anÁlise das condiÇÕes de conforto...

ANÁLISE DAS CONDIÇÕES DE

CONFORTO TÉRMICO E DA INÉRCIA

TÉRMICA A QUE PROFESSORES DAS

ESCOLAS MUNICIPAIS DE JOÃO

PESSOA - PB ESTÃO SUBMETIDOS

Daniel Augusto de Moura Pereira (UFPB)

[email protected]

Antonio Souto Coutinho (UFPB)

[email protected]

Luiz Bueno da Silva (UFPB)

[email protected]

Estudos sobre a exposição ocupacional a ambientes que são

termicamente desconfortáveis têm sido cada vez mais comuns, em

virtude das possíveis conseqüências negativas que os parâmetros

ambientais podem provocar, tanto no desempenho profissiional quanto

na saúde dos trabalhadores. Esta pesquisa tem como objetivo analisar

as condições de conforto térmico e da inércia térmica a que os

professores das escolas municipais de João Pessoa estão submetidos.

Os resultados do PMV e do PPD revelaram uma situação de

desconforto térmico. Os resultados da análise da inércia térmica

indicaram um amortecimento de 48,84% da carga térmica gerada pela

radiação solar e uma defasagem de 4,13 horas. Esses resultados

reforçam a idéia de que os professores estão sujeitos a condições de

trabalho adversas.

Palavras-chaves: Conforto térmico, Inércia térmica, Professores

XXIX ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO A Engenharia de Produção e o Desenvolvimento Sustentável: Integrando Tecnologia e Gestão.

Salvador, BA, Brasil, 06 a 09 de outubro de 2009

XXIX ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO A Engenharia de Produção e o Desenvolvimento Sustentável: Integrando Tecnologia e Gestão


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1. Introdução

Estudos sobre a exposição ocupacional a ambientes que são termicamente desconfortáveis

têm sido cada vez mais comuns, tanto no âmbito acadêmico como no empresarial. Isto se deve

às possíveis conseqüências negativas que os parâmetros ambientais podem provocar, tanto no

desempenho profissional quanto na saúde dos trabalhadores.

Segundo Iida (2005), uma grande fonte de tensão no trabalho são as condições ambientais

desfavoráveis, como excesso de calor, ruídos, pouca iluminação e vibrações. Esses fatores

causam desconforto, aumentam os riscos de acidentes e podem provocar danos consideráveis

à saúde. De acordo com Grandjean (1998), perturbações no conforto ambiental são

acompanhadas de alterações funcionais que atingem todo o organismo.

Percebe-se que a maioria das escolas públicas no Brasil não oferece condições de conforto

térmico adequadas para o desenvolvimento das atividades intelectuais lá exercidas. Estas

condições inadequadas podem comprometer o processo de ensino-aprendizagem e a saúde

física e psicológica dos alunos e professores.

Deste modo, há necessidade iminente de investimentos continuados na área de educação

pública no Brasil. Mas, paralelamente a isso, estudos nesta área podem proporcionar aos

gestores um panorama sobre a atual condição de trabalho dos operadores da educação, sob o

ponto de vista do trabalhador, bem como fornecer uma idéia do estado geral de seus

funcionários.

Acredita-se que a abordagem dessa temática - circunscrita e aplicada a várias escolas da rede

municipal de João Pessoa - é uma maneira de chamar a atenção dos gestores e autoridades

educacionais para a necessidade de proporcionar aos usuários e aos trabalhadores das escolas

condições ambientais adequadas ao processo de educação, como uma forma de melhorar a

qualidade do ensino e da aprendizagem.

Neste contexto, esta pesquisa tem como objetivo analisar as condições de conforto térmico e

da inércia térmica a que os professores das escolas municipais de João Pessoa estão

submetidos.

2. Conforto térmico

De acordo com Fanger (1970), conforto térmico é uma condição da mente que expressa

satisfação com o ambiente térmico. O estudo do conforto térmico tem como objetivo

diagnosticar e analisar as condições de um ambiente, de modo que se possam obter as

condições térmicas adequadas à ocupação humana e às atividades desempenhadas. O conforto

térmico está dividido em dois índices: o Predicted Mean Vote (PMV) e o Predicted

Percentage of Dissatisfied (PPD).

O PMV representa a sensação térmica que o indivíduo está sentindo em um determinado

ambiente. Esta sensação é obtida através de um voto na escala sétima, de acordo com a Figura

1:



3

Figura 1 – Escala sétima

Fonte: Adaptado da Norma ISO 7730/94

O PPD representa a porcentagem de pessoas insatisfeitas termicamente com o ambiente,

conforme a Equação (1).

PPD = 100 – 95exp-(0,03353 PMV4 + 0,2179PMV2)

(1)

Essa equação é representada pela curva de probabilidade da Figura 2, que tem um valor

mínimo na abscissa PMV = 0, representando a condição de conforto. Isso mostra que não se

deve esperar 100% de pessoas termicamente satisfeitas, mesmo em ambientes dotados de

bons sistemas de climatização. A Norma ISO 7730/94 recomenda uma insatisfação máxima

de 10%, ou seja, um índice PPD a 10%.

Figura 2 - PPD como função do PMV

Fonte: Adaptado da Norma ISO 7730/94

3. Inércia Térmica

Toda edificação ou estrutura possui uma inércia térmica. Ou seja, apresenta uma capacidade

de armazenamento térmico e certo intervalo para serem “atravessadas” pelo fluxo de calor.

Esse comportamento é representado por dois parâmetros: amortecimento e defasagem.

De acordo com Coutinho (2005), o amortecimento (m) é a relação entre os picos de

temperatura na face interna e na face externa, representado pela Equação (2). O

amortecimento indica a percentagem de calor que foi absorvida com relação a que foi

recebida do exterior.

x

met

tm x

(2)

Onde:



4

X = espessura;

m = tempo de realização de um ciclo;

= difusividade térmica.

Quando a radiação solar incide sobre a superfície externa da envoltória, parte é absorvida e o

restante é perdido por convecção ou reflexão. A parte absorvida avança na direção da face

interna, mas não a atinge senão algum tempo depois, dependendo do material e da espessura

do mesmo. Quanto mais espessa uma parede, maior é o intervalo de tempo para que o calor

que atingiu a face externa, no instante t1, chegar à face 2, no instante t2.

O pico de radiação solar ocorre ao “meio dia solar”, que é diferente do “meio dia oficial”, já

que depende da longitude do local, da distância do meridiano de referência e do dia do ano.

Após o pico, a radiação diminui e, a partir de certo momento, a temperatura interna da parede

passa a ser maior que as temperaturas de ambas as faces. Em conseqüência, uma parte do

calor volta para o exterior, e o restante avança para o interior, onde ocorre ganho máximo em

determinado momento.

De acordo com Rivero (1986), atraso térmico é o tempo que leva uma diferença térmica

ocorrida num dos meios para manifestar-se na superfície oposta do fechamento. É definido

pela Equação (3):

mX

2 (3)

Onde:

X = espessura;

m = tempo de realização de um ciclo (considerado 24 horas);

= difusividade térmica.

4. Metodologia

Esta pesquisa é classificada como quantitativa, do tipo descritiva. O modelo utilizado foi o

estudo de caso.

A população deste estudo foi formada por 50 professores, do sexo feminino, do ensino

fundamental I, de 16 escolas da rede municipal de João Pessoa – PB. Os professores

selecionados para a amostra foram os que trabalhavam dois turnos consecutivos na mesma

instituição, a fim de se avaliar toda a jornada de trabalho destes profissionais.

As escolas municipais de João Pessoa estão divididas por pólos, conforme a Figura 3. Foi

selecionada, pelo menos, uma escola de cada pólo, representando, assim, todo o perímetro do

município.

O agente calor teve como suporte a Norma ISO 7730/94 – Moderate thermal environments –

Determination of the PMV and PPD índices and specification of the conditions for thermal

comfort e a Norma de Higiene Ocupacional (NHO) – 06.

Os materiais que foram utilizados para a coleta, tabulação e análise dos dados foram os

seguintes:

Questionário sobre a percepção térmica;



5

Medidor de estresse térmico modelo TGD – 300, marca Instrutherm. Esse medidor é

composto pelos termômetros de globo, bulbo seco e de bulbo úmido, conjunto IBUTG, tendo

todos os termômetros a exatidão de ±0,5 oC, os quais indicam, respectivamente, a radiação

térmica do ambiente, a temperatura do ar e a umidade do ar;

Software de conforto térmico Conforto 2.03.

A coleta dos dados foi efetuada durante os meses de agosto, setembro, outubro e novembro.

Foram realizadas oito medições por dia, com intervalos de uma hora entre as avaliações,

cobrindo, desta maneira, toda a jornada de trabalho do indivíduo.

Para determinação do PMV e PPD, foram cumpridas as seguintes tarefas:

Aplicação do questionário de percepção térmica;

Medição das temperaturas em um ponto próximo ao professor na sala de aula;

Classificação da resistência das vestes conforme as tabelas da Norma ISO 7730/94.

Classificação da energia metabólica consumida pelos professores conforme as tabelas da

Norma ISO 7730/94.

Foram observadas as características técnico-construtivas das salas de aula das 16 edificações

escolares estudadas.



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Figura 3 – Mapa com a divisão dos pólos das escolas municipais de João Pessoa

Fonte: Prefeitura Municipal de João Pessoa (2008)

5. Resultados e discussão

Os professores declararam estar termicamente insatisfeitos com seus ambientes de trabalho.

De acordo com a escala sétima da ASHRAE, 36% dos docentes consideraram as salas de aula

de “Levemente Quente” a “Quente”, e 64% consideraram as salas de aula “Quente” a “Muito

Quente”, conforme a Figura 4. Como dito na Fundamentação Teórica, para que um ambiente

esteja dentro da zona de conforto térmico estabelecida pela ISO 7730/94, o PMV deve estar

no intervalo de - 0,5 a + 0,5, correspondendo ao máximo de 10% de pessoas insatisfeitas, ou

seja, um índice PPD a 10%.

Figura 4 – Histograma do PMV

O PPD apontou uma variação entre 61 e 92% de professores termicamente insatisfeitos nas

salas de aula, conforme o Gráfico 1.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

-3 -2,5 -2 -1,5 -1 -0,5 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

PMV

PP

D(%

)

Gráfico 1 - PPD dos professores em função do PMV

PMV



7

O trabalho sob as condições de calor encontradas pode implicar numa redução dos

desempenhos físico e mental dos docentes. O prolongado estresse térmico leva à perda de

fluidos corporais e deteriora as funções mental e psicomotora. (ASTRAND et al., 2006).

Essas constatações de insatisfação térmica dos professores e de desconforto em salas de aula

corroboram com alguns estudos realizados no Brasil (NOGUEIRA, 2005; PEREIRA, 2006;

RODRIGUES et al., 2006; COUTINHO FILHO et al., 2007) e no exterior (KWOK, 1998;

KWOK, 2003; WONG e KHOO, 2003).

Essas condições de desconforto térmico podem ser atribuídas a diversos fatores,

principalmente ao próprio clima, fatores de ordem arquitetônica da edificação e pela inércia

térmica da mesma.

Nem todas as salas de aula foram dotadas de entradas e saídas de ar eficientes. Em diversas

salas, as aberturas de entrada, com vedação em elementos vazados, além de

subdimensionadas, situam-se na parte superior das paredes que as contém, opostas às da saída

de ar. Como já foi dito, a tipologia das esquadrias não favorece a ventilação natural, em

virtude de as aberturas efetivas serem muito pequenas. Com isso, praticamente inexiste a

ventilação cruzada, tornando o pano de elementos vazados pouco operante, com reflexos

negativos na capacidade de dissipação térmica da sala.

A cobertura é um elemento da envoltória que recebe calor por radiação durante todo o período

de insolação, e com maior intensidade que os demais. Nesse período, ela absorve energia

radiante pela face externa e a emite para a superfície interna. Em conseqüência, a temperatura

desta superfície pode se tornar muito elevada, aumentando a taxa de calor recebido por

radiação e, portanto, a sensação de desconforto. Essa sensação não é mais intensa quando há

um colchão de ar formado entre a laje e o telhado. Tal colchão representa uma resistência

térmica que reduz o fluxo de calor e, consequentemente, a temperatura interna da laje. Como

a radiação térmica emitida por uma superfície, neste caso, a laje, é proporcional à temperatura

de globo, os valores dessa temperatura foram, aproximadamente, iguais aos da temperatura

bulbo seco, indicando que o interior das salas de aula das escolas avaliadas não absorviam

tanto o calor emitido pela radiação solar ao longo do dia, conforme o Gráfico 2.

25

26

27

28

29

30

31

32

33

Tem

pera

tura

(°C

)

Temperatura de Globo

Temperatura de Bulbo

Seco

Gráfico 2 – Temperaturas de Globo e de Bulbo Seco

De acordo com a Figura 5, os valores médios de mínimos (28,0 oC), máximos (32,0

oC) e das

medianas (29,5 oC) referentes às variáveis Tg e Tbs são semelhantes, onde 98,831509% da

variação de Tg é devido a Tbs. O fator que leva a essa situação é a presença do colchão de ar.



8

Figura 5 – Aspectos descritivos e linear entre Tg e Tbs

Para demonstrar essa afirmação, apresenta-se, a seguir, o cálculo da carga térmica através do

teto, para se estimar a temperatura da superfície interna, que troca calor por radiação com as

pessoas. Não se fez o mesmo cálculo com relação às paredes, porque estas recebem menos

calor que o teto.

O fluxo de calor é dado pela equação:

t)U(tA

Qas (4)

Sendo:

A

Qfluxo de calor, W/m

2 (5)

U = coeficiente global de transmissão de calor, W/m2 o

C

tas = temperatura ar-sol, oC;

tbs = temperatura de bulbo seco, oC.

O coeficiente global de transmissão de calor representa o inverso da resistência térmica total

ao fluxo de calor, dado por:

il

2

t

t

e h

1

k

Δx11

k

Δx

h

1

1U

l

ii hh (6)

Onde:

he = coeficiente de convecção externo: 22,7 W/m2 oC;

hi = coeficiente de convecção interno: 8,29 W/m2 oC;

kt = condutividade térmica da telha: 0,93 W/m oC;

kl = condutividade térmica da laje de concreto: 1,75 W/m oC;

Δxt = espessura da telha: 1,5 cm W/m2 oC;



9

Δxl = espessura da laje: 10 cm W/m2 oC.

Substituindo os valores obteve-se o coeficiente global igual a 2,09 W/m2 o

C.

A temperatura ar-sol leva em conta a radiação solar absorvida por uma superfície, sendo dada

pela equação:

4v

4eearsol TT

h

εσ

h

αRtt (7)

Onde:

tsol-ar = temperatura sol-ar, oC;

te = temperatura de bulbo seco do ar externo, oC;

tsup = temperatura da superfície externa, oC;

= absortividade da superfície, adimensional;

R = Radiação incidente, W/m2;

h = coeficiente combinado de convecção e radiação (hc + hr), W/m2o

C;

Te = temperatura absoluta do ar externo, K;

Tv = temperatura absoluta das superfícies vizinhas, K.

O segundo termo do segundo membro representa o acréscimo de temperatura devido à

radiação solar, e o terceiro representa troca de calor por radiação com as superfícies vizinhas.

Geralmente, adota-se para o terceiro termo o valor 4oC para superfícies horizontais ou

inclinadas, e 0oC para superfícies verticais. Para a absortividade, adotam-se os seguintes

valores: a) superfícies claras: = 0,45; e b) superfícies escuras: = 0,90.

No presente caso, considerou-se o valor médio = 0,40. Considerou-se, ainda, a radiação

média de 600 W/m2 e a temperatura de bulbo seco do ar externo em torno de 30

oC.

Desta forma, substituindo em (7), obteve-se:

417

600 x 0,4030

sol-art

(8)

Donde, tar-sol = 40,1 oC.

As substituições levaram ao fluxo de calor:

2 W/m21,1130)(40,1 2,09A

Q = 21,11 W/m

2 (9)

A temperatura da superfície interna, que afeta a temperatura de globo, é dada pela equação:

Ah

Qtt

i

is

(10)

Ou seja, ts = 30 + 21,11/8,29 = 32,5 oC

Observa-se que essa temperatura ligeiramente superior à do ar (ts = 32,5oC > tbs = 30

oC)

implicou em temperaturas de globo muito próximas da de bulbo seco.



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Esse resultado mostra que o desconforto térmico não pode ser atribuído somente ao material

da envoltória, mas, acima de tudo, ao clima, pois não é possível reduzir a temperatura do ar ao

nível de conforto sem a utilização de meios artificiais. Porém, o desconforto pode ser

atenuado por meio de uma ventilação adequada, que aumente as perdas de calor por

convecção e evaporação por parte dos usuários.

A difusividade térmica das envoltórias das edificações estudadas é α = 0,00162m2/h. Para

uma parede de 12 cm de espessura, tem-se um atraso térmico = 4,13 horas e um

amortecimento m = 48,84%. Estes resultados indicam que, aproximadamente, 50% da carga

térmica gerada pela radiação solar durante o dia é absorvida pela edificação. Considerando

que o pico da carga térmica ocorre entre 11:00 e 12:00h e que a defasagem foi de

aproximadamente 4 horas, espera-se que entre 15:00 e 16:00h a temperatura do ar interna seja

correspondente a máxima do período, justamente no meio da tarde, quando professores e

alunos estão em sala de aula.

5. Conclusão

Essas condições de desconforto térmico podem ser atribuídas a diversos fatores,

principalmente ao próprio clima. A única maneira de reduzir-se a temperatura e a umidade do

ar no litoral é a aplicação de sistemas mecânicos de ar condicionado, o que implicaria altos

custos para o município.

A situação pode ser amenizada, provocando o movimento do ar com uma velocidade capaz

de aumentar as perdas de calor por convecção e evaporação. Isto é possível através de

ventiladores de teto, que permitem um movimento mais homogêneo que os de parede.

Todavia, estes ventiladores não alcançam todos os pontos da sala, além de elevarem o nível de

ruído.

A ventilação natural deve ser buscada com ou sem ventilação mecânica. Portanto, as

edificações deveriam ter as aberturas para entrada de ar, localizadas nas partes inferiores das

fachadas, tão grandes quanto possíveis, voltadas para a direção dos ventos predominantes, o

que nem sempre é possível. As aberturas de saída deveriam ser localizadas na parte superior

da fachada oposta a da abertura para entrada de ar, além de estarem dimensionadas de acordo

com o tamanho da edificação, de modo que o efeito chaminé possa funcionar eficientemente.

No caso dessas escolas, os fatores de ordem arquitetônicos da edificação (má orientação e

subdimensionamento das aberturas de entrada e saída de ar, falta de proteção solar,

fechamentos ineficientes) contribuem diretamente para a situação de desconforto térmico dos

professores.

Os resultados da análise da inércia térmica indicaram que, aproximadamente, 50% da carga

térmica gerada pela radiação solar durante o dia é absorvida pelo ambiente, e que, pouco mais

de 4 horas depois, a temperatura do ar do interior da sala de aula atinge o pico máximo do

período.

Convém salientar que, se a espessura das paredes fosse de 40 centímetros, o amortecimento

seria de 2,7 %, e o pico interno de temperatura só iria ocorrer no entorno das 24:00 horas. Ou

seja, parte do calor armazenado na estrutura refluiria durante parte da noite, em virtude de a

temperatura externa ser menor que a interna.

A deficiência de ventilação na sala de aula e o conseqüente desconforto térmico são condições

ambientais adversas à execução das atividades escolares. Esses fatores tornam o ambiente

desconfortável, incômodo e intranqüilo para professores e alunos, requerendo maior esforço e



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maior exigência física e mental com repercussões negativas sobre a saúde. Esses resultados

reforçam a idéia de que os professores estão sujeitos a condições de trabalho adversas.

Referências

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IIDA, I. Ergonomia :projeto e produção. São Paulo : Edgard Blucher, 2005.

GRANDJEAN, Etiene. Manual de ergonomia – adaptando ao homem. Tradução João Pedro Stein. Artes

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Determination of the PMV and PPD indices and specification of the conditions for thermal comfort, ISO 7730.

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KWOK, Alison G, CHUN, Chungyoon. Thermal comfort in Japanese schools. Elsevier, Solar Energy, vol. 74,

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KWOK, A. G. Thermal comfort in tropical schools. ASHRAE Transactions, v. 104 (pt. 1), 1031-1047 p. Also

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NOGUEIRA, Marta Cristina de Jesus Alburquerque, NOGUEIRA, José de Souza. Conforto térmico na

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NORMA DE HIGIENE OCUPACIONAL – Procedimento técnico – Avaliação da

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PEREIRA, Daniel Augusto de Moura. Características acústicas, térmicas e lumínicas da Escola Estadual

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http://www.joaopessoa.pb.gov.br/secretarias/sedec/>. Acesso em 28. abr.2009.

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