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PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO STRICTO SENSU
MESTRADO EM CIÊNCIAS AMBIENTAIS
KAREN WROBEL STRAUB
DETERMINAÇÃO DA TEMPERATURA DE
NEUTRALIDADE EM SALAS DE AULA DO ENSINO
SUPERIOR PARA AS ZONAS BIOCLIMÁTICAS DO
ESTADO DE MATO GROSSO
CUIABÁ
2016
KAREN WROBEL STRAUB
DETERMINAÇÃO DA TEMPERATURA DE
NEUTRALIDADE EM SALAS DE AULA DO ENSINO
SUPERIOR PARA AS ZONAS BIOCLIMÁTICAS DO
ESTADO DE MATO GROSSO
Dissertação apresentada à UNIC, como
requisito parcial para obtenção do título de
Mestre em Ciências Ambientais.
Orientador: Prof. Dr.-Ing Marlon Leão
CUIABÁ
2016
AGRADECIMENTOS
A Deus, pela força espiritual nos momentos difíceis e por colocar pessoas tão
especiais em meu caminho;
Aos meus pais Sandra Luzia Wrobel Straub e José Luiz Straub, pela contribuição
na formação do meu caráter, pelo amor incondicional, apoio, incentivo, auxílio no
desenvolvimento da pesquisa e dedicação da vida toda;
Ao meu irmão Igor Willian Wrobel Straub, que sempre esteve ao meu lado,
mesmo nos momentos difíceis me ouvindo e me apoiando;
Ao Rodrigo Marengo Schneider, que foi meu companheiro durante todo o período
de faculdade, especialização, e por fim mestrado, me dando muito amor e carinho,
entendendo minhas ausências e me apoiando sempre;
A minha vó Maria Aparecida Camargo Wrobel, que sempre me fez presente em
suas orações, pelo amor incondicional;
Aos meus amigos e colegas, que participaram efetivamente da minha vida
acadêmica e também aqueles que me distraíram dela, por todo amor, carinho e
compreensão, deixando minha vida mais alegre, em especial a: Camila Isernhagen
de Almeida, Jordana Bicudo, Josiane do Espírito Santo Santana, Luís Antônio
Shigueharu Ohira, Alex Cesar dos Santos, Bruno Santos Abdala, Cátia Balduíno
Ferreia, Guilherme Garrido, Michel Saraiva Pacheco, Samira Amorim Pereira, e
Anne Maiara Seidel Luciano;
Ao meu orientador Marlon Leão, pela oportunidade, amizade, dedicação e
significativo aprendizado durante todo este período;
Aos professores membros da banca: Marta Cristina de Jesus Albuquerque
Nogueira, Carlo Ralph De Musis, Ernesto Kuchen e Luciane Cleonice Durante,
pelas preciosas contribuições;
A todos os professores do Programa de Ciências Ambientais da UNIC e do
Programa de Física Ambiental da UFMT em especial Carlo Ralph De Musis e
Osvaldo Borges Pinto Junior;
A UNEMAT, por acolher-me como discente e docente, e aos professores e alunos
desta instituição, em especial: Arnaldo Taveira Chioveto, João Carlos Machado
Sanches, Érika Borges Leão, Luís Antônio Shigueharu Ohira , André Luiz
Machado, Anne Maiara Seidel Luciano, Giovani Vinicius Merlin, Waniel
Aparecido Félix Coutinho, Daniela Augusta Pereira Goto e Caroline Indayara
Leite Milhorança.
i
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS ................................................................................................. iii
LISTA DE TABELAS ................................................................................................. v
LISTA DE QUADROS .............................................................................................. vii
RESUMO .................................................................................................................. viii
ABSTRACT ................................................................................................................ ix
1. INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 1
1.1. PROBLEMÁTICA ................................................................................................ 1
1.2 JUSTIFICATIVA ................................................................................................... 2
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................. 4
2.1. CONFORTO TÉRMICO ....................................................................................... 4
2.1.1 Importância do Conforto Térmico ...................................................................... 5
2.1.2. Variáveis do Conforto Térmico ......................................................................... 7
2.1.2.1. Variáveis Pessoais ........................................................................................... 7
2.1.2.1.1. Taxa Metabólica........................................................................................... 7
2.1.2.1.2. Isolamento Térmico das Roupas Utilizadas ................................................. 9
2.1.2.2 Variáveis Ambientais ..................................................................................... 12
2.1.2.2.1. Temperatura do Ar ..................................................................................... 12
2.1.2.2.2. Velocidade do Ar ........................................................................................ 13
2.1.2.2.3. Temperatura Média Radiante ..................................................................... 15
2.1.2.2.4. Umidade Relativa do Ar ............................................................................. 16
2.1.3. Parâmetro de influência sobre o Conforto Térmico ......................................... 17
2.1.3.1. Neutralidade Térmica ................................................................................... 17
2.1.3.2. Limites da Temperatura da Pele e Suor ........................................................ 18
2.1.3.3. Desconforto Localizado ................................................................................ 20
2.1.3.3.1. Assimetria de Radiação Térmica ............................................................... 20
2.1.3.3.2. Correntes de Ar .......................................................................................... 21
2.1.3.3.3. Diferenças na Temperatura do Ar no Sentido Vertical .............................. 21
2.1.3.3.4. Contato com Pisos Aquecidos ou Resfriados............................................. 22
2.1.2.1.3. Parâmetros Subjetivos ............................................................................... 22
2.1.4. Avaliação do Conforto Térmico....................................................................... 22
2.1.4.1. Estudos de Câmaras Climatizadas ................................................................ 23
ii
2.1.4.1.1. Voto Médio Predito – PMV ....................................................................... 25
2.1.4.1.2. Porcentagem de Pessoas Insatisfeitas - PPD .............................................. 26
2.1.4.2. Estudos de Ambientes Reais ......................................................................... 27
2.1.4.2.1. Determinação da Temperatura de Neutralidade ......................................... 29
2.1.4.3. Estudos em Ambientes Escolares.................................................................. 31
2.1.5. Normas de Conforto Térmico .......................................................................... 32
2.2. ZONEAMENTO BIOCLIMÁTICO BRASILEIRO .......................................... 33
3. ÁREA DE ESTUDO .............................................................................................. 36
3.1. O ESTADO DE MATO GROSSO ..................................................................... 36
3.1.1. Cáceres ............................................................................................................. 40
3.1.2. Cuiabá .............................................................................................................. 42
3.1.3. Primavera do Leste .......................................................................................... 43
3.1.4. Sinop ................................................................................................................. 44
4. MATERIAIS E MÉTODOS .................................................................................. 46
4.1. CARACTERIZAÇÃO DOS AMBIENTES DE PESQUISA ............................. 46
4.3. INSTRUMENTAÇÃO ........................................................................................ 47
4.3.1. Datalogger HD 32.1 ........................................................................................ 48
4.3.2. Sensor para medição de temperatura e umidade relativa do ar ........................ 49
4.3.3. Termômetro de globo negro ............................................................................. 50
4.3.4. Anemômetro omnidirecional de fio quente...................................................... 51
4.4. QUESTIONÁRIOS APLICADOS ..................................................................... 52
4.5. COLETAS DE DADOS ...................................................................................... 55
4.6. TRATAMENTO DOS DADOS ......................................................................... 58
4.7. DETERMINAÇÃO DA TEMPERATURA DE NEUTRALIDADE ................. 58
4.7.1. Temperatura Operativa .................................................................................... 59
4.7.2. Votos de Sensação Térmica e Preferência Térmica ......................................... 59
5. APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS ....................................... 61
6. CONSIDERAÇÕES FINAIS ................................................................................. 83
6.1. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ............................................. 84
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................... 85
ANEXO A .................................................................................................................. 90
iii
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Exemplos de estudos em câmaras climatizadas........................................ 24
Figura 2 - Escala Sétima ASHRAE, ou escala de sete pontos ................................... 26
Figura 3 - Porcentagem de pessoas insatisfeitas (PPD) em função do voto médio
predito (PMV) ............................................................................................................ 27
Figura 4 - Mapa climático do Brasil. ......................................................................... 34
Figura 5 - Mapa das Zonas Bioclimáticas Brasileiras ................................................ 35
Figura 6 - Mapa das unidades climáticas do estado de Mato Grosso ........................ 38
Figura 7 – Zoneamento bioclimático segundo NBR 15220-2003 para o estado de
Mato Grosso ............................................................................................................... 40
Figura 8 - Localização do Campus A em Cáceres – MT ........................................... 41
Figura 9 - Localização do Campus B em Cáceres – MT ........................................... 41
Figura 10 - Localização do Campus em Cuiabá – MT .............................................. 42
Figura 11 - Localização do Campus D em Cuiabá - MT ........................................... 43
Figura 12 - Localização do Campus E em Primavera do Leste – MT ....................... 44
Figura 13 - Localização do Campus F em Sinop – MT ............................................. 45
Figura 14 - Localização do Campus G em Sinop – MT ............................................ 45
Figura 15 - Datalogger HD 32.1 com sensores instalados. ........................................ 48
Figura 16 - Datalloger HD32.1 .................................................................................. 49
Figura 17 - Sonda combinada: temperatura e umidade relativa do ar ........................ 50
Figura 18 - Termômetro de Globo Negro .................................................................. 51
Figura 19 - Anemômetro omnidirecional de fio quente ............................................. 52
Figura 20 - Posicionamento do HD 32.1 no centro da sala de aula em Sinop – MT . 56
Figura 21 - Comparação entre os valores calculados do PMV e a sensação térmica
real emitida no questionário ....................................................................................... 65
Figura 22 - Comparação entre os valores calculados de PPD e a porcentagem de
insatisfeitos reais obtida através do questionário ....................................................... 65
Figura 23 - Correlação entre sensação real e porcentagem de insatisfeitos real ........ 66
Figura 24 - Correlação entre PMV e sensações reais obtidas através dos questionários
.................................................................................................................................... 67
Figura 25 - Correlação entre temperatura operativa e isolamento térmico das roupas
.................................................................................................................................... 69
Figura 26 - Regressão entre voto de sensação térmica e temperatura operativa para a
zona bioclimática 08 na estação de chuva.................................................................. 70
Figura 27 - Regressão entre voto de sensação térmica e temperatura operativa para a
zona bioclimática 08 na estação de seca .................................................................... 72
Figura 28 - Regressão entre voto de sensação térmica e temperatura operativa para a
zona bioclimática 07 na estação de seca .................................................................... 73
Figura 29 - Regressão entre voto de sensação térmica e temperatura operativa para a
zona bioclimática 07 na estação de chuva.................................................................. 75
iv
Figura 30 - Regressão entre voto de sensação térmica e temperatura operativa para a
zona bioclimática 06 na estação de chuva.................................................................. 76
Figura 31 - Regressão entre voto de sensação térmica e temperatura operativa para a
zona bioclimática 06 na estação de seca .................................................................... 78
Figura 32 - Regressão entre voto de sensação térmica e temperatura operativa para a
zona bioclimática 05 na estação de chuva.................................................................. 79
Figura 33 - Regressão entre voto de sensação térmica e temperatura operativa para a
zona bioclimática 05 na estação de seca .................................................................... 81
v
LISTA DE TABELAS
Tabela 1- Taxa metabólica em função da atividade desempenhada ............................ 8
Tabela 2 – Isolamento da vestimenta ......................................................................... 10
Tabela 3 – Isolamento da vestimenta por peça .......................................................... 11
Tabela 4 - Adição típica à vestimenta quando o usuário está sentado em uma cadeira
.................................................................................................................................... 12
Tabela 5- Métodos para determinação do conforto térmico ...................................... 23
Tabela 6 - Normas vigentes para avaliação do conforto térmico e seus parâmetros . 33
Tabela 7- Classificação bioclimática das cidades do Mato Grosso ........................... 38
Tabela 8 - Classificação bioclimática das cidades estudadas do Mato Grosso .......... 39
Tabela 9 - Especificações técnicas temperatura e umidade relativa do ar ................. 49
Tabela 10 - Especificações técnicas do termômetro de globo negro ......................... 50
Tabela 11 - Especificações técnicas do anemômetro de fio quente ........................... 51
Tabela 12 - Resumo da coleta de dados na estação de chuva .................................... 57
Tabela 13 - Determinação de A em função da velocidade do ar ............................... 59
Tabela 14 - Caracterização da amostra estudas para as quatro zonas bioclimáticas .. 61
Tabela 15 - Apresentação das principais variáveis, por zona bioclimática, para o
período da chuva ........................................................................................................ 62
Tabela 16 - Apresentação das principais variáveis, por zona bioclimática, para o
período da seca ........................................................................................................... 63
Tabela 17 - ANOVA da regressão entre voto de sensação térmica e temperatura
operativa para a zona bioclimática 8 na estação de chuva ......................................... 71
Tabela 18 - Testes de normalidade dos resíduos da regressão para determinação da
Tn da zona 08 na estação da chuva ............................................................................ 71
Tabela 19 - ANOVA da regressão entre voto de sensação térmica e temperatura
operativa para a zona bioclimática 8 na estação de seca ............................................ 72
Tabela 20 - Testes de normalidade dos resíduos da regressão para determinação da
Tn da zona 08 na estação da seca ............................................................................... 73
Tabela 21 - ANOVA da regressão entre voto de sensação térmica e temperatura
operativa para a zona bioclimática 7 na estação da seca ............................................ 74
Tabela 22 - Testes de normalidade dos resíduos da regressão para determinação da
Tn da zona 07 na estação da seca ............................................................................... 74
Tabela 23 - ANOVA da regressão entre voto de sensação térmica e temperatura
operativa para a zona bioclimática 7 na estação da chuva ......................................... 75
Tabela 24 - Testes de normalidade dos resíduos da regressão para determinação da
Tn da zona 07 na estação da chuva ............................................................................ 76
Tabela 25 - ANOVA da regressão entre voto de sensação térmica e temperatura
operativa para a zona bioclimática 6 na estação da chuva ......................................... 77
Tabela 26 - Testes de normalidade dos resíduos da regressão para determinação da
Tn da zona 06 na estação da chuva ............................................................................ 77
vi
Tabela 27 - ANOVA da regressão entre voto de sensação térmica e temperatura
operativa para a zona bioclimática 6 na estação da seca ............................................ 78
Tabela 28 - Testes de normalidade dos resíduos da regressão para determinação da
Tn da zona 06 na estação da seca ............................................................................... 79
Tabela 29 - ANOVA da regressão entre voto de sensação térmica e temperatura
operativa para a zona bioclimática 5 na estação da chuva ......................................... 80
Tabela 30 - Testes de normalidade dos resíduos da regressão para determinação da
Tn da zona 05 na estação da chuva ............................................................................ 80
Tabela 31 - ANOVA da regressão entre voto de sensação térmica e temperatura
operativa para a zona bioclimática 5 na estação da seca ............................................ 81
Tabela 32 - Testes de normalidade dos resíduos da regressão para determinação da
Tn da zona 05 na estação da seca ............................................................................... 82
Tabela 33 - Temperatura de neutralidade por zona bioclimática do estado de Mato
Grosso ........................................................................................................................ 82
vii
LISTA DE QUADROS
Quadro 1 - Questões para caracterização da amostra ................................................. 53
Quadro 2 - Questão para identificação do tempo de permanência na sala de aula .... 53
Quadro 3 - Questões sobre sensação e preferência térmica ....................................... 53
Quadro 4 - Questões referentes à ingestão de líquidos e alimentos, e realização de
atividades.................................................................................................................... 54
Quadro 5 - Questões para levantamento do vestuário utilizado pelo estudante ......... 55
viii
RESUMO
STRAUB, K. W. Determinação da Temperatura de Neutralidade em Salas de Aula
do Ensino Superior para as Zonas Bioclimáticas do Estado de Mato Grosso. Cuiabá, 2015. Dissertação (Mestrado) – Pós-Graduação em Ciências Ambientais,
Universidade de Cuiabá.
A neutralidade térmica é a condição em que uma pessoa não prefira nem mais
calor nem mais frio no ambiente ao seu redor, fator condicionante para atingir o
conforto térmico. Tendo em vista que Mato Grosso é um estado com significativas
variações climáticas ao longo de seu território e escassez de diretrizes sobre o
conforto térmico, evidenciou-se a necessidade de estudos específicos. As instituições
de ensino superior abrigam grande quantidade de ocupantes por longos períodos e
tendo em vista que a aprendizagem está diretamente relacionada às condições de
conforto dos estudantes verificou-se a importância da realização de estudos de
conforto térmico nesse tipo de edificação. Esse trabalho propôs determinar a
temperatura de neutralidade de salas de aula de edificações do ensino superior para
as zonas bioclimáticas do estado de Mato Grosso. A metodologia baseou-se na
aplicação de questionários para verificação de variáveis pessoais e, na medição de
variáveis climáticas por meio de sensores específicos. Através do questionário os
alunos emitiram votos de sensação e preferência térmica, assim como forneceram
informações sobre suas vestimentas e atividades exercidas anteriormente.
Simultaneamente ocorreram as medições das variáveis climáticas que consistiram no
registro da temperatura do ar, temperatura do termômetro de globo, umidade relativa
e velocidade do ar. A pesquisa foi realizada nos períodos seco e chuvoso totalizando
64 medições 1151 questionários. Com base nos dados coletados, e posterior
tratamento dos mesmos, através de uma análise de regressão de mínimos quadrados
entre a temperatura operativa e o voto de sensação térmica ajustaram-se equações
para a determinação da temperatura de neutralidade por zona bioclimática para cada
estação, chuva e seca.
Palavras-chave: conforto térmico, abordagem adaptativa, pesquisa de campo.
ix
ABSTRACT
STRAUB, K. W. Determination of the Neutral Temperature in Higher Education
Classrooms for the State of Mato Grosso’s Bioclimatic Zones. Cuiabá, 2015.
Dissertation (Masters) – Masters in Environmental Sciency, University of Cuiabá.
The thermal neutrality is a condition where a person prefers neither warmer nor
colder in their environment, conditioning factor to achieve thermal comfort.
Considering that Mato Grosso is a state with significant climate variations over its
territory and there is a lack of guidelines on thermal comfort, it became clear the
need for specific studies. Higher education institutions are home to a large number
of occupants for long periods and, taking into consideration that their learning
capability is directly related to the comfort conditions it demonstrate the importance
of conducting thermal comfort studies in this type of building. This work propose to
evaluate the neutral temperature for classrooms in four bioclimatic zones of the state.
The methodology is based on questionnaires for verification of personal variables,
and measurement of climatic variables by specific sensors. Through the
questionnaires, students issue votes for their sensation and for their thermal
preference, additionally, information about their clothing and which activities were
carried out previously were acquired. Simultaneously, measurements of climatic
variables that consisted of record air temperature, globe thermometer temperature,
relative humidity and air velocity were obtained. The survey were conducted during
the dry and rainy totaling 64 cycles of measurement and 1151 questionnaires. Based
on the collected data and subsequent processing of data by an ordinary least square
regression analysis between the operating temperature and thermal sensation voting,
eight equations for the determination of the neutral temperature of bioclimatic area
for each season, wet and dried were adapted.
Keywords: thermal comfort, adaptive approach, field research.
1
1. INTRODUÇÃO
1.1. PROBLEMÁTICA
Os primeiros estudos realizados acerca da interferência das condições
térmicas no rendimento de trabalhadores foram desenvolvidos em 1916 pela
Comissão Americana de Ventilação. Inicialmente as pesquisas de conforto térmico
eram desenvolvidas em câmaras climatizadas com controle de todas as variáveis,
mais tarde surgiu a linha adaptativa em que as pesquisas passaram a ser realizadas
em ambientes reais.
As análises em campo mostraram haver desvios entre os resultados obtidos a
partir das realizadas em câmaras climatizadas, possibilitando também conhecer a
influência das variáveis sobre o estado de conforto ou ainda identificar novas
variáveis, como hábitos e culturas que afetam a habilidade de adaptação do ser
humano.
Os índices de conforto variam em relação à temperatura média da região onde
cada estudo é desenvolvido, observando ainda que a aclimatação, ou habilidade de
adaptação, afeta a temperatura de neutralidade dos ambientes estudados.
Verifica-se a importância da determinação da temperatura de neutralidade
para regiões específicas, visto que em um mesmo país existem regiões que
apresentam condições climáticas muito diferentes e consequentemente habitantes
com sensibilidade térmicas diferentes, justamente devido à condição de aclimatação
do ser humano.
Ressalta-se que pesquisas realizadas sobre temperatura de neutralidade são
aplicáveis para condições específicas o que contribui para a inexistência de zonas de
conforto e temperatura de neutralidade em diversas regiões. O Estado de Mato
Grosso possui um extenso território com grandes variações climáticas e os mais
diversos tipos de edificações, carecendo de zonas de conforto térmico e temperatura
de neutralidade definidas.
As edificações de ensino superior abrigam grande quantidade de ocupantes
por longos períodos. Sendo a condição térmica uma das principais falhas encontradas
em ambientes escolares e tendo em vista que a aprendizagem está diretamente
2
relacionada às condições de conforto dos estudantes, verifica-se a importância de
parâmetros para alcançar um ambiente termicamente confortável.
A ausência de zonas de conforto e temperatura de neutralidade conhecida
contribui para edificações de baixo desempenho, no que diz respeito à condição
térmica do ambiente provocando gastos muitas vezes desnecessários com
refrigeração.
1.2 JUSTIFICATIVA
As pesquisas no Brasil sobre desempenho da edificação estão estreitamente
relacionadas às exigências da nova norma NBR 15.575:2013. Esta norma contempla,
entre outros aspectos, questões acerca do desempenho térmico e eficiência energética
na edificação.
A norma apresenta padrões mínimos como o de transmitância térmica,
capacidade térmica e de aberturas para ventilação, fatores que influenciam
diretamente nas condições térmicas do ambiente. Apesar de esses parâmetros serem
de extrema importância para projetar um ambiente termicamente confortável, nem
sempre são suficientes para determinação de uma temperatura de neutralidade.
Devido ao clima quente e úmido do Estado de Mato Grosso destaca-se a
relevância da pesquisa, visto que as variáveis climáticas de temperatura, velocidade
do ar e umidade influenciam diretamente a sensação de conforto térmica dentro de
ambientes construídos. Sendo que instituições ensino superior abrigam grande
quantidade de ocupantes por longos períodos e que a aprendizagem está diretamente
relacionada às condições de conforto dos estudantes, verifica-se a importância da
pesquisa em edificações desse tipo.
A definição de uma temperatura de neutralidade para instituições de ensino
superior contribui para o estabelecimento de um ambiente termicamente confortável,
o que se mostra de suma importância, pois segundo Bernadi (2001) condições de
desconforto térmico podem ser responsáveis por sonolência, aumento do suor, além
de alterações dos batimentos cardíacos, o que pode tanto a longo, quanto em curto
prazo comprometer a saúde dos estudantes, além de interferir no processo de
aprendizagem.
3
Em outro aspecto, a determinação da temperatura de neutralidade está
diretamente relacionada com a redução de consumo de energia, pois edificações com
bons desempenhos térmicos utilizam menos do sistema de climatização artificial.
Contribuindo de forma efetiva para redução do consumo de energia e, dessa forma,
fomentando o desenvolvimento sustentável.
Dito isso, pode-se ressaltar o quão impactante os resultados serão para o
desenvolvimento sustentável do estado de Mato Grosso, contribuindo efetivamente
nos aspectos econômicos, sociais, ambientais, científico e tecnológico.
Estes fundamentos dão origem a este trabalho, que tem por objetivo geral
determinar a temperatura de neutralidade de salas de aula de edificações do ensino
superior para as zonas bioclimáticas do estado de Mato Grosso.
Para que o objetivo geral fosse alcançado foi necessário determinar os
objetivos específicos, sendo estes o levantamento das variáveis pessoais e ambientais
considerando estudantes do ensino superior em ambiente de sala de aula; obter os
votos de sensação e preferência térmica dos estudantes com relação ao ambiente
térmico experimentado; comparar os índices voto médio predito (PMV) e
porcentagem de pessoas insatisfeitas (PPD), desenvolvidos por Fanger (1970), com
as sensações relatadas e a porcentagem de insatisfeitos reais verificada na pesquisa
de campo.
Os resultados obtidos servirão como indicadores na definição de estratégias a
serem utilizadas por profissionais da área de desempenho térmico das edificações,
com o objetivo de aumentar o conforto do usuário e/ou diminuir o consumo de
energia.
4
2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1. CONFORTO TÉRMICO
Entende-se como conforto ambiental o conjunto de fatores, térmico, visual,
acústico, ergonômico e qualidade do ar, que interfere na sensação de conforto de
ocupantes de um determinado ambiente.
Todos esses fatores são de extrema importância para garantir um ambiente
agradável e saudável aos seus ocupantes, entretanto, segundo Kowaltowski et al
(2002) de modo geral os ambientes escolares, objeto da pesquisa, apresentam como
principais falhas observadas em suas pesquisas o conforto térmico e a
funcionalidade.
O conforto térmico tem sido alvo de diversas pesquisas há muitos anos, com
o objetivo principal de entender o seu funcionamento verificando quais as variáveis,
fatores e índices podem interferir, e de que forma isso afeta a saúde e produtividade
humana.
Segundo a ASHRAE STANDARD 55 (2004), conforto térmico em ingles
“that condition of mind which expresses satisfaction with the thermal environment
and is assessed by subjective evaluation”. Que traduzido é definido como “que a
condição de espírito que manifesta a sua satisfação com o ambiente térmico e é
avaliado por avaliação subjetiva”.
Essa definição, que trata da condição da mente, está mais relacionada ao
aspecto subjetivo dos ocupantes de um determinado ambiente, entretanto, a
satisfação com o ambiente térmico leva ao entendimento de que as condições físicas
do ambiente e do ocupante também interferem nessa sensação de conforto.
Corroborando a isso Rohles1 apud Xavier (1999) adverte que na maioria dos
estudos de conforto térmico, a temperatura do corpo, chamada por ele de “condição
do corpo”, e as sensações relatadas pelas pessoas, que seriam então a “condição da
mente”, devem ser analisadas conjuntamente. E, a partir disso, o autor argumenta
1 ROHLES, F. H. "Temperature or Temperament: A Psychologist looks at Thermal
Comfort". ASHRAE Transactions. Atlanta: v. 86, n. 1, p. 541-554, 1980.
5
ainda que os estudos convencionais não levam em contar apenas a condição da
mente, mas também, e de uma maneira bem acentuada, a condição do corpo.
A NBR 15220-3 (ABNT, 2005), traz como definição de conforto térmico “...
a satisfação psicofisiológica de um indivíduo com as condições térmicas do
ambiente”. Com base nessa discussão podemos dizer que o conforto térmico pode ser
avaliado sob três aspectos principais: biofísicos, fisiológicos e psicológicos.
Os fatores biofísicos dizem respeito às trocas de calor entre os ocupantes e o
meio. Fatores fisiológicos estão relacionados à resposta fisiológica do organismo
devido à exposição à determinada condição térmica. E, os fatores psicológicos são
aqueles que variam em função da percepção de cada ocupante, em detrimento do
humor, experiências ou costumes adquiridos ao longo da vida de cada um.
Frota; Schiffer (2001) identificam os aspectos mencionados anteriormente
como sendo índices de conforto. Para os autores a condição de conforto térmico está
relacionada a diversas variáveis, e essas variáveis quando analisadas conjuntamente
dão origem aos índices de conforto térmico.
Entretanto, muitos autores sugerem que esses índices não são suficientes para
determinar um ambiente confortável, havendo, portanto, a necessidade de entender o
conceito e a importância do conforto térmico para tornar a avaliação o mais próxima
possível das influências reais sobre o mesmo.
2.1.1 Importância do Conforto Térmico
Os estudos relacionados ao conforto térmico tem como premissa a satisfação
do ocupante com relação à temperatura do ambiente, entretanto, Silva (2002) ressalta
que o conforto térmico não é um conceito exato, que se possa determinar uma
temperatura exata. Ou ainda que se possa determinar a partir de variáveis
quantificáveis como temperatura do ar, velocidade do ar, e umidade, ou não
quantificáveis como estado mental, hábitos, educação e cultura. As preferências de
conforto das pessoas podem variar bastante conforme a sua aclimatização particular
ao ambiente local.
Lamberts et al. (2014) sugere que a importância do estudo do conforto
térmico está baseada em três fatores principais. Sendo eles a satisfação do homem,
6
no que diz respeito a sentir-se termicamente confortável, a performance humana, que
o autor destaca de apesar de as investigações não serem conclusivas a esse respeito,
os estudos mostram que o desconforto por frio ou calor reduz o desempenho. E, por
fim, a conservação de energia relacionada diretamente ao não desperdício da mesma,
tendo em vista que ao conhecer os parâmetros relativos ao conforto térmico dos
ocupantes em seus ambientes, reduz-se os gastos com calefação e refrigeração muitas
vezes desnecessários.
Em se tratando de satisfação Baker; Standeven (1996) relacionam a satisfação
das pessoas com a capacidade que elas possuem de se adaptar ao ambiente. Segundo
eles todos os organismos vivos possuem a característica da irritabilidade, que é a
sensibilidade às atividades de adaptação complexa para promover trocas no
ambiente.
Corroborando os preceitos apresentados por Lamberts et al. (2014), no que
diz respeito à performance humana, Grzybowski (2004) ressalta que o calor
excessivo provoca efeitos sobre o indivíduo, deixando-o cansado, reduzindo sua
atenção e aumentando as tendências de ocorrerem erros e acidentes. Para a autora as
atividades intelectuais, manuais e perceptivas, geralmente apresentam um melhor
rendimento quando realizadas em situação de conforto térmico.
Em ambientes escolares é importante garantir a condição de conforto aos
alunos, visto que estes estão expostos a diversos estímulos diferentes durante as
aulas, sendo que a insatisfação térmica com o ambiente pode interferir no processo
de aprendizagem (DIAS, 2009).
Segundo Nicol (1993) a importância do conforto térmico pode ser exprimida
por três pontos fundamentais, a satisfação, a economia de energia e o
estabelecimento de padrões, sendo que os dois primeiros coincidem com os
princípios apresentados pelo primeiro autor, diferenciando-se então no que diz
repeito ao estabelecimento de padrões.
Para o autor o estabelecimento de padrões é um dos motivos que destacam a
importância do conforto térmico, que, como visto anteriormente, está relacionado à
temperatura interna. Ele aponta ainda que se as temperaturas internas refletissem as
temperaturas externas, poderia se esperar também uma redução no consumo de
energia.
7
Diante da busca pelas condições ambientais de conforto, sabe-se que, devido
às variações fisiológicas entre as pessoas, não se pode estabelecer as condições de
conforto térmico a todos os ocupantes do ambiente. Dessa forma, as condições de
conforto criadas em um ambiente devem atender a um grupo, ou seja, condições nas
quais a maior porcentagem das pessoas se encontre em conforto térmico
(LAMBERTS et al., 2014).
2.1.2. Variáveis do Conforto Térmico
De acordo com Lamberts (2014), as variáveis que influenciam na sensação de
conforto térmico e são utilizadas nos cálculos analíticos são seis: atividade
desempenhada pelo ocupante, isolamento térmico das roupas utilizadas, temperatura
do ar, temperatura radiante média, velocidade do ar e pressão parcial do vapor de
água no ar ambiente. Sendo que as duas primeiras variáveis citadas tratam-se das
pessoais, e as demais se tratam das variáveis ambientais.
Além disso, Santos (2008) aponta que variáveis como sexo, idade, raça,
hábitos alimentares, peso e altura também podem exercer influência sobre a sensação
de conforto de cada pessoa e, portanto, devem ser consideradas.
2.1.2.1. Variáveis Pessoais
As variáveis pessoais que afetam diretamente a condição de conforto térmico
encontram-se normalmente tabeladas e normatizadas, correspondendo às atividades
realizadas (taxa metabólica) e à vestimenta utilizada pelo ocupante durante a
avaliação.
2.1.2.1.1. Taxa Metabólica
Para Grandi (2006) é a quantidade de energia liberada pelo corpo para o
desempenho de atividade. Ou ainda, de acordo com a ISO 8996 (ISO,1990) é
conversão de energia química em energia mecânica, medindo então o gasto
energético da carga muscular resultando em um índice numérico de atividade.
8
Esse índice é expresso em unidade “met”, sendo que 1 met corresponde a
58,2 W/m². Esse valor, segundo Xavier (1999), é correspondente à energia produzida
por unidade de área superficial do corpo para uma pessoa sentada em repouso. A área
superficial de uma pessoa é em média 1,8 m², sendo 1,7 para mulher e 1,9 para
homem.
A ISO 7730 (ISO, 2005) traz os valores dessa variável na tabela B.1 de seus
anexos, os valores podem ser verificados na Tabela 1 que segue.
Tabela 1- Taxa metabólica em função da atividade desempenhada
Atividades Taxas Metabólicas
W/m² Met
Deitado, reclinado 46 0,8
Sentado, relaxado 58 1,0
Atividade sedentária (escritório,
residência, escola, laboratório)
70 1,2
Atividade leve em pé (compras,
laboratório, indústria leve)
93 1,6
Atividade média em pé (balconista,
trabalho doméstico, em maquinas)
116 2,0
Andando em nível:
2 Km/h 110 1,9
3 Km/h 140 2,4
4 Km/h 165 2,8
5 Km/h 200 3,4
Fonte: Adaptado da ISO 7730 (2005)
A taxa metabólica aumenta não somente conforme a intensidade da atividade
desempenhada, mas também, em função de outras variáveis, como a fisiologia da
pessoa e as características ambientais do local.
Além da tabela apresentada, os valores das taxas metabólicas também podem
ser encontrado nas tabelas ASHRAE (2013). Entretanto, a ISO 8996 (ISO, 1990)
sugere que a determinação da taxa metabólica seja feita através do consumo de
oxigênio e dos batimentos cardíacos.
Como já discutido anteriormente durante o desenvolvimento de atividades o
corpo humano libera energia para o meio. Segundo Lamberts et al. (2012) essa
liberação de energia, ou calor, acontece para que não haja um superarquecimento do
corpo, já que o mesmo é homotérmico. Ele aponta ainda que a temperatura interna do
corpo humano é praticamente constante, e que a variação se dá entre 35 e 37°C.
9
Portanto, a avaliação da taxa metabólica é extremamente importante para a
determinação do conforto térmico, já que o corpo humano sofre variação da
temperatura interna em função da atividade que esteja executando. É importante
destacar que o mesmo admite pequenas oscilações na temperatura interna, mas sob
variações maiores pode sofrer stress térmico.
2.1.2.1.2. Isolamento Térmico das Roupas Utilizadas
A sensação de conforto térmico está diretamente relacionada, entre outros
fatores, à roupa utilizada, já que esta pode impedir, ou dificultar a troca de calor entre
o corpo humano e o meio. Para Lamberts (2002), essa dificuldade de troca de calor
por convecção equivale à resistência térmica, servindo como isolante térmico que
mantém uma camada de ar, entre a roupa e o corpo, que pode ser mais ou menos
aquecida.
A vestimenta reduz a sensibilidade do corpo em relação às variações de
temperatura e à velocidade do ar, esse isolamento produzido pela vestimenta depende
do tipo de tecido, da espessura do mesmo, do tipo de material e do ajuste ao corpo
humano. Sua representação convencional é Icl e a unidade de medida denominada de
clo equivale a 0,155 m².K/W (FROTA; SCHIFFER, 2001).
As resistências de várias peças de roupas de materiais diferentes foram
determinadas por Fanger (1970) através de manequins aquecidos, esses valores
encontram-se disponíveis nas normas e manuais ISO 7730 (2005), ISO 9920 (2007) e
ASHRAE (2013).
Os valores de alguns conjuntos de roupas típicos podem ser verificados na
Tabela 2 e estão disponíveis na versão 2013 do ASHRAE Handbook. Entretanto,
destaca-se que apesar de a tabela apresentada trazer diversos conjuntos comuns,
muitos deles não são utilizados costumeiramente em algumas regiões, principalmente
no que diz respeito ao Brasil, para isso encontram-se disponíveis também na versão
2013 do ASHRAE os valores de isolamento por peça de roupa que podem ser
somadas aos conjuntos de roupas já configurados.
Portanto, os valores do Icl da Tabela 2 só devem ser utilizados quando os
conjuntos das peças de roupas corresponderem razoavelmente às peças utilizadas na
realidade, quando isso não acontecer recorre-se aos valores apresentados na Tabela 3
10
referente ao isolamento térmico proporcionado individualmente para cada peça,
podendo dessa forma determinar-se o valor do Icl para conjuntos diferentes destes já
configurados.
Tabela 2 – Isolamento da vestimenta
Valores para Conjuntos de Roupas Típicos
Descrição da
Vestimenta
Roupas Inclusas Icl
(clo)
Calças
Calça + Camisa manga curta 0,57
Calça + Camisa manga longa 0,61
#2 + Paletó 0,96
#2 + Paletó + Colete + Camiseta 1,14
#2 + Suéter manga longa + Camiseta 1,01
#5 + Paletó + Ceroula 1,30
Saias/ Vestidos
Saia na altura dos joelhos + Camiseta manga curta
(sandálias)
0,54
Saia na altura dos joelhos + Camiseta manga longa +
Combinação íntima
0,67
Saia na altura dos joelhos + Camisa manga comprida +
Meia combinação íntima + Suéter manga comprida
1,10
Saia na altura dos joelhos + Camisa manga longa + Meia
combinação íntima + Paletó
1,04
Saia no comprimento do tornozelo + Camisa manga
comprida + Paletó
1,10
Shorts Shorts + Camisa manga curta 0,36
Macacões
Macacão manga comprida + Camiseta 0,72
Macacão + Camisa manga comprida + Camiseta 0,89
Macacão isotérmico + Roupa íntima comprida (térmico-
corpo todo)
1,37
Atlética Calça de moleton + Blusa de moleton manga longa 0,74
Pijamas Camisa manga longa de pijama + Calça de pijama +
Roupão ¾ (chinelos, sem meias)
0,96
Fonte: Adaptado do ASHRAE (2013)
É importante ressaltar que todos os conjuntos de roupa, exceto onde indicado
entre parênteses, incluem sapatos, meias, calcinhas e cuecas, e todos os conjuntos de
saias/vestidos incluem meia-calça, sem meias adicionais.
A Tabela 3 a seguir traz os valores em clo do isolamento térmico
proporcionado por peça de roupa utilizada, em função da superfície que a mesma é
capaz de cobrir, do tipo de material da qual é feita e de sua espessura.
11
Tabela 3 – Isolamento da vestimenta por peça
Descrição de Roupa Icl Descrição da Roupa Icl
Roupas Íntimas Vestidos e Saias
Sutiã 0,01 Saia (fina) 0,14
Calcinha 0,03 Saia (grossa) 0,23
Cueca Masculina 0,04 Vestido fino, sem mangas 0,23
Camiseta 0,08 Vestido de malha, com
mangas
0,27
Meia combinação Íntima 0,14 Vestido curto de algodão
(estilo camisa)
0,29
Roupa Íntima Longa (Ceroulas) 0,15 Vestido comprido com
mangas (fino)
0,33
Combinação Íntima 0,16 Vestido comprido com
mangas (grosso)
0,47
Ceroula Completa (corpo todo) 0,2 Suéters
Calçados Colete/Suéter sem mangas
(fino)
0,13
Meia Soquetes 0,02 Colete/Suéter sem mangas
(grosso)
0,22
Meia-calça fina/Meias 7/8 0,02 Suéter manga longa (fino) 0,25
Sandálias/Chinelos 0,02 Suéter manga longa (grosso) 0,36
Sapatos 0,02 Paletós e Coletes
Sapatos semi abertos (pantufas,
sapatos de couros
0,03 Colete (fino) 0,1
Meias médias (algodão) 0,03 Colete (grosso) 0,17
Meias compridas (algodão) 0,06 Paletós (fino) 0,36
Botas 0,1 Paletó (grosso) 0,44
Camisas e Blusas Paletó fechado (fino) 0,42
Blusa sem mangas 0,12 Paletó fechado (grosso) 0,48
Camisa manga curta esportiva (estilo
pólo)
0,17 Pijamas e Robes
Camisa social manga curta 0,19 Camisola curta, sem mangas
(fino)
0,18
Camisa social manga longa 0,25 Camisola comprida, sem
mangas (fino)
0,2
Camisa de flanela manga longa 0,34 Vestido manga curta de
hospital
0,31
Moletom manga longa 0,34 Roupão de verão curto (fino) 0,34
Calças e Macacões Pijama manga curta (fino) 0,42
Shorts curto 0,06 Camisola de inverno comprida
(grosso)
0,46
Shorts comprido 0,08 Robe manga longa de verão 0,48
Calça (fina) 0,15 Pijama de manga comprida
(grosso)
0,57
12
Calça (grossa) 0,24 Robe manga comprida de
inverno
0,69
Calça Moleton 0,28
Macacão (jardineira) 0,3
Macacão (fechado) 0,4
Fonte: Adaptado do ASHRAE (2013)
Outro aspecto importante sobre os valores apresentados é que estes se
aplicam a uma pessoa que esteja em pé, já que uma postura sentada resultaria em um
decréscimo no isolamento térmico da vestimenta devido à compressão das camadas
de ar na roupa. Esse decréscimo pode ser compensado pelo isolamento
proporcionado pela cadeira Lamberts et al. (2014) e este efeito causado pela
isolamento da cadeira pode ser verificado na Tabela 4.
Tabela 4 - Adição típica à vestimenta quando o usuário está sentado em uma cadeira
Válido para conjuntos de roupa com isolamento variando entre 0,5 clo < Icl < 1,2 clo
Cadeira simples 0,00 clo
Cadeira metálica 0,00 clo
Cadeira de madeira com braços 0,00 clo
Banco de madeira +0,01 clo
Cadeira de escritório padrão +0,10 clo
Cadeira executiva +0,15 clo
Fonte: LAMBERTS et al. (2014)
2.1.2.2 Variáveis Ambientais
De acordo com Deprot (2002) existem algumas variáveis ambientais que
implicam na resposta humana ao ambiente térmico e que contribuem para os
processos de troca de calor entre o corpo humano e o meio, sendo elas: temperatura
do ar, temperatura média radiante, velocidade do ar e a umidade relativa.
2.1.2.2.1. Temperatura do Ar
Dentre as variáveis ambientais relacionadas, a de maior influência sobre o
conforto térmico é a temperatura do ar, para Santos (2008) a sensação de conforto
baseia-se na perda de calor do corpo para o meio, pela diferença existente entre a
temperatura da pele e do ar relacionada com outros mecanismos termorreguladores.
13
Percebe-se que a perda do calor produzido pelo corpo durante atividades é
menor quando a temperatura do ar é maior e vice-versa, funcionando como uma
espécie de gangorra para manter o equilíbrio da temperatura corporal.
O mesmo acontece em um ambiente, quando há diferença de temperatura
entre dois pontos ocorre a movimentação do ar, chamada de convecção natural, de
forma que a porção de ar mais quente torna-se mais leve e sobe, enquanto a massa de
ar mais fria torna-se mais pesada e desce proporcionando uma sensação de
resfriamento do ambiente (COSTA, 1991).
A variável temperatura do ar pode ser medida através de sensores de
expansão líquidos ou sólidos, termômetros elétricos, de resistência variável ou
termopares (XAVIER, 1999). Lamberts et al. (2000) aponta que a temperatura do ar
é definida por um balanço energético entre a radiação solar incidente e o coeficiente
de absorção da superfície, a condutividade e capacidade térmica do solo que
determina a transmissão de calor por condutividade, e perdas por evaporação
convecção e radiação.
2.1.2.2.2. Velocidade do Ar
Segundo Lamberts et al (2014) a velocidade do ar é um parâmetro definido
por sua magnitude e direção e no caso de ambientes térmicos considera-se a
magnitude do vetor velocidade do fluxo no ponto de medição considerado, como
velocidade efetiva.
O autor descreve ainda que um fluxo de ar pode ser representado pela
velocidade média, que é a média das velocidades instantâneas em um dado intervalo
de tempo, ou ainda pelo desvio padrão das velocidades, que é obtido através da
Equação 1.
Equação 1
Sendo:
: desvio padrão das velocidades;
: número de medições;
: velocidade instantânea do ar;
: velocidade média do ar.
14
Em se tratando de velocidade do ar, relaciona-se esta diretamente à ventilação
dos ambientes e para Frota; Schiffer (2001) essa ventilação pode ocorrer de forma
natural ou forçada, sendo que a natural acontece de acordo com dois princípios, por
diferença de pressão ou por efeito chaminé.
A velocidade do ar é uma variável difícil de medir justamente em função das
rápidas flutuações em intensidade e direção em um curto intervalo de tempo, os
equipamentos utilizados para esse tipo de medição são os anemômetros. Lamberts et
al. (2014) aponta que de maneira geral a velocidade do ar pode ser determinada ou
pela utilização de um instrumento omnidirecional, que é sensível à magnitude da
velocidade, independente de sua direção, ou ainda utilizando três sensores
direcionais, e nesse caso a velocidade do ar pode ser determinada pela Equação 2.
Equação 2
Sendo:
: velocidade do ar;
: velocidade do ar na direção do eixo x;
: velocidade do ar na direção do eixo y;
: velocidade do ar na direção do eixo z.
Nos casos em que o fluxo é unidirecional é possível a utilização de um sensor
que seja sensível a só uma direção, e então os principais anemômetros utilizados são:
anemômetros de copos e anemômetros de fios quentes.
Santos (2008) descreve que a velocidade do ar em ambientes internos
costuma ser abaixo que 1m/s sem necessariamente a ação direta do vento. Isso se dá
em função do deslocamento do ar pela diferença de temperatura no ambiente, onde o
ar quente sobe e o ar frio desce, tratando-se de convecção natural, como apresentado
anteriormente.
É importante destacar que o deslocamento do ar está intimamente ligado à
sensação térmica de conforto já que este aumenta a evaporação no corpo humano,
retirando a água em contato com a pele com mais eficiência e assim, reduzindo a
sensação de calor, quando em ambientes mais aquecidos, ou ainda intensificando a
sensação de frio quando em ambientes menos aquecidos.
15
2.1.2.2.3. Temperatura Média Radiante
Segundo Lamberts et al. (2014), a temperatura média radiante pode ser
definida como sendo a temperatura uniforme de um ambiente imaginário no qual a
transferência de calor por radiação do corpo humano é equivalente à transferência de
calor por radiação em um ambiente real não uniforme.
O termômetro de globo negro é o instrumento mais frequentemente utilizado
para a determinação da temperatura média radiante através dos valores observados da
temperatura de globo, da temperatura do ar e da velocidade do ar ao redor do globo.
Mas, pode ser determinada também a partir de valores medidos das
temperaturas das paredes vizinhas, de suas dimensões e posições em relação à
pessoa, relativos ao cálculo do fator de forma geométrico (GRANDI, 2006).
Para a determinação da temperatura média radiante através das medições
realizadas com o termômetro de globo padronizado utilizam-se: a Equação 3, quando
constatado que a ventilação no ambiente se dá através da convecção natural, e a
Equação 4 para o caso de convecção forçada (LAMBERTS et al., 2014).
Equação 3
Equação 4
Sendo:
: temperatura média radiante;
: temperatura do termômetro de globo;
: velocidade do ar;
: temperatura do ar.
A determinação de qual equação deve ser utilizada depende do tipo de ventilação,
por isso torna-se necessário o cálculo do coeficiente de troca de calor por convecção
do globo, a Equação 5 é utilizada para o cálculo do coeficiente para convecção
natural e a Equação 6 convecção forçada, de forma que a que apresentar maior
coeficiente como resultado determina o tipo de ventilação e, portanto, qual deverá ser
a equação utilizada no cálculo da temperatura média radiante.
16
Equação 5
Equação 6
Sendo:
: coeficiente de troca de calor por convecção;
: temperatura termômetro de globo;
: temperatura do ar;
: velocidade do ar;
: diâmetro correspondente do globo em centímetros.
A temperatura radiante média é muito importante na avaliação do conforto
térmico, pois, além dos fatores já explicitados, através dela é possível calcular outros
parâmetros essenciais à avaliação, como a temperatura operativa do ambiente que
será abordada mais a frente.
2.1.2.2.4. Umidade Relativa do Ar
A umidade pode ser caracterizada como sendo a quantidade de vapor d’água
contido no ar, sendo que este vapor se forma através da evaporação da água, que é o
processo no qual esta passa do estado líquido para o gasoso sem alteração da sua
temperatura (LAMBERTS et al., 2006).
Para Frota; Schiffer (2001) o ar está saturado quando a quantidade de vapor
d’água chega ao valor máximo suportável pelo ar a certa temperatura, quando
ultrapassado este limite, ocorre a condensação, processo no qual a água passa do
estado gasoso para o líquido.
Os autores definem como umidade absoluta o peso de vapor d’água contido
em uma unidade de massa de ar e a umidade relativa como sendo a relação entre a
umidade absoluta do ar e a umidade absoluta do ar saturado para a mesma
temperatura, representada usualmente em forma de porcentagem.
A umidade do ar conjuntamente com a velocidade do ar intervém na perda de
calor por evaporação e como aproximadamente 25% da energia térmica gerada pelo
organismo são eliminados sob a forma de calor é importante que as condições
ambientais favoreçam estas perdas, no caso de desconforto por calor. Entretanto, se o
17
ar estiver saturado, a evaporação não é possível, o que faz a pessoa começar a ganhar
mais calor quando a temperatura do ar for superior a da pele, e no caso em que o ar
esteja seco, as perdas de calor continuam mesmo com temperaturas mais elevadas
(LAMBERTS et al., 2005).
Varejão-Silva (2006) destaca que a umidade pode ser expressa pela pressão
parcial do vapor de água do ar úmido, que corresponde a pressão que o vapor de água
poderia exercer se ocupasse sozinho todo o volume ocupado pelo ar úmido, quando
na mesma temperatura.
A determinação da umidade do ar pode ser realizada através da utilização de
um psicrômetro, equipamento que mede simultaneamente a temperatura de bulbo
seco, ou do ar e a temperatura de bulbo úmido aspirado, e das relações
psicrométricas constantes da ISO 7726 (ISO,1996), cartas pscicrométricas ou ainda
estimadas utilizando as equações apropriadas (XAVIER, 1999).
2.1.3. Parâmetro de influência sobre o Conforto Térmico
Para que um indivíduo esteja em estado de conforto térmico é imprescindível
que alguns fatores fisiológicos e ambientais sejam atendidos, sendo eles: a
neutralidade térmica ou balanço térmico, temperatura da pele e suor e o desconforto
localizado (LAMBERTS et al., 2014).
2.1.3.1. Neutralidade Térmica
Os conceitos de neutralidade térmica e conforto térmico são costumeiramente
confundidos. Segundo Fanger (1970), neutralidade térmica trata-se da condição em
que uma pessoa não prefira nem mais calor nem mais frio no ambiente a seu redor.
De acordo com Tanabe (1984) apud Lamberts et al. (2014)2, “neutralidade
térmica é a condição da mente que expressa satisfação com a temperatura do corpo
como um todo”.
2 LAMBERTS, R.; XAVIER A. A.; GOULART, S.; VECCHI, De R.. Conforto térmico e stress térmico. UFSC. Florianópolis – SC, 2014.
18
Apesar de essa definição confundir-se ligeiramente à de conforto térmico,
para Fanger (1970) na verdade a neutralidade térmica é a primeira condição para se
atingir o conforto térmico. Ressalta-se que essa condição, embora necessária, não é
suficiente, pois existem muitas outras variáveis ambientais e pessoais que, mesmo
satisfazendo a situação de balanço térmico, pode não fornecer conforto à pessoa.
A condição de neutralidade térmica pode ser atendida então quando o corpo
encontra-se em equilíbrio termicamente, isso pode ser identificado através da
equação de balanço de energia proposta pela ASHRAE (1997).
Equação 7
Sendo:
: taxa metabólica de produção de calor, (W/m²);
: taxa de eficiência mecânica (W/m²);
: taxa total de perda de calor pela pele (W/m²);
: taxa total de perda de calor através da respiração (W/m²);
: perda de calor sensível pela pele (convecção + radiação) (W/m²);
: taxa de perda de calor total por evaporação do suor (W/m²);
: taxa de perda de calor latente por convecção (W/m²);
: taxa de perda de calor latente por evaporação (W/m²).
Para Lamberts et al. (2012), o corpo humano é um sistema termodinâmico,
que produz calor e interage continuamente com o ambiente para alcançar o balanço
térmico. A troca de calor que acontece entre o corpo e o meio é constante e
influenciada pelos mecanismos de adaptação fisiológica, condições ambientais e
fatores individuais, como discutido anteriormente. O autor aponta que a sensação de
conforto térmico está diretamente relacionada ao esforço realizado pelo organismo
para manter o balanço térmico, e por isso, a importância de entender o seu
funcionamento.
2.1.3.2. Limites da Temperatura da Pele e Suor
O limite da temperatura da pele e a taxa de secreção do suor, de acordo com
os estudos realizados por Fanger (1970), são as únicas variáveis fisiológicas que
influenciam o balanço térmico e, portanto, o conforto térmico de uma pessoa.
19
Segundo Lamberts et al. (2014), esses parâmetros variam em função do tipo
de atividade desempenhada pelo indivíduo, se este estiver desempenhando uma
atividade e estiver suando mais ou menos que os estudos de Fanger (1970)
mostraram, ou ainda que a temperatura da pele estiver acima ou abaixo dos valores
que esses estudos identificaram, muito provavelmente a pessoa não estará em
conforto térmico.
O autor aponta que essas condições podem ser exprimidas pelas equações que
seguem:
Equação 8
Equação 9
Sendo:
: temperatura média da pele (°C);
taxa de secreção do suor (W/m²);
parâmetros empíricos, em função da atividade desempenhada.
A ASHRAE (1997) traz as expressões para determinação da temperatura
média da pele e da taxa de secreção do suor, em função da atividade realizada,
valores esses que forneceriam conforto térmico, quando as outras condições,
neutralidade térmica e desconforto localizado, estivessem verificadas. Essas
expressões são resultado das análises de regressão utilizadas por Rohles e Nevins, em
aproximadamente 1600 estudantes e são exprimidas pelas Equações 10 e 11.
Equação 10
Equação 11
Sendo:
: taxa metabólica, através da atividade desempenhada (W/m²).
Segundo Xavier (1999) através da expressão do balanço de energia, e das
expressões empíricas para determinação da temperatura média da pele e taxa de
secreção de suor, Fanger em 1970 desenvolveu um método analítico para a
determinação do conforto térmico, este método será apresentado posteriormente
neste trabalho.
20
2.1.3.3. Desconforto Localizado
Como discutido anteriormente as condições para se atingir o conforto térmico
baseiam-se na neutralidade térmica do corpo humano, nas taxas de temperatura da
pele e suor e por fim ao desconforto localizado.
Este último, como o próprio nome sugere, trata-se do incômodo sentido por
uma pessoa em algum local específico do corpo, segundo Grandi (2006) isto pode
ocorrer em função da assimetria de radiação térmica, de correntes de ar indesejáveis,
diferenças na temperatura do ar no sentindo vertical, ou contato com pisos aquecidos
ou resfriados.
Lamberts et al. (2014) destaca que as pessoas são mais sensíveis ao
desconforto localizado quando o corpo como um todo está mais frio que estaria na
condição de neutralidade térmica, e são menos sensíveis quando o corpo está mais
quente que estaria na condição de neutralidade térmica.
2.1.3.3.1. Assimetria de Radiação Térmica
A assimetria de radiação térmica pode ser definida como a diferença de
radiação que chega a diferentes partes do corpo humano, e isso pode causar a
sensação de desconforto, mesmo que as outras condições estejam atendidas.
Segundo Lamberts et al. (2014) a radiação térmica pode não ser uniforme
devido à janelas frias, superfícies não isoladas, bocas de fornos, calor gerado por
máquinas entre outros, e destaca que isto pode interferir drasticamente na
aceitabilidade térmica do ambiente, já que pesquisas realizadas nessa área
demonstraram que quanto mais acentuada era a assimetria de radiação, mais as
pessoas encontravam-se insatisfeitas com o ambiente.
Xavier (1999) ressalta que a análise da assimetria de radiação é muito
importante quando da utilização de painéis resfriados ou aquecidos para alcançar o
conforto térmico, já que os mesmos podem provocar certo desconforto localizado.
21
2.1.3.3.2. Correntes de Ar
O desconforto causado por correntes de ar indesejáveis acontece
predominantemente quando a sensação térmica das pessoas já está abaixo de neutro,
e isso pode ser um problema em ambientes ventilados.
Quando as correntes de ar tornam-se incômodas acentuando a sensação de
frio, a reação natural das pessoas é aumentar a temperatura interna, e muitas vezes
isso pode levar o ambiente a uma condição geral de desconforto térmico.
Segundo Lamberts et al. (2014), o movimento do ar interfere no conforto
térmico devido a sua influência nos processos de troca de calor do corpo com o meio
por convecção e por evaporação. Podendo ser benéfica quando o aumento da
velocidade do ar provocar uma desejável aceleração nos processos de perda de calor
do corpo, ou prejudicial quando a perda de calor é indesejável e provoca o
resfriamento excessivo do corpo com um todo, ou de uma de suas partes.
Assim, podemos dizer que em climas quentes e úmidos a ventilação é um
fator preponderante na obtenção do conforto térmico já que através dela é possível
diminuir o desconforto causado pelo calor através do processo de evaporação do
suor.
2.1.3.3.3. Diferenças na Temperatura do Ar no Sentido Vertical
Quando da diferença na temperatura do ar no sentido vertical, onde a
temperatura do ar no nível da cabeça é diferente daquela ao nível do tornozelo, o
corpo humano fica sujeito a certo desconforto localizado, em grande parte das
edificações a temperatura do ar normalmente aumenta com a altura em relação ao
piso, isso acontece também em função da movimentação natural das massas de ar
quente e fria. ASHRAE 55 (2010) apud Lamberts et al. (2014)3 aponta que a
diferença de temperatura permitida entre a altura da cabeça e dos pés deve ser
inferior a 3°C, essa diferença é denominada de gradiente de temperatura vertical.
3 LAMBERTS, R.; XAVIER A. A.; GOULART, S.; VECCHI, De R.. Conforto térmico e stress térmico. UFSC. Florianópolis – SC, 2014.
22
2.1.3.3.4. Contato com Pisos Aquecidos ou Resfriados
O desconforto local nos pés pode ser identificado quando o piso estiver
aquecido ou resfriado em relação à temperatura do ar no ambiente A temperatura do
piso está diretamente relacionada ao material utilizado na sua confecção e ainda às
características construtivas da edificação.
Assim como quando sujeitos às correntes de ar, o ser humano quando em
contato com pisos resfriados, tende a aumentar a temperatura do ambiente, o que
pode provocar o aumento na sensação de desconforto térmico.
2.1.2.1.3. Parâmetros Subjetivos
As condições de conforto térmico dependem, portanto, de diversas variáveis,
Frota; Schiffer (2001) afirmam que o ocupante deve estar apropriadamente vestido e
sem problemas de saúde ou de aclimatação para a avaliação do conforto térmico. É
importante ressaltar que as condições ambientais capazes de proporcionar sensação
de conforto em determinados ocupantes podem não ser suficientes para o conforto de
outros.
Para Xavier (1999), os parâmetros subjetivos são aqueles inerentes à natureza
humana e às diferenças entre as pessoas. Ele aponta que são dois os de maior
interesse nos estudos de conforto térmico: as sensações e preferências térmicas,
estando estes diretamente relacionados às diferenças entre conforto e neutralidade
térmica.
2.1.4. Avaliação do Conforto Térmico
Com o objetivo de alcançar o conforto térmico vários métodos de avaliação
foram sendo desenvolvidos ao longo do tempo, considerando-se as variáveis
climáticas que influenciam diretamente na sensação de conforto, além dos índices de
conforto, biofísicos, fisiológicos e subjetivos.
As metodologias mais conhecidas para avaliação do conforto térmico no
Brasil são: índice de temperatura efetiva, índice de conforto equatorial, o método de
Olgyay, a carta bioclimática de Givoni, o método de Fanger e o método da
23
ASHRAE. A Tabela 5 traz as variáveis utilizadas em cada um dos métodos citados
anteriormente para determinação do conforto térmico.
Tabela 5- Métodos para determinação do conforto térmico
Métodos Variáveis
Método de Olgyay e Givoni Temperatura de bulbo seco e umidade relativa do ar
Temperatura Efetiva e índice
de Conforto Equatorial Temperatura, umidade e velocidade do ar
Método de Fanger e Método
ASHRAE
Temperatura, umidade, velocidade do ar, calor
radiante, tipo de atividade e vestimenta.
Fonte: Adaptado de Giampaoli, /s.d./4 apud GrzybowskI (2004)
Segundo Lamberts et al. (2014), tratando-se dos aspectos relativos ao
conforto térmico, são encontradas duas abordagens diferentes: a primeira, mais
conhecida como estática, representa uma linha mais racional da avaliação das
sensações térmicas humanas e onde considera que o homem é um simples receptor
passivo do ambiente térmico; a segunda, conhecida como adaptativa, considera que
o homem é um agente ativo, ou seja, que interage com o ambiente de acordo com
suas sensações e preferências térmicas.
Essas abordagens são resultados de dois grandes grupos de pesquisas na área
do conforto térmico, sendo a primeira realizada em câmaras climatizadas e a segunda
proveniente de estudos em ambientes reais.
2.1.4.1. Estudos de Câmaras Climatizadas
Segundo Humphreys5 (1992) apud Xavier (1999), a câmara climatizada é um
local especialmente construído onde todas as variáveis, temperatura do ar,
temperatura das superfícies, radiação térmica, umidade e velocidade do ar, podem ser
totalmente controladas pelos pesquisadores. Outro aspecto relevante, é que os
voluntários participam da pesquisa na câmara, com roupas padronizadas e realizando
as mesmas atividades. Dentro da câmara os voluntários são questionados a respeito
4GIAMPAOLI,E. Temperaturas extremas. São Paulo: Hygro-them, /s.d./.
5HUMPHREYS, M. A. Energy Efficient Building. Oxford, Editado por Roaf, S. e
Hancock, M. -Blackwell Scientific Publications, 1992. Cap. 1: Thermal Comfort in
the Context of Energy Conservation.
24
das condições térmicas, que vão sendo ajustadas ao longo do tempo, até se atingir a
condição de neutralidade térmica, ou ainda de conforto.
A Figura 1 traz exemplos de estudos em câmaras climatizadas, a primeira
imagem trata-se de estudos realizados com ocupantes em uma câmara climatizada
por Olesen, 1982, a segunda de manequim térmico dentro de câmara climatiza
(CIOP/PIB), e a ultima traz a medição de conforto com o “dressman” dentro de um
veículo (FRAUNHOFER).
Figura 1 – Exemplos de estudos em câmaras climatizadas
Fonte: Lamberts et al. (2014)
Uma das pesquisas mais conhecidas em câmaras climatizadas foi a realizada
pelo pesquisador Ole Fanger, na Dinamarca. Ele desenvolveu diversos estudos na
linha analítica sendo que suas equações e métodos têm sido utilizados mundialmente
e serviram de base para elaboração de normas internacionais bastante importantes,
que utilizam os índices PMV – Predicted Mean Vote e PPD – Percentage of
Dissatisfied para avaliação do conforto térmico.
Entretanto, segundo Lamberts et al. (2014), a utilização do modelo estático
desenvolvido por Ole Fanger como um modelo universal tornou-se discutível, já que
o mesmo considera os limites confortáveis de temperatura como sendo limites
universais, e ainda que os efeitos de um determinado ambiente térmico acontecem
exclusivamente pelas trocas de calor do corpo com o meio, enquanto na verdade a
manutenção da temperatura interna de um ser humano necessita de certa resposta
fisiológica.
25
2.1.4.1.1. Voto Médio Predito – PMV
A equação do PMV, Equação 12, foi obtida por análise de regressão entre a
carga térmica e a sensação de mais de 1300 pessoas em câmaras climatizadas, para
quatro situações de atividades distintas. A sensação térmica era determinada através
dos votos emitidos pelas pessoas sobre a escala sétima.
Equação 12
Sendo:
PMV: voto médio estimado, ou sensação analítica de conforto térmico,
(adimensional);
M: taxa metabólica de produção de calor em função da atividade, (W/m²);
L: carga térmica atuando sobre o corpo, (W/m²).
FANGER (1970) definiu a carga térmica sobre o corpo como sendo a
diferença entre o calor gerado pelo organismo e o calor dissipado ao ambiente,
entretanto para situações reais, não permanentes, a carga térmica é dada pela
diferença entre a geração do calor pelo organismo e a perda do mesmo através de
trocas com o ambiente, portanto, a carga térmica é dada pela equação 13.
Equação 13
Sendo:
: carga térmica atuando sobre o corpo;
: taxa metabólica, produção orgânica de calor;
: pressão de vapor no ar;
: temperatura do ar;
: Razão de área do corpo vestido e corpo nu;
: temperatura superficial das roupas;
: temperatura média radiante;
: Coeficiente de convecção entre ar e roupas.
26
Segundo Lamberts et al. (2014) a escala sétima da ASHRAE, como ficou
conhecida, ou escala de sete pontos, utilizada nos estudos de Fanger é empregada até
hoje na determinação real das sensações térmicas das pessoas, e pode ser verificada
na Figura 2.
Figura 2 - Escala Sétima ASHRAE, ou escala de sete pontos
Fonte: Lamberts et al. (2014)
2.1.4.1.2. Porcentagem de Pessoas Insatisfeitas - PPD
Segundo Kuhen et al. (2011) o índice PPD é obtido com base em um modelo
matemático desenvolvido por Fanger a partir de experimentos com pessoas em
câmaras climatizadas. Esse modelo corresponde a uma amostra de pessoas
submetidas a um mesmo ambiente térmico predefinido, enquanto a temperatura varia
entre 18,9°C e 32,2°C, já os demais parâmetros físicos e fisiológicos que afetam o
conforto, umidade, velocidade do ar, vestimenta e níveis de atividade metabólica
permaneciam constantes.
Lamberts et al. (2014) destaca que o índice PPD estabelece a quantidade
estimada de pessoas insatisfeitas termicamente, e ele se baseia na porcentagem de um
grande grupo de pessoas que gostariam que o ambiente estivesse mais quente ou
mais frio, demonstrando isso através do voto na escala sétima de ASHRAE, com
votos +3, +2, -1, -2.
27
Segundo o autor o PPD pode ser determinado analiticamente utilizando a
Equação 14, ou ainda utilizando a Figura 3.
Equação 14
Sendo:
: porcentagem de pessoas insatisfeitas;
: voto médio estimado.
Figura 3 - Porcentagem de pessoas insatisfeitas (PPD) em função do voto médio
predito (PMV) Fonte: ASHRAE 55 (2004)
Xavier (1999) destaca que o modelo do PMV, para uma situação plena de
conforto em que o PMV = 0, o PPD resultante é da ordem de 5%, e como o PPD
representa a porcentagem de pessoas insatisfeitas com o ambiente térmico, as
pessoas restantes encontram-se termicamente neutras ou confortáveis, levemente
aquecidas ou levemente com frio, com votos de sensação térmica de +1, 0 ou -1.
2.1.4.2. Estudos de Ambientes Reais
Ao longo do tempo as pesquisas passaram a ser desenvolvidas não só em
câmaras climatizadas, mas também em ambientes reais, essa abordagem então
chamada de adaptativa, baseia-se na avaliação do conforto térmico de ocupantes de
ambientes reais sem a interferência do pesquisador em qualquer uma das variáveis,
sejam de ordem biofísica, ambiental ou pessoal, em que o ocupante demonstra sua
28
sensação e/ou preferência térmica por meio de escalas apropriadas, sendo a de uso
mais comum a escala sétima já apresentada anteriormente.
De acordo com Humphreys (1976) o interesse no estudo do modelo
adaptativo pode ser identificado por duas razões principais: a primeira por ter se
verificado resultados de estudos em câmaras climatizadas que divergem dos
encontrados em ambientes reais; e a segunda pela constatação de que a população
apresenta uma capacidade de se adaptar ao lugar em que vive e em detrimento disso
aceita um intervalo de temperatura muito superior do que a proposta pela abordagem
estática.
Kuchen; Fisch (2009) afirmam que usuários adaptam-se a espaços com
condições térmicas constantes definidas por um operador e que, portanto, esses
antecedentes justificam a necessidade de elaborar um modelo de conforto variável
em função de aspectos locais, próprios do edifício e dos usuários, corroborando à
linha de pesquisa adaptativa.
De acordo com Kuchen (2011) diversos trabalhos de campo mostram a
combinação entre fatores ambientais e não ambientais e sua influência sobre o
conforto térmico em ambientes reais de trabalho, e por isso vários autores, Hellwig;
Bischof (2006); Boestra (2006); Raue et al.(2004); Nicol; Humphreys (2002); De
Dear (2004) defendem que o emprego de normas como a ISO 7730, que se baseia no
modelo analítico de Fanger, apresenta desvios que são próprios do método de
obtenção do mesmo.
Lamberts et al. (2014) aponta que a abordagem adaptativa considera fatores
além dos físicos e psicológicos que interagem na percepção térmica, levando em
consideração os conceitos de aclimatação, sendo que os fatores considerados podem
incluir características inerentes à demografia (gênero, idade, classe social), contexto
(composição da edificação, estação, clima) e cognição (atitudes, preferências e
expectativas). Segundo o autor são três os mecanismos de adaptação utilizados pelo
corpo humano para se defender dos efeitos do clima.
Sendo classificados em ajustes comportamentais, ajustes fisiológicos e ajustes
psicológicos. O primeiro trata das ações conscientes e inconscientes das pessoas para
se adaptar como troca de roupas, mudança de atividade, ajuste da postura, ou ainda
abrir e fechar janelas, ligar ventiladores entre outras ações. O segundo, ajustes
29
fisiológicos, diz respeito às mudanças fisiológicas das pessoas em função das
características climáticas às quais estão expostas, ainda podem ser subdividido em
adaptação genética e aclimatação. E por fim, os ajustes psicológicos, que estão
diretamente relacionados às expectativas criadas, e ainda pode ser comparada à
noção de hábito, exposição repetida, que leva a uma diminuição da intensidade da
sensação térmica evocada anteriormente.
É importante ressaltar que embora a abordagem adaptativa tenha surgido
posteriormente à estática e leve em consideração mais variáveis e fatores que possam
afetar a sensação de conforto, o objetivo das duas abordagens é muito próximo,
alcançar a condição de conforto térmico em ambientes reais.
2.1.4.2.1. Determinação da Temperatura de Neutralidade
Como discutido anteriormente, umas das condições para se atender o conforto
térmico é que o indivíduo esteja em neutralidade térmica, ou seja, não prefira nem
mais calor, nem mais frio. As Pesquisas realizadas na linha adaptativa tendem a
encontrar valores estimados de temperatura em que os ocupantes do ambiente se
sintam confortáveis, denominada usualmente de temperatura de neutralidade.
A temperatura de neutralidade pode ser encontrada analiticamente através dos
dados de PMV e PPD de Fanger, entretanto os pesquisados da abordagem adaptativa
defendem que existem divergências entre os valores encontrados utilizando o método
de Fanger e os valores encontrados em ambientes reais, conforme citado
anteriormente.
Muitas pesquisas têm sido realizadas nesse sentido. Oseland (1994), em
pesquisa realizada no Reino Unido, objetivou determinar a temperatura de
neutralidade, comparando os votos médios preditos, utilizando o PMV de Fanger
com as sensações relatadas por moradores de casas no período de verão e inverno.
Verificou que em ambas as estações os limites apontados pelos moradores foram
superiores aos calculados.
Humphreys (1976) realizou uma revisão dos parâmetros até então existentes,
e concluiu que os índices de conforto variavam em relação à temperatura média da
região onde cada estudo era desenvolvido, observando que a aclimatação afetava a
30
temperatura de neutralidade, ao contrário do que mostravam os estudos de Fanger,
que não sugeriam que a aclimatação afetasse os requisitos de conforto térmico.
A partir deste estudo verifica-se a importância da determinação da
temperatura de neutralidade para regiões específicas, visto que em um mesmo país
existem regiões que apresentam condições climáticas muito diferentes e
consequentemente habitantes com sensibilidade térmicas diferentes, justamente
devido à condição de aclimatação do ser humano.
Brager; Dear (2006) trazem as principais pesquisas realizadas nos últimos
anos em ambientes climatizados artificialmente. Dear; Auliciems (1985) em
Melbourne no verão encontraram uma temperatura de neutralidade de 20,3°C, em
Brisbane também no verão a temperatura de neutralidade foi de 24,4°C. Os autores
ainda determinaram a temperatura de neutralidade em Darwin no período de seca que
foi de 25,2°C e no chuvoso de 28,9°C. Dear; Fountain (1994) em pesquisa realizada
em Townsville verificaram a temperatura de neutralidade para estação seca de
19,4°C enquanto que para chuva de 27°C. E Dear et al. (1991) determinou para
Singapure a temperatura de neutralidade de 27,4°C.
Kuchen et al. (2011) desenvolveu uma ferramenta para avaliar o conforto
térmico em espaços de trabalho de edifícios de escritório, através de uma pesq
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