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Embora o foco principal do desempenho ambiental dos edifícios seja agora o uso de carbono, ainda há necessidade de considerar o desempenho térmico do tecido dos edifícios como um fator contribuinte. O desempenho térmico é medido em termos de perda de calor e é normalmente expresso na indústria da construção como um valor U ou valor R. Os cálculos do valor U serão invariavelmente necessários ao estabelecer estratégias de construção. Alguns dos termos têm significados sutilmente semelhantes, e interpretações conflitantes podem ser encontradas em toda a Internet. As várias terminologias, e como elas se relacionam entre si, são explicadas neste artigo.

Valor U, ou transmitância térmica (recíproca de valor R)

Transmissão térmica, também conhecida como valor U, é a taxa de transferência de calor através de uma estrutura (que pode ser um único material ou um composto), dividida pela diferença de temperatura através dessa estrutura. As unidades de medida são W/m²K. Quanto melhor isolada for uma estrutura, mais baixo será o valor U. Os padrões de fabricação e instalação podem afetar fortemente a transmitância térmica. Se o isolamento for mal feito, com lacunas e pontes frias, então a transmitância térmica pode ser consideravelmente maior do que o desejado. A transmitância térmica leva em conta a perda de calor devido à condução, convecção e radiação.

Cálculo do valor U

O cálculo básico do valor U é relativamente simples. Em essência, o valor U pode ser calculado encontrando o recíproco da soma das resistências térmicas de cada material que compõe o elemento construtivo em questão. Note que, assim como as resistências materiais, as faces internas e externas também têm resistências, que devem ser adicionadas. Estes são valores fixos.

Há uma série de normas que cobrem os métodos de cálculo da transmitância térmica. Estes estão listados na seção ‘Links úteis e referências’ no final deste artigo.

Simples cálculos de valores U podem ser feitos da seguinte forma, considerando a construção do elemento construtivo camada por camada. Note-se, no entanto, que isto não tem em conta as pontes frias (por exemplo, por laços de parede), os espaços de ar à volta do isolamento, ou as diferentes propriedades térmicas de, por exemplo, juntas de argamassa. Este exemplo considera uma parede de cavidade:

Material	Espessura	Condutividade (k-valor)	Resistência = Espessura ÷ condutividade (valor R)
Superfície exterior	–	–	–	0.040 K m²/W
Tijolos de argila	0,100 m	0,77 W/m⋅K	0,130 K m²/W
Lã de vidro	0.100 m	0.04 W/m⋅K	2.500 K m²/W
Blocos de concreto	0.100 m	1,13 W/m⋅K	0,090 K m²/W
Gesso	0,013 m	0,50 W/m⋅K	0.026 K m²/W
Superfície interna	–	–	0,130 K m²/W
Total			2.916 K m²/W
Valor U =		1 ÷ 2,916 =	0,343 W/m²K

Note que no exemplo acima, as condutividades (valores k) dos materiais de construção estão livremente disponíveis online; em particular dos fabricantes. De facto, a utilização de dados do fabricante irá melhorar a precisão, onde produtos específicos que estão a ser especificados são conhecidos no momento do cálculo. Embora seja possível permitir juntas de argamassa no cálculo acima, avaliando a % de área de argamassa em relação ao leito do bloco, deve-se ter em conta que se trata de uma técnica grosseira em comparação com o método mais robusto estabelecido na norma BS EN ISO 6946I.

Medindo o valor U

Embora os cálculos de desenho sejam teóricos, também podem ser realizadas medições pós-construção. Estas têm a vantagem de poder contabilizar a mão-de-obra. Os cálculos de transmitância térmica para telhados ou paredes podem ser efectuados utilizando um medidor de fluxo de calor. Este consiste em um sensor de termopilha firmemente fixado à área de teste, para monitorar o fluxo de calor de dentro para fora. A transmitância térmica é derivada da divisão do fluxo médio de calor (fluxo) pela diferença de temperatura média (entre interior e exterior) durante um período contínuo de cerca de 2 semanas (ou mais de um ano, no caso de uma laje térrea, devido ao armazenamento de calor no solo).

A precisão das medições depende de uma série de factores:

• Magnitude da diferença de temperatura (maior = mais precisa)
• Condições meteorológicas (nublado é melhor que solarengo)
• A boa adesão de termopilhas à área de teste
• Duração da monitorização (maior duração permite uma média mais precisa)
• Outros pontos de teste permitem uma maior precisão, para mitigar as anomalias

Dois fatores complicadores que podem afetar as propriedades de transmitância térmica dos materiais incluem:

• Temperatura ambiente, devido ao calor latente entre outros factores
• Os efeitos das correntes de convecção (o aumento da convecção contribui para o fluxo de calor)

Calculadoras de valor U

Como o cálculo dos valores U pode ser demorado e complexo (particularmente onde, por exemplo, a ponte a frio precisa de ser contabilizada), numerosas calculadoras de valor U online foram lançadas. No entanto, muitas delas só estão disponíveis por assinatura, e as que são gratuitas tendem a ser demasiado simplistas. Outra opção é solicitar um cálculo a um fabricante de isolamentos, por exemplo, cujo produto está sendo especificado.

Building Regulations Approved Documents L1A, L2A, L1B e L2B na Inglaterra e no País de Gales, todos se referem à publicação BR 443 Conventions for U-value calculationsII para metodologias de cálculo aprovadas, enquanto que o documento que acompanha as convenções de valor U na prática. Exemplos trabalhados usando a BR 443III fornecem orientações úteis.

Valor R, ou insulância térmica (recíproca do valor U)

Insulância térmica é o inverso da transmitância térmica; em outras palavras, a capacidade de um material resistir ao fluxo de calor. Os valores R são mais comumente usados em certas partes do mundo (por exemplo Australásia), em contraste com a preferência do Reino Unido pelos valores U. As unidades de medida de transmitância térmica são m²K/W e, novamente, um valor mais alto indica melhor desempenho (em contraste com o valor U inferior desejado).

k-valor, ou condutividade térmica (também conhecido como valor lambda ou λ; recíproco de resistividade térmica)

Condutividade térmica é a capacidade de um material de conduzir calor. Consequentemente, uma condutividade térmica elevada significa que a transferência de calor através de um material ocorrerá a uma taxa mais elevada; note que isto também é dependente da temperatura. As unidades de condutividade térmica são W/m⋅K. Ao contrário dos valores U e R, porém, os valores k não dependem da espessura do material em questão.

valor Y, ou coeficiente de admissão térmica, ou coeficiente de transferência de calor

A capacidade de um material absorver e libertar calor de um espaço interno, uma vez que a temperatura desse espaço muda, é denominada de admissão térmica (ou coeficiente de transferência de calor), e é definida na norma BS EN ISO 13786:2007 Desempenho térmico dos componentes do edifícioIV. Isto também fornece a base para o ‘Modelo Dinâmico’ no Guia CIBSE A: Environmental designV, que é utilizado para calcular as cargas de arrefecimento e as temperaturas do espaço de Verão. Quanto maior for a admissão térmica, maior será a massa térmica. A admitância térmica é semelhante à transmitância térmica (e utiliza as mesmas unidades de medida). No entanto, mede a capacidade de armazenamento térmico de um material, ou seja, a capacidade de um material armazenar e libertar calor durante um período de tempo, normalmente 24 horas. Em comum com a transmitância térmica, as unidades de medida são W/m²K.

Nota que a admitância térmica ‘valor Y’ não deve ser confundida com o fator de ponte térmica ‘valor Y’, que é definido no Procedimento de Avaliação Padrão (SAP) Anexo K como sendo derivado da transmitância térmica linear.

Psi (Ψ) valor, ou transmitância térmica linear

A medida da perda térmica devida a uma ponte térmica é denominada transmitância térmica linear (em oposição à transmitância térmica de ‘área’ que, de outra forma, é denominada de valor U), sendo as unidades de medida, novamente, W/m²K. Os valores Psi são usados para gerar valores y (factor de ponte térmica) no Anexo K do Procedimento Padrão de Avaliação.

Resistividade térmica (recíproca de condutividade térmica)

Resistividade térmica é a capacidade de um material de resistir à condução de calor através dele. Tal como o valor k, esta propriedade não depende da espessura do material em questão. As unidades de resistividade térmica são K⋅m/W.

Condutância térmica (recíproca de resistência térmica)

Refere-se à quantidade de calor conduzida através de um material de um determinado volume, em tempo unitário, ou seja, a taxa de condução. Como tal, as unidades de medida são W/K.

Resistência térmica (recíproca de condutividade térmica)

Esta é uma medida de quão bem um material pode resistir à condução de calor através dele, e é medida em K/W. Como com a condutividade térmica, é uma medida da taxa de transferência para um dado volume.

Massa térmica

Até agora largamente ignorada na indústria de construção britânica, a massa térmica (em contraste com a admitância térmica) é derivada da capacidade térmica específica (a capacidade de um material de armazenar calor em relação à sua massa), densidade e condutividade térmica (quão facilmente o calor pode viajar através de um material). A condutividade térmica é utilizada pela SAP 2009 na forma do valor ‘k’ (ou kappa), no cálculo do parâmetro de massa térmica (TMP). O valor ‘k’ é a capacidade térmica por unidade de área da parte ‘termicamente ativa’ do elemento de construção (apenas os primeiros 50mm de espessura do elemento têm um impacto real sobre a massa térmica, uma vez que reduz com o aumento da profundidade no elemento; além de 100mm o efeito é insignificante). Deve-se notar que o valor ‘k’ é uma aproximação, pois são feitas suposições sobre a extensão dos volumes termicamente ativos de um material; além disso, ele ignora o efeito da condutividade térmica ao calcular o período durante o qual o calor é absorvido e emitido do material. BS EN ISO 13786VI fornece um método mais eficaz para determinar a massa térmica. A massa térmica não deve ser confundida com o isolamento.

O significado da massa térmica não pode ser sobre-estressado, como ilustrado por estes exemplos:

Construção da parede	U-valor	Atribuição térmica	Massa térmica
Tijolo de 200mm 13mm ‘molhado’ de gesso	2 W/m²K	4.26 W/m²K	169 kJ/m²K
100mm tijolo 150mm cavidade cheia de lã mineral 100mm bloco de betão aerado 13mm reboco de gesso cartonado sobre alvéolos de 10mm	0.19 W/m²K	1,86 W/m²K	9 kJ/m²K

Notem quão pobre é a massa térmica da parede da cavidade moderna, em comparação com a parede de tijolo maciço. Substituindo o reboco ‘molhado’ de 13mm pelo revestimento a seco, no entanto, a admissão pode ser aumentada substancialmente:

Aumento da parede	Valor U	Atribuição térmica	Massa térmica
100mm tijolo 150mm lã mineral-cavidade cheia 100mm bloco de betão celular 13mm reboco ‘molhado’	0.19 W/m²K	2,74 W/m²K	60 kJ/m²K

Desacoplar a placa de gesso desta forma pode ser visto para remover quase completamente a massa térmica eficaz numa casa construída de acordo com padrões e técnicas modernas.

O uso de massa térmica para combater o sobreaquecimento no verão é discutido com mais detalhes na série de artigos Adaptação às mudanças climáticas nos edifícios: Excesso de calor, partes umVII e doisVIII.

Decremento

Descreve a forma como a densidade, capacidade térmica e condutividade térmica de um material, pode retardar a passagem de calor de um lado para o outro, e também reduzir esses ganhos à medida que eles passam por ele. Isto tem portanto uma influência no desempenho térmico de um edifício durante os períodos mais quentes. Estes são chamados respectivamente de atraso de decremento e fator de decremento.

Fase química

Quando um material muda de estado de sólido para líquido, ou de líquido para gás, a condutividade térmica desse material pode mudar. Isto é devido à absorção e liberação de calor latente, e também pode ocorrer em escalas menores que podem ser vantajosas na construção.

Materiais estão se tornando mais prontamente disponíveis que podem fornecer alta massa térmica a partir de pequenos volumes. Conhecidos como Phase Change Materials (PCMs), estes são substâncias que podem armazenar e liberar calor latente, ao derreter e solidificar, respectivamente, em uma faixa estreita de temperatura. Estes materiais podem ser microencapsulados dentro de certos tipos de materiais de construção, como gesso ou argila, para formar placas de revestimento de paredes ou telhas de teto. Também podem ser macroencapsulados, por exemplo, em placas permutadoras de calor para utilização em unidades de refrigeração e ventilação, e estão a ser investigados para incorporação em painéis de espuma de PU, para aplicações tais como painéis de revestimento de compósitos com face metálica. A vantagem dos PCMs é que eles podem fornecer quantidades significativas de massa térmica, sendo em si mesmos muito finos; ou seja, a massa térmica parece desproporcionalmente grande em comparação com a espessura física do material.

PCMs poderiam oferecer uma solução prática para a reintrodução de massa térmica em edifícios leves, para contrabalançar o superaquecimento, e são discutidos com mais detalhes na série de artigos Adaptação às mudanças climáticas em edifícios: Excesso de calor (parte dois)IX.

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