento em função do horário.

4.8 Calor interno 4.8.1 Devem ser consideradas as cargas relativas às pessoas, à iluminação e aos equipamentos, que dissipam calor, ver Tabelas 11, 12 e 13. Tabela 11 – Carga térmica interna em função de pessoas, iluminação e equipamentos Calor sensível

Calor total

CLF

W/pessoa

W/pessoa

Adimensional

Pessoas sentadas, trabalho leve

75

150

1

Dançando

120

375

‒

Atividade

NOTA O calor total de pessoa é igual à soma da parcela de calor sensível e de calor latente.

4.8.2 O cálculo da carga térmica interna de pessoas deve ser feito utilizando as Equações 9 e 10. qspessoas = nºpessoas·cspessoa·CLF

(9)

onde qspessoas é o calor sensível referente às pessoas, expresso em watts (W); n°pessoas é a quantidade de pessoas; cspessoa é o calor sensível por pessoa, em função da atividade, expresso em watts por pessoa (W/pessoa); CLF

é o fator de carga de resfriamento adimensional.

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11

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qlpessoas = n°pessoas·(ctpessoa – cspessoa)

(10)

onde qlpessoas é o calor latente referente a pessoas, expresso em watts (W); n°pessoas é a quantidade de pessoas;

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ctpessoa

é o calor total por pessoa, em função da atividade expressa em watts por pessoa (W/ pessoa);

cspessoa é o calor sensível por pessoa em função da atividade expressa em watts por pessoa (W/pessoa); CLF

é o fator de carga de resfriamento adimensional. Tabela 12 – Carga térmica interna em função de iluminação

Cargas internas

Potência por m2

Fator de carga de resfriamento CLF

Iluminação

W/m2

Adimensional

Escritório

12

1

Sala de jantar

23

1

Quartos de dormir

10

1

NOTA Os valores desta Tabela correspondem a uma densidade de potência de iluminação em W/m2. No caso de ser conhecida a potência instalada, recomenda-se a utilização deste valor. Consideram como fator de carga de resfriamento CLF o valor 1.

4.8.3 A estimativa da potência instalada deve ser calculada conforme Equação 11. Psilum = A·csilum

(11)

onde Psilum é a potência instalada de iluminação, expressa em watts (W); A

é a área de piso expressa em metros quadrados (m2);

csilum é a potência instalada específica, expressa em watts por metro quadrado (W/m2). 4.8.4 A carga sensível de iluminação deve ser calculada conforme Equação 12. qsilum = Psilum·CLF

(12)

onde qsilum é a carga sensível de iluminação, expressa em watts (W); Pilum é a potência instalada de iluminação, expressa em watts (W); CLF é o fator de carga de resfriamento adimensional. 12

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Tabela 13 – Carga térmica interna em função de equipamentos Fator de carga de resfriamento CLF Adimensional

Carga térmica W

Equipamentos

W

W/equipamento W

Televisão 40 polegadas

250

250

0,8

200

Computador desktop

135

135

0,8

108

NOTA 1 O fator de carga de resfriamento CLF pode ser alterado em função do uso do equipamento considerado. NOTA 2 No caso de cozinhas conjugadas, há dificuldade em função da exaustão de ar da coifa do fogão, bem como a carga térmica dos equipamentos instalados. Recomenda-se consultar [1].

4.8.5 Para calcular a carga sensível de equipamentos, utilizar a Equação 13. qsequip = Psequip .CLF

(13)

onde qsequip é a carga sensível de equipamentos, expressa em watts (W); Pilum

é a potência instalada de equipamentos, expressa em watts (W);

CLF

é o fator de carga de resfriamento adimensional.

5 Somatória das cargas térmicas de refrigeração Os valores calculados na Seção 4 devem ser utilizados para o cálculo dos valores de cada carga e somados nas mesmas características do calor sensível, do calor latente e do calor total. O valor total deve ser usado na seleção do equipamento, neste caso, feito de forma simplificada atendendo a carga total em kW. Não podem ser usados coeficientes de segurança ou mesmo a escolha com folga. O Anexo A apresenta os exemplos de um cálculo.

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Anexo A (informativo) Exemplo do cálculo de carga

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A.1 Para este exemplo, é adotado como referência a cidade de São Paulo/SP, em um ambiente de sala de estar, conforme o desenho fora de escala apresentado na Figura A.1. Ambiente com ar-condicionado

Ambiente com ar-condicionado

Face noroeste com janela contínua + parede

6m

Face sudeste com janela contínua + parede

A

A Ambiente interno não condicionado 10 m

2,5 m

Janela com vidro simples

Corte A - A

0,25 m

Janela com vidro simples

1,25 m

1,0 m

Figura A.1 – Arranjo físico da sala

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A.2 O cálculo da transmissão de calor pelas superfícies externas e internas é apresentado nas Tabelas A.1 a A.12.

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Tabela A.1 – Descrição do ambiente e suas superfícies Descrição

Característica

Comentário

Resistividade térmica (m2.°C)/W

Paredes externas

Filme externo do ar + reboque + tijolo de cimento + reboque

Ver Tabela 5

0,426

Parede interna

Filme interno do ar + drywall + filme interno do ar

Ver Tabela 6

0,394

Laje superior e inferior

Filme interno do ar + concreto de laje maciça e contrapiso + filme interno do ar

Ver Tabela 6

Laje superior e inferior com isolamento

Filme interno do ar + concreto de laje maciça e contrapiso + isolamento de 25 mm de lã de vidro filme interno do ar

Ver Tabela 5

0,904

Janela externa simples

Filme externo do ar + vidro de 6 mm + filme interno do ar

Ver Tabela 6

0,173

NOTA

0,321

As portas não são consideradas.

A.2.1 A temperatura de bulbo seco do ambiente interno não condicionado é igual à temperatura de bulbo seco do ar externo (32,1 °C) + 3 °C – a temperatura de bulbo seco do ar interno (24 °C), neste exemplo 32,1 + 3 – 24 = 11,1 °C, conforme a Tabela A.2. Tabela A.2 – Áreas de troca de calor e diferença de temperatura na carga de resfriamento CLTD em função da orientação e do horário Dimensão m

Dimensão m

Área m2

Valores conforme Tabela 7 °C

Parede noroeste

6

(1,0 + 0,25) = 1,25

7,5

10,95

Janela noroeste – vidro

6

1,25

7,5

7,95

Parede sudeste

6

(1,0 + 0,25) = 1,25

7,5

19,95

Janela sudeste – vidro

6

1,25

7,5

7,95

Parede interna – ambiente não condicionado

10

2,5

25

32,1 + 3 – 24 =11,1

Laje/teto ambiente não condicionado

6

10

60

32,1 + 3 – 24 =11,1

Parede/janela/laje

NOTA É considerado que os andares superiores e os inferiores são ambientes internos, não condicionados. © ABNT 2019 - Todos os direitos reservados

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A.2.2 A Tabela A.3 apresenta o cálculo considerando dois valores de transmissão de calor pelas superfícies externas e internas, expressos em Watts (W), conforme a seguir:  a) sem isolamento na laje = 6 087 W;  b) com isolamento na laje = 3 411 W.

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O exemplo a seguir, demonstra a necessidade de análise, sempre que possível, dos valores obtidos e da verificação da possibilidade de redução da carga térmica. Tabela A.3 ‒ Transferência de calor pelas superfícies externas e internas Área m2

Diferença de temperatura da carga de resfriamento (CLTD) °C

Transmissão de calor pelas superfícies externas e internas W

0,426

7,5

10,95

193

Janela noroeste ‒ vidro

0,173

7,5

7,95

345

Parede sudeste

0,426

7,5

19,95

351

Janela sudeste ‒ vidro

0,173

7,5

7,95

345

Parede interna, ambiente não condicionado

0,394

25

11,1

704

Laje/teto, ambiente não condicionado

0,321

60

11,1

4 150

Subtotal sem isolamento

–

–

–

6 087

Laje/teto com isolamento, ambiente interno não condicionado

0,904

60

11,1

1 473

Subtotal com isolamento

–

–

-–

3 411

A.2.3

Parede/janela/laje

Resistividade térmica (m2.°C)/W

Parede noroeste

A transmissão de calor por superfícies transparentes é apresentada na Tabela A.4. Tabela A.4 – Transmissão de calor por janelas – áreas Orientação

Dimensão m

Dimensão m

Área m2

Noroeste

6

1,25

7,5

Sudeste

6

1,25

7,5

A.2.4 A Tabela A.5 apresenta o cálculo considerando dois valores de transmissão de calor pelas superfícies transparentes expressos em Watts (W), conforme a seguir:  a) sem película e cortina = 3 228 W; 16

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 b) com película e cortina = 1 113 W. O exemplo a seguir, demonstra a necessidade de análise, sempre que possível, dos valores obtidos e da verificação da possibilidade de redução da carga térmica.

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Tabela A.5 – Transmissão de calor por insolação Área m2

Fator de ganho de calor por insolação (SHGF) W/m2

Fator de carga de resfriamento adimensional

Fator de sombreamento

Transmissão de calor por superfície transparente W

Noroeste

7,5

555

0,73

0,87

2 644

Sudeste

7,5

407

0,22

0,87

584

Orientação

Subtotal sem película

3 228

Noroeste com película e cortina

7,5

555

0,73

0,3

912

Noroeste com película e cortina

7,5

407

0,22

0,3

201

Subtotal com película e cortina A.2.5

1 113

Carga térmica por infiltração/renovação

O valor da carga térmica por infiltração e/ou renovação pode ser calculado, porém depende de dados de vedação de portas e janelas que nem sempre estão disponíveis. NOTA Considerar no mínimo o valor recomendado de 1 L/s.m2 (3,6 m3/h.m2) para cada ambiente residencial, neste caso, adotar o dobro (7,2 m3/h.m2).

Tabela A.6 – Dados psicrométricos de São Paulo São Paulo Ar externo de verão Ar interno

Temperatura de bulbo seco °C

Umidade específica kg de vapor/ kg de ar seco

32,1 24

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Entalpia kJ/kg

Volume específico m3/kg

0,011 7

62,29

0,97

0,010 2

50,03

0,936

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Tabela A.7 – Área e vazão adotada

Descrição

Dimensão do comprimento da sala de estar m

Dimensão da largura da sala de estar m

Área m2

Renovação de ar 3 m /(h.m2)

Ambiente da sala de estar

6

10

60

7,2

A.2.6 Para o cálculo da carga térmica de infiltração/renovação apresentado na Tabela A.8, considera-se a carga térmica do ar externo, conforme a seguir:  a) calor latente 464 W;  b) calor sensível: 1 052 W;  c) calor total: 1 516,7 W. Tabela A.8 – Carga térmica de infiltração/renovação –

Vazão em volume m3/h

Vazão em massa kg/s

Variação de entalpia kJ/kg

Carga térmica do ar externo W

Calor total do ar externo

432

0,12371134

12,26

1 516 –

–

–

–

Variação de umidade específica kg vapor/kg ar seco

Calor latente W

432

0,12371134

0,001 5

464

Calor sensível W

–

–

–

1 052

NOTA O cálculo do calor latente é igual a vazão em massa vezes a variação de umidade específica vezes o calor latente de vaporização da água (2 501 kJ/kg).

A.3 Para carga térmica de pessoas, equipamentos e iluminação, ver A.3.1 e A.3.2 A.3.1

Pessoas

Considera-se para o cálculo apresentado na Tabela A.9, a carga térmica de oito pessoas sentadas em trabalho leve, conforme a seguir:  a) calor latente: 600 W;  b) calor sensível: 600 W;  c) calor total: 1 200 W. 18

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Tabela A.9 – Carga térmica de pessoas Pessoas

Quantidade #

Latente W

Sensível W

Total unitário W

Total latente W

Total sensível W

Total W

Sentadas em trabalho leve

8

75

75

150

600

600

1 200

A.3.2

Carga térmica de equipamentos e iluminação

A Tabela A.10 apresenta os resultados, considerando que na hipótese de o cálculo ter sido feito às 16 h as lâmpadas estivessem apagadas e, portanto, o fator de uso destas seria de 0. Tabela A.10 – Iluminação e equipamentos Quantidade

Potência unitária W

Total instalado W

Fator de uso

Calor sensível W

Lâmpadas fluorescentes 1

4

40

160

0

0

Lâmpadas fluorescentes 2

2

40

80

0

0

Televisão

1

250

250

0,8

200

Computador

1

135

135

0,8

108

0

0,5

0

–

–

308

Lâmpadas fluorescentes

Outro equipamento Subtotal de equipamentos elétricos

–

–

A.4 Resumo das cargas térmicas São apresentados nas Tabelas A.11 e A.12 resumos das cargas térmicas consideradas. Tabela A.11 – Carga térmica às 16 h (continua) Descrição

Calor sensível

Calor latente

Calor total

Transmissão de superfícies opacas W

6 087

0

6 087

Transmissão por superfícies transparentes W

3 228

0

3 228

Infiltração e renovação de ar W

1 053

464

1 517

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Tabela A.11 (conclusão) Descrição

Calor sensível

Calor latente

Calor total

Pessoas W

600

600

1 200

Iluminação W

0

0

0

Equipamentos W

308

0

308

Total W

11 276

1 064

12 340

Total BTU/h

38 484

3 631

42 115

Área de piso m2

60

60

60

Relação W/m2

187

18

205

Relação m2/tr

18,7

198

17,1

Equipamento recomendado em BTU/h

33 600

14 400

48 000

Tabela A.12 – Carga térmica às 16 h considerando o isolamento na laje e a película refletiva no vidro (continua)

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Descrição

Calor sensível

Calor latente

Calor total

Transmissão de superfícies opacas W

3 411

0

3 411

Transmissão por superfícies transparentes W

1 113

0

1 113

Infiltração e renovação W

1 053

464

1 517

Pessoas W

600

600

1 200

Iluminação W

0

0

0

Equipamentos W

308

0

308

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Tabela A.12 (conclusão) Descrição

Calor sensível

Calor latente

Calor total

Total W

6 485

1 064

7 549

Total BTU/h

22 133

3 631

25 764

Área de piso m2

60

60

60

Relação W/m2

108

18

126

Relação m2/tr

32

206

28

Equipamento recomendado em BTU/h

16 800

7 200

24 000

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Bibliografia [1]  ASHRAE Handbook – Fundamentals

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[2]  ABNT NBR 5410, Instalações elétricas de baixa tensão [3]  ABNT NBR 7541:2004, Tubo de cobre sem costura para refrigeração e ar-condicionado – Requisitos [4]  ABNT NBR 13971, Sistemas de refrigeração, condicionamento de ar, ventilação e aquecimento – Manutenção programada [5]  ABNT NBR 16280, Reforma em edificações – Sistema de gestão de reformas – Requisitos [6]  ABNT NBR 16401-3, Instalações de ar-condicionado – Sistemas centrais e unitários – Parte 3: Qualidade do ar interior [7]  ABNT NBR 16069, Segurança em sistemas frigoríficos [8]  ABNT NBR 13598, Vasos de pressão para refrigeração [9]  ASTM G85:2011, Practice for modified salt spray (fog) testing [10]  [DIN EN 378-2:2012, Refrigerating systems and heat pumps – Safety and environmental requirements – Part 2: Design, construction, testing, marking and documentation (includes Amendment A2:2012)

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