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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


zona bioclimática 08 na estação de seca .................................................................... 72





iv









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


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


operativa para a zona bioclimática 8 na estação de seca ............................................ 72


Tn da zona 08 na estação da seca ............................................................................... 73


operativa para a zona bioclimática 7 na estação da seca ............................................ 74




operativa para a zona bioclimática 7 na estação da chuva ......................................... 75







vi













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


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;


: 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 pesquisa

realizada em trinta edifícios na Alemanha, que consistiu em medições e questionários

realizados no local. E com a correlação dos dados objetivos e subjetivos foi possível

desenvolver um modelo estatístico para determinação da temperatura de

neutralidade, que foi de 23,3°C, sendo menor do que a encontrada utilizando o

modelo de Fanger.

Araújo (1996), em seus estudos de campo realizados em Natal, no Rio

Grande do Norte, em ambientes escolares, verificou limites de temperaturas

confortáveis entre 25,1°C a 28,1°C.

Xavier (1999) realizou uma pesquisa no estado de Santa Catarina, em

ambiente escolar com o objetivo de determinar através de correlações estatísticas

índices e parâmetros de conforto térmico para aquela região, e verificou um intervalo

de aceitabilidade térmica variando de 20ºC a 26ºC. Segundo o autor se comparado a

outros trabalhos já realizados no país houve divergência nos resultados, e que isso se

31

dá principalmente em função da capacidade de adaptação das pessoas aos diferentes

climas.

Em pesquisa realizada no Mato Grosso do Sul por Andreasi; Lamberts (2006)

com voluntários em atividades sedentárias em ambientes ventilados naturalmente,

verificaram um intervalo de aceitabilidade térmica que variou de 23°C à 31°C.

Grande parte das pesquisas realizadas na linha adaptativa tende a considerar o

maior número possível de variáveis, parâmetros e fatores que possam afetar o

conforto térmico e confrontar às sensações, percepções e preferências dos indivíduos

estudados, e, através de todos esses dados, estabelecer correlações estatísticas que

gerem modelos matemáticos para determinação da temperatura de neutralidade.

2.1.4.3. Estudos em Ambientes Escolares

Para Bueno (2006) a universidade pode e deve desempenhar um papel

fundamental na consolidação do conceito e da prática de responsabilidade social, e,

nesse sentindo, a pesquisa traz como proposta promover a interação da universidade

com a sociedade, visto que através dos resultados obtidos torna-se possível a

promoção de técnicas construtivas mais eficientes, e que venham atender as

necessidades da população no que diz respeito ao conforto térmico.

Apesar das pesquisas relacionadas ao conforto térmico que vêm sendo

desenvolvidas serem realizadas em edificações de funções variadas, dentre as que

mais comumente são objetos de pesquisas podemos citar, residências, habitações de

interesse social, escritórios, indústrias com ambientes térmicos diferenciados, os

ambientes escolares, escolas e universidades também têm sido alvo de pesquisa mais

recentemente.

Grzybowski (2004) afirma que a sala de aula de maneira geral e o que nela

ocorre sempre foram assunto de muito interesse para administradores, pais e

professores, e ainda ressalta que o ambiente físico de aula pode ser um instrumento

educacional poderoso, constituindo-se em um fator de influência indireta sobre o

comportamento dos professores e alunos.

Segundo Nogueira et al. (2005) o ensino-aprendizagem nas escolas pode ser

afetado diretamente pelas condições ambientais tendo em vista que as reações

32

fisiológicas dos alunos dependem do clima, o que pode prejudicar a qualidade do

ensino, principalmente quando expostos a ambientes não adequados com elevadas

temperaturas.

Segundo Heimstra; McFarling apud Grzybowski (2004)6 para melhorar a

eficiência do ambiente educacional, e consequentemente propiciar a elevação no

nível de aprendizagem, é extremamente importante o aumento do conforto físico e

sensorial dos indivíduos que utilizam a sala de aula.

Para isso, é necessário uma arquitetura escolar que tenha como preocupação o

atendimento às necessidades de conforto térmico, proporcionando um ambiente

agradável e que favoreça o aprendizado (NOGUEIRA; NOGUEIRA, 2003).

Coutinho Filho et al. (2007) ressalta que o excesso de calor dificulta a

concentração e pode causar inquietação, podendo ainda afetar o desempenho dos

estudantes, que aliada à baixa umidade pode provocar sonolência e aumento de suor.

Esses fatores podem causar estresse térmico e ao longo do tempo causar doenças

mais complexas. Os fatores citados aliados à importância do conforto térmico

para ambientes de uma forma geral justificam os estudos em instituições de ensino,

principalmente de nível superior, visto que estes ambientes abrigam um grande

número de ocupantes por longo período de tempo e que necessitam de um ambiente

confortável principalmente no que diz respeito à temperatura, para desenvolver as

atividades eficientemente.

2.1.5. Normas de Conforto Térmico

No que diz respeito ao método de avaliação do conforto térmico, ou

determinação do mesmo, o Brasil não possui normalização vigente. As principais

normas foram elaboradas pela International Organization for Standardization – ISO,

e pela American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers,

Inc. – ASHRAE, sendo que as duas são baseadas nos estudos realizados em câmaras

6 GRZYBOWSKI, G.T. Conforto térmico nas escalas públicas em Cuiabá – MT:

estudo de caso. Dissertação (Mestrado) – Pós-Graduação em Física e Meio

Ambiente, Universidade Federal de Mato Grosso, Cuiabá, 2004.

33

climatizadas a Tabela 6 traz as principais normas vigentes bem como suas

descrições.

Tabela 6 - Normas vigentes para avaliação do conforto térmico e seus parâmetros

Norma Descrição

ISO 7730/2005 - Ergonomics of

the thermal environment --

Analytical determination and

interpretation of thermal

comfort using calculation of the

PMV and PPD indices and local

thermal comfort criteria.

Esta norma propõe um método de determinação

da sensação térmica e o grau de desconforto das

pessoas expostas a ambientes térmicos moderados

e especifica condições térmicas aceitáveis para o

conforto, trazendo também informações sobre

desconforto térmico localizado, condições em

estado não estacionário e adaptação.

ISO 7726/1998-Ergonomics of

the thermal environment -

Instruments for measuring

physical quantities.

Seu objetivo principal é a definição dos

parâmetros e orientação com relação às medições

dos parâmetros físicos de ambientes térmicos,

tanto ambientes moderados, para análise do

conforto térmico, como ambientes extremos para

análise de stress térmico.

ASHRAE Standard 55-2010 -

Thermal Environmental

Conditions for Human

Occupancy.

Objetivo principal de determinar condições

térmicas aceitáveis em espaços naturalmente

ventilados. Para usar este método, os espaços

devem possuir janelas operáveis que podem ser

abertas pelos ocupantes.

ISO 8996/2004 – Ergonomics of

the thermal environment –

Determination of metabolic rate.

Esta norma especifica diferentes métodos para a

determinação e medição da taxa de calor

metabólico, no contexto da ergonomia do

ambiente de trabalho.

ISO 9920/2007 – Ergonomics of

the thermal environment –

Estimation of thermal insulation

and water vapour resistance of a

clothing ensemble.

Esta norma especifica métodos para a estimativa

das características térmicas, resistência à perdas

de calor seco e à perda por evaporação, em

condições de estado estacionário para um traje de

roupa.

Fonte: A autora (2015)

2.2. ZONEAMENTO BIOCLIMÁTICO BRASILEIRO

Durante algum tempo vêm sendo realizados diversos estudos a respeito do

clima buscando-se uma melhor forma de caracterizá-lo e classificá-lo de acordo com

características comuns. Segundo Maitelli (2005) uma região climática é qualquer

porção da superfície terrestre sob elementos climáticos e características climáticas

similares.

34

Segundo Lamberts (1997) para caracterizar o clima das diversas regiões do

globo, este é dividido em zonas de climas similares, chamadas regiões climáticas. No

Brasil, dada a sua grande extensão territorial e a sua localização entre dois trópicos,

Segundo IBGE (2015) vários tipos diferentes de clima são identificados, como pode

ser observado na Figura 4.

Figura 4 - Mapa climático do Brasil. Fonte: IBGE (2014)

Já a norma NBR 15220-3 (ABNT, 2003) estabeleceu uma subdivisão das

condições climáticas brasileiras para projetos e esta subdivisão foi denominada

zoneamento bioclimático brasileiro e compreende oito zonas diferentes, homogêneas

quanto ao clima. Sendo que a NBR 15575-1 (ABNT, 2013) utiliza a mesma

classificação para verificação do desempenho de edificações habitacionais. A Figura

5 mostra o zoneamento bioclimático brasileiro.

35

Figura 5 - Mapa das Zonas Bioclimáticas Brasileiras

Fonte: NBR 15220-3(ABNT, 2003)

Para a classificação das zonas bioclimáticas foram avaliadas 330 cidades

brasileiras, que foram agrupadas de acordo com aspectos semelhantes ao clima e as

estratégias bioclimáticas recomendadas.

A classificação bioclimática reforça a necessidade de estudos específicos no

que diz respeito à temperatura de neutralidade para o conforto térmico, visto que,

como um mesmo estado pode apresentar características climáticas diferentes, e,

portanto a população deve reagir de forma diferente às diversas condições climáticas.

36

3. ÁREA DE ESTUDO

3.1. O ESTADO DE MATO GROSSO

O Estado de Mato Grosso possui uma área de 903.378,292 Km² e a população

estimada pelo censo de 2014 do IBGE de 3.224.357 pessoas, possui um total de 141

municípios sendo a cidade de Cuiabá sua capital. Está localizado na região Centro –

Oeste (IBGE, 2014), e apresenta em seu território dois climas diferentes, Equatorial e

Tropical Brasil Central, conforme Figura 04.

Entretanto, Maitelli (2005) afirma que devido a existência de muitas

variações, temperatura, precipitação, vegetação, solo, topografia, latitude, altitude,

além das alterações na superfície de fontes naturais ou de atividades humanas, e

muitas vezes da insuficiência de dados meteorológicos torna-se difícil uma

classificação climática satisfatória.

De acordo com a autora, as classificações climáticas que se destacam são as

apresentadas por Arthur Strahler e Wladimir Köppen. Segundo a classificação de

Strahler, o Estado de Mato Grosso apresenta dois climas, Equatorial Quente-úmido e

Tropical Seco-úmido.

Sendo que no norte do Estado o clima é tipicamente equatorial quente-úmido

com totais pluviométricos médios acima de 2000 mm anuais, com estação chuvosa

estendendo-se até meados do outono e pequena amplitude térmica anual.

Na porção centro-sul do estado, o clima é do tipo tropical seco-úmido, com

elevada concentração de chuva entre os meses de outubro e março, seguindo um

semestre com diminuição acentuada da chuva entre abril e setembro e apresentando

maior amplitude térmica anual.

Segundo a classificação de Köppen o estado de Mato Grosso apresenta na

porção setentrional, área de mata de transição e floresta tropical o clima tropical

chuvoso de Floresta (Af) quente úmido caracterizado por apresentar de 1 a 3 meses

de seca. Na porção centro-sul do estado apresenta clima tropical de savana (Aw)

quente-semiúmido, caracterizado por apresentar de 4 a 5 meses secos.

Maitelli (2005) ressalta que, com base em dados meteorológicos recentes, o

Zoneamento Socioeconômico-ecológico de Mato Grosso apresentou outra

classificação climática para o estado. Sendo esta considerada mais detalhada e

37

apropriada para pesquisas acadêmicas, planejamento governamental e projetos em

todas as esferas.

Segundo Tarifa (2011) o clima do Estado de Mato Grosso foi dividido em três

unidades: I - Clima Equatorial Continental Úmido, com estação seca definida da

Depressão Sul-Amazônica, II - Clima Subequatorial Continental Úmido, com estação

seca definida do Planalto dos Parecis e III - Clima Tropical Continental

Alternadamente Úmido e Seco das chapadas, planaltos e depressões de Mato Grosso,

sendo que todas elas ainda são divididas em sub unidades, que dependem de suas

semelhanças climáticas.

Segundo o autor, o Clima Equatorial Continental Úmido abrange a faixa de

latitude entre aproximadamente 7° 30’ S e 11°/12° S e a longitude entre 51° e 61°

WGr. Uma das características mais relevantes desta unidade é que existe a definição

da estação seca, considerada uma “seca moderada”, outra característica é a existência

de um elevado excedente hídrico, superior a 1.000 mm, com total anual médio de

chuva superior a 2.000 mm. Constatando-se uma faixa relativamente extensa de

unidades climáticas de transição para os climas tropicais continentais,

alternadamente úmido e seco.

No Clima Subequatorial Continental Úmido verifica-se o aumento da

intensidade da seca estacional (entre 300 e 350mm) combinado com excedentes entre

800 e 1.000 mm, criando uma extensa faixa de transição climática dentro do Planalto

dos Parecis. Sendo que o aumento da altitude média (300 a 400 m) e da latitude

diminui o aquecimento, baixando a variação das temperaturas médias anuais entre

24,8° e 24,0°C. No entanto, os totais anuais médios ficam entre1.600 e 2.000 mm.

Tarifa (2011) ressalta que esta transição climática é constituída também de duas

subunidades a IIA, do médio rio Arinos e rio do Sangue, IIB1 e IIB2, no médio rio

Xingu.

O Clima Tropical Continental Alternadamente Úmido e Seco do estado de

Mato Grosso apresenta como a mais importante característica, a repetição e

alternância quase cíclica do movimento estacional quente e úmido, que conferem a

esta realidade climática um grande espectro de uso e exploração dos recursos

climáticos. A Figura 6 mostra a divisão do estado de Mato Grosso nas três unidades

climáticas e suas respectivas subunidades aqui mencionadas.

38

Figura 6 - Mapa das unidades climáticas do estado de Mato Grosso

Fonte: Camargo (2011), p.57.

De acordo com a classificação das zonas bioclimáticas brasileiras da NBR

15220 (ABNT, 2003) o estado de Mato Grosso apresenta 5 zonas bioclimáticas, das

8 zonas presentes no país. As cidades que foram classificadas no estado podem ser

verificadas na Tabela 7 bem como a zona bioclimática as quais pertencem.

Tabela 7- Classificação bioclimática das cidades do Mato Grosso

UF Cidade Zona Bioclimática

MT Cáceres 8

MT Cuiabá 7

MT Diamantino 7

MT Meruri 6

MT Presidente Murtinho 3

MT Vera 5

Fonte: Adaptado do anexo A da NBR 15220-2003 (ABNT, 2003)

39

Como Mato Grosso apresenta uma grande variedade de zonas bioclimáticas, e

sabendo que o objetivo é determinar uma temperatura de neutralidade capaz de

atender à condição de conforto para todo o Estado, torna-se necessário a verificação

da temperatura de neutralidade em cada zona bioclimática, para posterior análise e

generalização estadual.

Tendo em vista que o objeto de estudo da presente pesquisa são as edificações

de ensino superior, a escolha das cidades se deu em função da existência de

instituições do ensino superior, bem como da proximidade das cidades que foram

classificadas pela NBR 15220 (ABNT, 2003).

Segundo o zoneamento bioclimático, Cuiabá pertencente à zona 7, Cáceres à

zona 8, Vera à zona 5. Entretanto, devido a indisponibilidade de instituições de

ensino superior a pesquisa foi realizada na cidade de Sinop e em virtude da

proximidade entre ambas. Meruri está classificado na zona 6 que foi representada

pela cidade de Primavera do Leste também em virtude da inexistência de

universidades na região.

E por fim, a cidade de Presidente Murtinho foi classificada como zona 3,

entretanto esta zona está localizada próxima a uma reserva indígena o que

possivelmente contribuiu para uma classificação diferenciada nessa área, tendo em

vista que a maioria das cidades classificadas na zona 3 dizem respeito a locais com

temperaturas médias anuais mais amenas. Portanto, em virtude dessa característica e

da inexistência de instituições de ensino superior naquela região não foram coletados

os dados para a zona 3. Essa adaptação pode ser verificada na Figura 6.

A Tabela 8 traz a representação das cidades onde foram realizadas as

pesquisas bem como as zonas bioclimáticas às quais pertencem adotadas para esta

pesquisa e de acordo com a Figura 7.

Tabela 8 - Classificação bioclimática das cidades estudadas do Mato Grosso

UF Cidade Zona Bioclimática

MT Cáceres 8

MT Cuiabá 7

MT Primavera do Leste 6

MT Sinop 5


40

Figura 7 – Zoneamento bioclimático segundo NBR 15220-2003 para o estado de

Mato Grosso Fonte: Adaptado de Sanches (2011)

3.1.1. Cáceres

A cidade Cáceres está localizada a 216,8 km da capital Cuiabá de latitude

16°04’14’’ Sul e longitude de 57°40’44’’ Oeste, e altitude de 176 metros. Possui área

territorial de 24.351,408 km² e uma população estimada de 90.106 habitantes

conforme o censo realizado em 2014 pelo IBGE (IBGE, 2014). A pesquisa realizada

em Cáceres aconteceu em duas edificações de ensino superior, nominadas de

Campus A e Campus B, conforme Figuras 8 e 9 respectivamente.

41

Figura 8 - Localização do Campus A em Cáceres – MT

Fonte: Google Earth (2015)

Figura 9 - Localização do Campus B em Cáceres – MT


42

Cáceres apresenta temperatura média anual de 22,6°C, com mínima de -

3,5°C, em 1975, e máxima de 41,8°C. Sua precipitação média anual é de 1370 mm,

sendo que apresenta um período chuvoso que vai de outubro a março, os demais

meses o clima fica muito seco, com a umidade relativa do ar chegando a 10% (IBGE,

2014).

3.1.2. Cuiabá

A cidade de Cuiabá, capital do estado de Mato Grosso, está localizada

15º35’56’’ latitude Sul e 56º06’01’’ longitude Oeste, com altitude de 165 metros

acima do nível do mar, variando em sua área urbana de 146 a 250 metros. Apresenta

área da unidade territorial de 3.495,424 km² e população estimada segundo o censo

de 2014 do IBGE de 575.480 habitantes (IBGE, 2014). As Figuras 10 e 11 trazem,

respectivamente, a localização das instituições de ensino superior estudadas em

Cuiabá nomeadas de Campus C e Campus D.

Figura 10 - Localização do Campus em Cuiabá – MT


43

Figura 11 - Localização do Campus D em Cuiabá - MT


Segundo o Instituto Nacional de Meteorologia (INMET, 2014) Cuiabá

apresenta temperatura média anual de 26°C com máxima registrada em 2010 de

42,3°C e mínima de 3,3 °C em 1975 e precipitação média anual de 1387,7mm.

3.1.3. Primavera do Leste

A cidade de Primavera do Leste está localizada a 244,4 km da capital Cuiabá,

de latitude 15°33’32’’ Sul e longitude 54°17’46’’ Oeste, e altitude de 636 metros.

Apresenta área territorial de 5.471,644 km², população estimada de 56.450 habitantes

segundo IBGE (2014). A Figura 12 traz a localização da instituição de ensino

superior estudada em Primavera do Leste, nomeada de Campus E.

Primavera do Leste apresenta temperatura média que v a 24°C com máxima

entre 2°C e 34°C e mínima entre 10°C e 19°C com precipitação média anual de 2000

mm, com intensidade máxima de dezembro a abril (SILVA, 2013).

44

Figura 12 - Localização do Campus E em Primavera do Leste – MT


3.1.4. Sinop

O Município de Sinop situa-se a 472 km da capital, Cuiabá, localizado na

região norte do Mato Grosso, latitude 11º50’53’’ Sul, longitude 55º38’57’’ Oeste e

encontra-se a 384m de altitude acima do nível do mar. Apresenta extensão territorial

de 3942,231 km², população estimada de 126.817 habitantes segundo IBGE (2014).

Segundo o INMET (2014) Sinop apresenta precipitação média anual de 2.500

mm, com maior intensidade nos meses de janeiro, fevereiro e março. Sua

temperatura média anual é de 24ºC.

As Figuras 13 e 14 trazem, respectivamente, a localização das instituições de

ensino superior estudadas em Sinop, nomeadas de Campus F e Campus G.

45

Figura 13 - Localização do Campus F em Sinop – MT


Figura 14 - Localização do Campus G em Sinop – MT


46

4. MATERIAIS E MÉTODOS

Buscando-se atingir os objetivos do presente trabalho, determinação da

temperatura de neutralidade em salas de aula, de instituições de ensino superior,

artificialmente climatizadas para as zonas bioclimática do estado de Mato Grosso, a

pesquisa foi realizada em duas etapas principais: pesquisas de campo e obtenção dos

índices e tratamento estatístico dos dados.

Para o seu desenvolvimento foi utilizado o conceito Spot-Monitoring, que é

fruto de uma pesquisa de doutorado de Kuchen (2008), realizado na Alemanha. O

Spot-Monitoring apresenta por objetivo desenvolver uma sondagem pontual sobre as

condições térmicas em espaços reais, em conjunto com a percepção térmica que os

ocupantes têm destes espaços. O método consiste em esquemas de medições e

perguntas simultâneas aos usuários.

Os dados foram coletados no período chuvoso e no período de seca em cada

uma das cidades, tendo em vista que o estado de Mato Grosso é caracterizado por

apresentar essas duas estações bem definidas.

4.1. CARACTERIZAÇÃO DOS AMBIENTES DE PESQUISA

A pesquisa foi realizada em quatro cidades, Cáceres, Cuiabá, Primavera do

Leste e Sinop, e em sete instituições de ensino diferentes sendo quatro instituições

publicas e três privadas. A escolha dos ambientes da pesquisa deu-se em função dos

acordos de cooperação concedidos.

Tendo em vista que a maior parte das edificações de ensino no estado de

Mato Grosso possuem sistemas de climatização artificiais, optou-se por avaliar

apenas edificações com esse tipo de estratégia de climatização, portanto as sete

instituições apresentavam ar condicionado em todas as salas de aula avaliadas.

Para o desenvolvimento da pesquisa tornou-se necessário a classificação dos

ambientes estudados, salas de aula, caracterizando-os em homogêneo ou

heterogêneo.

Segundo a ISO 7726 (ISO, 1998) é considerado homogêneo do ponto de vista

bioclimático o ambiente que em um dado momento a temperatura do ar, a radiação, a

47

velocidade do ar e umidade possam ser consideradas uniformes no espaço ao redor

do ocupante.

O ambiente deve ser classificado ainda como estacionário ou não com relação

ao ocupante, e de acordo com a ISO 7726 (ISO, 1998), é considerado como

estacionário quando as variáveis físicas usadas para descrever o nível de exposição

ao calor para a pessoa seja praticamente independente do tempo.

Através da avaliação preliminar das salas de aula, estas foram classificadas

como: homogêneas e estacionárias, permitindo a aplicação dessa metodologia de

avaliação de conforto térmico.

Todas as salas de aula avaliadas apresentavam equipamento de ar

condicionado do tipo split, caracterizados por serem divididos em dois módulos, e

em boas condições de uso. O posicionamento dos equipamentos era alternado nas

salas de aulas, não havendo, portanto, um padrão de influência das correntes de ar

provocadas por ele, garantindo certa aleatoriedade.

Por questões éticas e do acordo firmado entre as instituições, as informações

tais quais respectivos nomes, pessoas responsáveis e imagens não foram divulgadas,

ficando a aluna do mestrado responsável pela garantia da veracidade dos dados e de

manter as informações confidenciais em local seguro. Diante disso as edificações

foram identificadas por letras (A, B, C, D, E, F e G), conforme verificado

anteriormente na caracterização da área de estudo.

4.3. INSTRUMENTAÇÃO

Para a coleta das variáveis climáticas ambientais, temperatura do ar,

temperatura radiante média, umidade relativa e velocidade do ar, foi utilizado um

conjunto de sensores, que conectados a um datalogger, armazenavam as leituras

realizadas para posterior transferência para o computador. A Figura 15 mostra o

equipamento montado com as sondas utilizadas, além de outras sondas que também

poderiam ser conectadas ao datalogger, mas que não foram utilizadas nesta pesquisa.

48

Figura 15 - Datalogger HD 32.1 com sensores instalados.

Fonte: Manual HD 32.1.

4.3.1. Datalogger HD 32.1

O armazenamento dos dados coletados foi realizado através do datalloger HD

32.1, o instrumento tem oito entradas para sondas modulo SICRAM, e os ajustes de

calibração são memorizados internamente.

O HD 32.1 possui capacidade de armazenamento de 64 blocos com 67600

registros para oito entradas, sendo que o intervalo de armazenamento pode ser

configurado podendo ser de 15s, 30s, 1, 2, 5, 10, 15, 20, 30 minutos e 1 hora. A

Figura 16 mostra o datalloger utilizado, e em seguida observa-se sua descrição.

49

Figura 16 - Datalloger HD32.1


4.3.2. Sensor para medição de temperatura e umidade relativa do ar

Para avaliação da temperatura e umidade relativa do ar utilizou-se uma sonda

combinada, a qual pode ser verificada na Figura 17 e suas especificações técnicas na

Tabela 9.

Tabela 9 - Especificações técnicas temperatura e umidade relativa do ar

Tipo de Sensor Pt100 película fina para temperatura e sensor de

capacidade para umidade relativa.

Incerteza de Medição:

Temperatura

Umidade relativa

1/3 DIN

+/- 2,5%

Range de medição:

Temperatura

Umidade relativa

-10°C ÷ 80°C

5%RH ÷ 98%RH

Conexão 7 fios mais modulo SICRAM

Conector 8-polos fêmea DIN45326

Comprimento do cabo 2 metros


50

Figura 17 - Sonda combinada: temperatura e umidade relativa do ar

Fonte: Manual do HD32.1

4.3.3. Termômetro de globo negro

Para a determinação da temperatura radiante média utiliza-se a temperatura

do termômetro de globo negro, que pode ser verificado na Figura 18, sendo que suas

especificações técnicas são apresentadas na Tabela 10.

Tabela 10 - Especificações técnicas do termômetro de globo negro

Tipo de Sensor Pt100 sonda de termômetro globo D=150 mm de acordo

com ISO 7243 - ISO 7726


Temperatura

Classe 1/3 DIN

Range de medição:

Temperatura

-10 ÷ 100 °C





51

Figura 18 - Termômetro de Globo Negro


4.3.4. Anemômetro omnidirecional de fio quente

A velocidade do ar foi determinada utilizando-se um anemômetro de fio

quente, que pode ser observado na Figura 19, sendo que suas especificações técnicas

constam na Tabela 11 que segue.

Tabela 11 - Especificações técnicas do anemômetro de fio quente

Tipo de Sensor Sonda omnidirecional de fio quente, NTC 10 Kohm


+/- 0,02 m/s (0,05÷1 m/s)

+/-0,1 m/s (1÷5 m/s)

Range de medição:

0,05÷5 m/s

0 °C ÷ 80 °C





52

Figura 19 - Anemômetro omnidirecional de fio quente


4.4. QUESTIONÁRIOS APLICADOS

Para a realização da coleta dos dados subjetivos, opinião dos ocupantes sobre

o ambiente térmico, foi utilizado um questionário semelhante ao utilizado em outras

pesquisas de avaliação de conforto térmico (KUCHEN et al., 2011). Estes são

específicos para essa metodologia e foram desenvolvidos em associação com o

instituto de psicologia da Otto-von-Guericke-Universität de Magdeburg na

Alemanha e adaptado para o desenvolvimento desta pesquisa. O modelo com o

conjunto de questões utilizadas encontra-se no Anexo A.

As questões relativas à idade, sexo e peso, apresentadas no Quadro 1, dizem

respeito à caracterização das amostras pesquisadas, e influem na verificação da

representatividade da amostra, com relação ao universo populacional que se está

estudando.

53

Quadro 1 - Questões para caracterização da amostra


A questão referente ao tempo de permanência na sala de aula, Quadro 2, tem

o objetivo de avaliar possíveis discrepâncias entre as respostas dos ocupantes em

função da adaptação ao clima do ambiente ao relacioná-la ao tempo que o ocupante

permanece nesse mesmo ambiente, sob as mesmas condições climáticas, tendo em

vista que quanto mais tempo o ocupante permanecer no mesmo ambiente mais

adaptado ele estará àquelas condições climáticas.

Quadro 2 - Questão para identificação do tempo de permanência na sala de aula

Fonte: A autora (2015).

Durante a aplicação dos questionários foi explicado aos estudantes que o

tempo de permanência se referia ao tempo total que eles permaneciam dentro da sala

de aula, sendo assim contabilizadas as permanências em outros períodos do dia, além

do horário em que estava sendo realizada a medição.

As sensações e preferências térmicas, verificadas nas questões 1 e 2, Quadro

3, itens principais da coleta de dados subjetivos, exprimem as sensações das pessoas

com o ambiente térmico nos momentos das medições.

Quadro 3 - Questões sobre sensação e preferência térmica


As respostas a ambas as questões, ou seja, o respectivo preenchimento das

escalas de sensações e de preferências permite através do cruzamento de seus dados,

54

o conhecimento mais profundo sobre o grau de desconforto a que está sujeito o

aluno. Ressaltou-se que essas sensações e preferências não eram referentes ao que os

estudantes achavam do local normalmente, porém, como o estavam sentindo naquele

momento especificamente.

A questão referente à ingestão recente de líquidos ou alimentos permite

avaliar possíveis influências nas taxas metabólicas, assim como a questão seguinte

que trata da realização de atividades diferentes das esperadas em sala de aula,

instantes antes da realização da medição, ambas podem ser verificadas no Quadro 4.

Quadro 4 - Questões referentes à ingestão de líquidos e alimentos, e realização de

atividades Fonte: A autora (2015).

Ambas as questões foram necessárias visto que no ambiente universitário o

controle sobre a presença dos alunos nas aulas é diferenciado e, portanto não havia

garantia de que todos os alunos apresentassem no momento da medição a mesma

taxa metabólica o que poderia vir a influenciar nas suas percepções com relação ao

ambiente térmico.

O conhecimento sobre o vestuário utilizado pelo aluno é preponderante para a

estimativa da resistência térmica que está se oferecendo às trocas de calor entre o

corpo e o ambiente. E ainda para a verificação de como se comportam os alunos com

relação às características das roupas utilizadas nas diferentes zonas bioclimáticas

estudas. Para isso utilizou-se a questão 5 que pode ser observada no Quadro 5.

A conscientização das pessoas que responderam os questionários, sobre a

importância dos dados subjetivos coletados, faz parte integrante da operacionalização

e sucesso de qualquer pesquisa de campo.

55

Quadro 5 - Questões para levantamento do vestuário utilizado pelo estudante


No presente estudo, por se buscar a verificação de parâmetros em situação

real, essa importância é ainda mais clara, sendo que ela foi, juntamente com os

objetivos da pesquisa, explanada aos alunos em horário anterior ao início de cada

medição.

A explicação aos alunos abrangeu todos os tópicos constantes no

questionário, o tempo utilizado para explicação foi em torno de 5 minutos, podendo

ser superior nos casos em que os alunos apresentaram alguma dúvida. Durante a

explicação dos questionários o equipamento previamente posicionado, permaneceu

em aclimatação, para posterior início das medições.

4.5. COLETAS DE DADOS

Após a montagem do equipamento, o mesmo foi posicionado na primeira sala

de aula avaliada e permaneceu em aclimatação por um período de 15 minutos, tendo

em vista as diferentes condições climáticas entre o exterior e interior das salas de

aula. Nas demais salas de aula avaliadas em sequência, o equipamento ficou

posicionado para aclimatação durante os 5 minutos utilizados para a explicação do

questionário.

Tendo em vista que as salas de aula avaliadas eram próximas, e que as

condições climáticas entre elas eram semelhantes, reduziu-se o tempo de

aclimatação. Após o respectivo preparo e aclimatação dos equipamentos

56

necessários, bem como das explicações e explanações necessárias ao preenchimento

do questionário, os dados foram coletados.

A partir da análise de classificação dos ambientes, as medições das variáveis

ambientais seguiram as recomendações da norma ISO 7726 (ISO, 1996), referente ao

posicionamento dos sensores para medição, os quais para ambientes homogêneos e

estacionários são: para análises de conforto térmico a medição deve ser feita ao nível

do abdômen da pessoa, não sendo necessárias medições ao nível da cabeça e

tornozelos, sendo que se a pessoa se encontrar sentada, como foi o caso, os sensores

devem estar a 0,60 m de altura com relação ao solo.

O equipamento foi posicionado no centro da sala, ou o mais próximo possível

dele, com o objetivo de não interferir no posicionamento preliminar dos alunos. A

representação do posicionamento do equipamento nas salas de aula pode ser

verificada na Figura 20.

Figura 20 - Posicionamento do HD 32.1 no centro da sala de aula em Sinop – MT


57

A coleta dos dados ambientais teve a duração de 5 minutos, em cada medição,

sendo que o registro dos dados foi efetuado a cada 30 segundos e depois integrado

para os 5 minutos da medição para determinar os valores médios.

Os dados pessoais, ou seja, as variáveis pessoais e parâmetros subjetivos

foram coletados através dos questionários já apresentados anteriormente. Essa coleta

das variáveis e parâmetros foi efetuada durante os 5 minutos de cada medição.

A taxa metabólica assumida única e constante durante as pesquisas foi igual a

70 W/m², conforme sugerido por outras pesquisas dessa linha (XAVIER, 1999).

É importante destacar que as medições tanto matutinas quanto vespertinas e

noturnas tiveram início sempre respeitando o tempo de 30 minutos de aclimatação

dos alunos, ou seja, as medições só eram iniciadas após a verificação de que os

alunos estavam em aula por no mínimo 30 minutos.

A coleta aconteceu nos períodos matutino, vespertino e noturno, em todas as

zonas bioclimáticas estudadas, durante as estações chuvosa (fevereiro e março) e

seca (junho, setembro e outubro). A Tabela 12 mostra as cidades, estação, data,

número de medições e questionários aplicados.

Tabela 12 - Resumo da coleta de dados na estação de chuva

Cidade N° de

Medições

N° de

Questionários Data Estação

Cáceres 09 147 25/02/15 Chuva

Cáceres 08 117 29/09/14 Seca

Cuiabá 08 110 24/02/15 Chuva

Cuiabá 08 126 01/10/14 e

02/10/14 Seca

Primavera do

Leste 08 100 23/02/15 Chuva

Primavera do

Leste 07 142

30/09/14 e

01/10/14 Seca

Sinop 08 235 09/03/15 e

11/03/15 Chuva

Sinop 08 174 10/06/15 Seca

Total 33 592 - Chuva

Total 31 559 - Seca

TOTAL 64 1151 - -


Ressalta-se que o número de medições em cada cidade foi diferente em

função da disponibilidade de salas de aula para a realização da pesquisa.

58

4.6. TRATAMENTO DOS DADOS

Para o desenvolvimento dessa pesquisa, ao contrário do ocorrido nos estudos

de Fanger (1970), em câmaras climatizadas, os alunos não sofreram nenhum tipo de

pré-seleção a respeito das suas condições de saúde, vestimenta ou atividades

anteriores à medição.

Dessa maneira fica claro que se algum aluno não se encontrava em perfeitas

condições, estando com gripe, resfriado, febre, ou qualquer outro estado patológico,

ou ainda com a taxa metabólica alterada em virtude da ingestão de líquidos ou

alimentos e da realização de outra atividade anteriormente à pesquisa, suas sensações

e preferências térmicas estariam alteradas.

Para evitar outliers, as variáveis pessoais, como vestimenta utilizada,

sensações térmicas e preferências térmicas sofreram estudos estatísticos de descarte

de espúrios utilizando diagramas em caixa, essa metodologia se mostrou bastante

eficiente na identificação dos valores espúrios.

Após o tratamento preliminar dos dados, realizou-se o alinhamento dos

mesmos. Tendo em vista que para um mesmo ambiente foram coletados diversos

questionários, calcularam-se as médias das respostas obtidas pelos ocupantes

referentes à mesma condição climática, para posterior correlação dos dados.

4.7. DETERMINAÇÃO DA TEMPERATURA DE NEUTRALIDADE

Pelos votos de sensação e preferência térmica dos ocupantes, manifestados no

questionário, no momento da medição, foi possível determinar a temperatura de

neutralidade ao comparar os votos do questionário com as variáveis climáticas

registradas.

Para isso análises de regressão linear simples de mínimos quadrados foram

aplicadas visando principalmente o estabelecimento das relações de dependência

entre as variáveis, bem como a determinação da expressão para a determinação da

temperatura de neutralidade para salas de aula do ensino superior em edifícios

condicionados artificialmente nas zonas bioclimática do estado de Mato Grosso.

59

4.7.1. Temperatura Operativa

Para a determinação da temperatura de neutralidade, é importante o

conhecimento da temperatura operativa. Por comprometer fortemente a percepção do

usuário a respeito do ambiente térmico em que se encontra, esse parâmetro é

empregado na avaliação do conforto térmico de espaços interiores. A temperatura

operativa foi determinada conforme o método proposto pela ASHRAE (2005)

comentada por Lamberts (2013).

Este cálculo combina a temperatura do ar e a temperatura radiante média, que

pode ser determinada pelas equações 3 e 4, respectivamente, sob certas condições de

velocidade do ar, que podem ser verificadas na tabela 10, conforme a Equação 15:

Equação 15

Sendo:

: temperatura operativa;

: constante estimada em função da velocidade do ar;


: temperatura média radiante.

Sendo que o valor de A (constante utilizada na Equação 15) foi determinado em

função da velocidade do ar, conforme Tabela 13 para cada medição realizada.

Tabela 13 - Determinação de A em função da velocidade do ar

A Velocidade do ar (va)

0,5 <0,2 m/s

0,6 0,2 até 0,6 m/s

0,7 0,6 até 1,0 m/s

Fonte: Adaptado de Lamberts; Xavier; Vecchi (2013)

4.7.2. Votos de Sensação Térmica e Preferência Térmica

Neste trabalho de campo foram consultados 1151 alunos (votos) nos períodos

de chuva e seca, sobre a sensação térmica, com um total de 64 medições nas quatro

zonas bioclimáticas do estado de Mato Grosso. A observação da variação das

temperaturas operativas de medição e o voto de conforto dos usuários constitui-se

um indicativo para a avaliação do conforto térmico em espaços reais.

60

A opinião subjetiva dos usuários permite encontrar intervalos em que a

temperatura operativa pode-se perceber como confortável (sensação térmica neutra),

elevada (sensação de calor) ou baixa (sensação de frio).

A informação do voto de preferência térmica é complementar à que se obtém

do voto de conforto térmico, já que permite fixar os intervalos da aceitação térmica

de forma claramente definida (DE DEAR; BRAGER, 2001).

61

5. APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS

Das 64 medições das variáveis ambientais nas salas de aula das quatro zonas

bioclimáticas, nos períodos de chuva e seca, obtiveram-se 1151 questionários

válidos, valor este que se aproxima consideravelmente de outras pesquisas realizadas

nessas linhas como Fanger (1970) com 1300 questionários, Xavier (1999) com 1415,

Kuchen (2008) com 1100 questionários.

Dentre os 1151 questionários respondidos 55,24% foram respondidos por

mulheres e 44,76% por homens, 4,88% informaram estar abaixo do peso, 76,01%

disseram estar com o peso normal e 19,11% afirmaram estar acima do peso. Dos

estudantes 78,50% tinham entre 18 e 28 anos, 16,03% entre 29 e 38 anos e 5,48

acima de 38 anos.

A Tabela 14 traz a caracterização da amostra, mostrando a porcentagem de

homens e mulheres, da condição de peso e idade, para cada zona bioclimática

estudada nas diferentes estações, chuva e seca.

Tabela 14 - Caracterização da amostra estudas para as quatro zonas bioclimáticas

Zona Estação Mulher

(%)

Homem

(%)

Abaixo

do Peso

(%)

Peso

Normal

(%)

Acima do

Peso

(%)

18 à 28

anos

(%)

29 à 38

anos

(%)

> 38

anos

(%)

08 Chuva 59,56 40,44 3,65 69,34 27,01 77,37 21,90 0,73

08 Seca 82,32 17,68 1,82 75,15 23,03 75,61 17,68 6,71

07 Chuva 81,51 18,49 4,27 70,94 24,79 54,62 31,93 13,45

07 Seca 50,00 50,00 8,06 73,39 18,55 84,68 12,90 2,42

06 Chuva 71,84 28,16 2,91 76,70 20,39 74,76 18,45 6,80

06 Seca 46,43 53,57 5,71 76,43 17,86 67,14 23,57 9,29

05 Chuva 32,81 67,19 5,42 78,75 15,83 88,54 7,91 3,56

05 Seca 42,62 57,38 6,56 82,51 10,93 90,16 6,01 3,83


A Tabela 15 traz as médias, por medição, verificadas em cada zona

bioclimática das principais variáveis: vestimenta, temperatura média radiante, PMV e

PPD, temperatura operativa, sensações e preferências térmicas reais, bem como a

porcentagem de insatisfeitos reais, tanto para frio quanto para calor, para a estação

chuvosa.

62


período da chuva

Zonas

Roupa

(clo)

Tmr

(⁰C)

PMV PPD

(%)

Top

(⁰C)

S P I

(%)

IF

(%)

IC

(%)

08 0,38 26,39 0,24 6,16 26,51 -0,47 -0,24 29,41 26,47 2,94

0,46 26,05 0,22 5,96 25,67 -0,67 0,17 33,33 33,33 0,00

0,44 27,58 1,08 29,71 27,72 0,80 -0,40 30,00 0,00 30,00

0,38 27,03 0,67 14,49 26,83 -0,29 0,00 20,59 17,65 2,94

0,42 25,96 0,04 5,04 25,34 -0,56 -0,06 37,50 32,81 4,69

0,39 27,19 0,64 13,53 27,27 0,22 -0,30 11,11 0,00 11,11

0,38 27,49 0,16 5,55 26,75 -0,46 -0,15 30,77 26,92 3,85

0,45 27,74 1,10 30,32 27,90 0,33 -0,33 16,67 0,00 16,67

0,41 25,77 -0,15 5,47 25,68 0,22 -0,50 19,44 5,56 13,89

07 0,48 25,37 -0,28 6,65 24,75 -1,09 0,27 50,00 50,00 0,00

0,47 25,66 -0,05 5,06 25,27 -0,36 -0,18 28,57 23,21 5,36

0,53

0,53

25,32 -0,04 5,03 24,61 -0,15 -0,15 7,69 7,69 0,00

24,39 -0,22 5,99 23,96 -0,50 0,06 25,00 25,00 0,00

0,53 25,65 0,29 6,72 25,51 -0,18 -0,18 9,09 9,09 0,00

0,47 26,12 0,30 6,82 25,66 -0,58 0,08 29,17 29,17 0,00

0,45 26,86 0,65 13,74 26,95 0,63 0,00 31,25 0,00 31,25

0,42 25,12 -0,59 12,26 24,47 -1,00 0,10 55,00 55,00 0,00

06 0,46 25,34 -0,17 5,60 24,63 -0,38 0,13 18,75 18,75 0,00

0,48 24,74 0,13 5,36 24,58 -0,15 -0,31 19,23 15,38 3,85

0,44 28,49 0,72 15,83 27,32 0,11 -0,67 16,67 5,56 11,11

0,51 29,22 1,39 45,04 28,91 1,33 -0,67 66,67 0,00 66,67

0,49 30,66 1,67 60,00 29,90 1,25 -0,75 62,50 0,00 62,50

0,46 24,72 -0,18 5,66 24,29 -0,19 0,06 9,38 9,38 0,00

0,47 25,77 0,51 10,43 25,88 0,44 -0,44 28,13 3,13 25,00

0,47 24,51 -0,28 6,61 24,10 -0,75 0,00 37,50 37,50 0,00

05 0,49 26,65 0,61 12,88 26,52 0,18 -0,21 26,79 8,93 17,86

0,50 26,18 0,29 6,74 25,57 -0,08 -0,15 11,54 7,69 3,85

0,46 27,47 0,42 8,73 26,38 0,02 -0,31 32,22 15,56 16,67

0,45 27,53 0,27 6,56 26,64 0,19 -0,44 28,13 9,38 18,75

0,48 26,19 0,28 6,67 25,81 -0,06 -0,34 21,88 12,50 9,38

0,45 25,51 -0,28 6,64 24,72 -0,37 -0,03 27,14 22,86 4,29

0,44 26,31 0,42 8,70 26,13 0,07 -0,48 27,59 12,07 15,52

0,44 25,88 0,33 7,24 25,80 -0,19 -0,29 23,81 16,67 7,14


Da mesma forma a Tabela 16 traz os valores médios por medição das

principais variáveis das quatro zonas bioclimáticas avaliadas para o período de seca.

63


período da seca

Zonas Roupa

(clo)

Tmr

(⁰C)

PMV PPD

(%)

Top

(⁰C)

S P I

(%)

IF

(%)

IC

(%)

08 0,43 28,00 0,72 15,87 27,63 0,15 -0,26 25,93 9,26 16,67

0,45 27,69 0,86 20,55 27,56 0,56 -0,48 28,00 2,00 26,00

0,28 29,62 -1,18 34,10 27,00 0,00 -0,40 20,00 10,00 10,00

0,45 26,09 0,10 5,22 25,83 0,28 -0,67 30,56 8,33 22,22

0,48 29,20 1,18 34,25 28,71 1,33 -1,00 66,67 0,00 66,67

0,32 30,05 1,05 28,14 29,94 1,42 -0,58 58,33 0,00 58,33

0,45 29,52 0,47 9,54 27,68 0,00 0,00 15,26 9,38 5,88

0,30 28,81 -0,20 5,79 28,00 0,73 -0,36 63,64 13,64 50,00

07 0,40 27,13 -0,55 11,28 25,45 -1,11 0,05 55,26 55,26 0,00

0,45 26,24 0,53 10,96 26,82 0,04 -0,46 27,08 12,50 14,58

0,42 26,41 0,33 7,27 26,44 0,00 -0,52 28,57 14,29 14,29

0,45 29,00 0,26 6,38 26,80 -0,50 -0,43 32,14 28,57 3,57

0,45 27,75 0,50 10,14 27,31 0,00 -0,25 25,00 12,50 12,50

0,43 28,57 1,11 30,81 28,26 0,00 -0,07 20,00 10,00 10,00

0,49 28,56 0,82 19,16 27,62 0,00 -0,21 21,43 10,71 10,71

0,44 26,12 0,38 8,08 25,94 -0,57 0,00 28,57 28,57 0,00

06 0,46 31,16 0,91 22,41 28,94 -0,38 -0,13 31,25 25,00 6,25

0,46 31,88 1,79 66,35 30,84 0,44 -0,44 28,13 3,13 25,00

0,49 24,65 0,14 5,39 24,88 0,00 -0,38 7,69 3,85 3,85

0,48 25,04 0,11 5,24 24,82 -0,39 -0,16 35,53 26,32 9,21

0,48 24,89 -0,49 10,04 24,08 -0,50 -0,20 29,35 26,09 3,26

0,47 29,22 1,34 42,12 28,68 -0,07 -0,29 17,86 10,71 7,14

0,52 30,12 1,33 41,63 28,98 0,00 -0,33 0,00 0,00 0,00

05 0,43 24,81 -0,69 15,12 23,99 -0,18 -0,36 45,45 27,27 18,18

0,53 24,58 -0,07 5,10 24,04 -0,23 0,00 30,77 19,23 11,54

0,47 22,28 -1,26 38,39 21,66 -0,92 0,08 45,83 45,83 0,00

0,41 29,22 1,32 41,50 29,05 0,94 -0,82 50,00 1,47 48,53

0,42 28,50 1,10 30,38 28,31 1,00 -0,73 48,33 1,67 46,67

0,49 24,15 -0,43 8,92 23,58 -0,65 0,15 30,00 30,00 0,00

0,47 25,48 -0,01 5,00 24,98 -0,59 -0,06 30,88 29,41 1,47

0,49 23,27 -1,03 27,31 22,52 -0,80 0,15 37,50 37,50 0,00


A nomenclatura utilizada nas tabelas acima possui a seguinte representação:

Zona: zona bioclimática onde foi realizada a pesquisa (zona 08 – Cáceres, zona 07 –

Cuiabá, zona 06 – Primavera do Leste e zona 05 – Sinop);

Roupa: isolamento térmico médio das vestimentas utilizadas pelos alunos durante a

medição, em clo;

64

Tmr: temperatura média radiante, calculada através das equações 3 ou 4, em °C;

PMV: voto médio predito, calculado através da equação 12 proposta por Fanger

(1970), adimensional;

PPD: porcentagem de pessoas insatisfeitas, calculada através da equação 13 proposta

por Fanger (1970);

Top: temperatura operativa média, obtida através equação 14, expressa em °C;

S: voto médio de sensação térmica, emitido pelos ocupantes durante as medições

através do questionário que pode ser verificado nos anexos, adimensional;

P: voto médio de preferência térmica, emitido pelos ocupantes durante as medições

através do questionário que pode ser verificado nos anexos, adimensional;

I: porcentagem de insatisfeitos verificados na medição, como sendo todos aqueles

que votaram -3, -2, +2 e +3, mais 50% dos que votaram +1 e -1;

IF: porcentagem de insatisfeitos por frio, verificados na medição, como sendo todos

aqueles que votaram -3, -2 e mais 50% dos que votaram -1;

IC: porcentagem de insatisfeitos por calor, verificados na medição, como sendo todos

aqueles que votaram +3, +2 e mais 50% dos que votaram +1.

Com base nos dados coletados através do questionário foi possível determinar

as sensações reais bem como a porcentagem de pessoas insatisfeitas termicamente

nos ambientes avaliados para os períodos de chuva e seca, como pôde ser observado

nas tabelas anteriores.

Com isso é possível realizar uma breve comparação, através de um gráfico de

linhas, entre os valores encontrados para PMV através do método proposto por

Fanger (1970) e os valores de sensação térmica real, manifestados pelos usuários

através da escala de sete pontos no questionário aplicado.

Na Figura 21 é possível verificar essa comparação e observar que algumas

vezes as linhas dos dois modelos acabam se cobrindo, com variações homogêneas

durante todas as medições. O que nos leva a concluir que o modelo PMV proposto

por Fanger (1970) pode ser aplicado de uma forma geral, havendo, entretanto, alguns

desvios que podem ter ocorrido devido às características individuais de cada

ocupante, como hábitos, cultura e principalmente em função da habilidade de

adaptação.

65

Figura 21 - Comparação entre os valores calculados do PMV e a sensação térmica

real emitida no questionário Fonte: A autora (2015)

Da mesma forma a Figura 22 traz a comparação entre os valores calculados

de PPD, através da equação proposta por Fanger (1970), e os valores de insatisfeitos

reais calculados através dos votos de sensação térmica emitidos pelos ocupantes.

Figura 22 - Comparação entre os valores calculados de PPD e a porcentagem de

insatisfeitos reais obtida através do questionário Fonte: A autora (2015)

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

1

1,5

2

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64

Voto

méd

io d

e se

nsa

ção t

érm

ica

Salas de aula avaliadas - n° de medições

PMV

S

0

10

20

30

40

50

60

70

1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64

Porc

enta

gem

de

pes

soas

Insa

tisf

eita

s

Sala de aulas avaliadas - nº de medições

PPD

I

66

Através do gráfico de linhas entre o valor de PPD e o valor de insatisfeitos

reais (I) é possível verificar que a linha dos insatisfeitos reais apresenta-se na maior

parte da comparação, acima da linha que representa o PPD, mostrando, dessa forma,

que a porcentagem de insatisfeitos reais é superior a porcentagem de insatisfeitos

calculada através da equação da PPD.

A Figura 23 traz a correlação entre as sensações de conforto reais e a

porcentagem de insatisfeitos reais. Ambas as curvas, Figura 23 e 24, foram

calculadas para a amostra total, 64 medições no estado de Mato Grosso, essa

comparação não se deu em função de cada zona separadamente, tendo em vista que o

objetivo da mesma é apenas verificar a correlação entre as variáveis reais e as

preconizadas pelo modelo de Fanger (1970).

Figura 23 - Correlação entre sensação real e porcentagem de insatisfeitos real


A correlação entre o voto de sensação térmica real e a porcentagem de

insatisfeitos reais não é tão estreita e acentuada quanto à apregoada pelo modelo de

Fanger (1970), para este estudo de campo encontrou-se R²=0,706. Verifica-se ainda

uma maior dispersão, no percentual de insatisfeitos reais para as sensações próximas

à zero, situação em que o ocupante encontra-se confortável, essa variação pode ser

justificada em função da grande diversidade fisiológica dos ocupantes entrevistados,

principalmente no que diz respeito ao gênero, peso e idade que podem afetar de

forma significativa a percepção térmica de conforto quando esta está mais próxima.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

-3 -2 -1 0 1 2 3

Porc

enta

gem

de

Insa

tisf

eito

s R

eais

Voto de Sensação Térmica

67

A Equação 16 representa a curva apresentada na Figura 23 e pode ser

verificada a seguir.

Equação 16

Outro aspecto que pode justificar a maior variação quando o ambiente

térmico se aproxima de uma situação de conforto é o tipo de climatização, visto que,

segundo Kuchen (2011), pessoas que permanecem por longos períodos em espaços

com climatização artificial experimentam mínimas variações térmicas, e, por isso são

mais sensíveis a mudanças de temperatura. O que nos permite concluir que esses

usuários são muito mais exigentes na determinação de uma situação de conforto, e

por isso da dispersão verificada próximo a zero, situação de conforto.

A sensação térmica também pode ser relacionada à carga térmica que atua

sobre o corpo, Equação 13. Fanger (1970) quando realizou as pesquisas nas câmaras

climáticas, anteriormente mencionadas, verificou uma correlação da ordem de 99,9%

entre a carga térmica atuante sobre o corpo e o PMV determinado analiticamente.

Entretanto ao relacionar o PMV calculado aos votos de sensação térmica reais

verificou-se, conforme Figura 24, que apenas 47,92% das variações das sensações

reais são explicadas pelo modelo do PMV, R²=0,4792, enquanto 52,08% dessas

variações não são explicadas por tal modelo.

Figura 24 - Correlação entre PMV e sensações reais obtidas através dos

questionários Fonte: A autora (2015)

-3

-2

-1

0

1

2

3

-3 -2 -1 0 1 2 3

PM

V

Sensações Reais

68

A equação que representa a regressão da Figura 24 pode ser verificada a

seguir.

Equação 17

Destaca-se que para a determinação da carga térmica e do PMV são

consideradas quatro variáveis ambientais e duas variáveis pessoais, sendo que as

variáveis pessoais, taxa metabólica e isolamento térmico da vestimenta, foram

determinadas através dos estudos realizados em câmaras climatizadas controladas.

XAVIER (1999) aponta que, para pesquisadores como Rohles (1980),

Humphreys (1992) e Ong (1995), a análise dessas variáveis deve ser realizada

cautelosamente visto que seus valores tabelados são questionáveis, já que

determinados em condições controladas. Portanto, é esperado que ao calcularmos o

PMV este não refletisse às condições reais de sensação térmica dos ocupantes.

Tendo em vista que o PMV não representa grande parte das sensações reais, e

que, como mencionado anteriormente, a taxa metabólica e o isolamento térmico da

vestimenta devem ser cuidadosamente analisados, já que influenciam diretamente o

PMV, tornou-se necessário a análise dessas variáveis de forma mais aprofundada.

A taxa metabólica influencia diretamente a carga térmica atuante sobre o

corpo, entretanto, para a pesquisa realizada, os ocupantes estavam desenvolvendo a

mesma atividade em todas as medições, e, portanto a taxa metabólica foi considerada

constante, minimizando dessa forma sua influência sobre as variações encontradas

entre as sensações reais e o PMV.

Entretanto, o isolamento térmico das roupas não pôde ser considerado

constante, visto que cada ocupante vestia suas próprias roupas e não houve

interferência nenhuma da pesquisa sobre os ocupantes. Nas pesquisas realizadas por

Fanger nas câmaras climatizadas, os ocupantes utilizavam vestimentas padrões e

eram sujeitos a trocas de vestimenta para verificação da relação entre o isolamento

térmico da roupa e carga térmica atuante sobre o corpo, já que quando maior

isolamento menor a troca de calor com o meio principalmente por convecção, e

sendo assim o isolamento térmico possuía uma relação muito estreita com a sensação

de conforto dos ocupantes.

Em pesquisas de campo essa relação fica prejudicada, primeiro por que os

ocupantes não utilizam vestimentas padrões, e numa segunda análise percebe-se que

69

os ocupantes não trocam de roupa aleatoriamente durante a realização de uma mesma

atividade, a não ser que haja a variação de alguma variável ambiental externa que

altere a sensação térmica dos mesmos.

A Figura 25 apresenta a relação encontrada entre o isolamento térmico das

vestimentas e a temperatura operativa no momento da pesquisa, para os períodos de

chuva e seca nas quatro zonas bioclimáticas estudadas.

Figura 25 - Correlação entre temperatura operativa e isolamento térmico das roupas


A equação que representa a regressão da Figura 25 é apresentada a seguir.

Equação 18

O coeficiente de determinação encontrado para essa regressão foi da ordem

de 9,27%, R²=0,0927. Essa baixa correlação entre as variáveis pode ser explicada em

função da grande amplitude térmica sofrida pelos ocupantes, visto que o estado de

Mato Grosso apresenta temperaturas elevadas durante todo o ano.

E em contrapartida os ocupantes dos ambientes estudados experimentam

também temperaturas bem mais amenas nas salas de aula já que estas possuem

sistema de climatização artificial, o que pode justificar a correlação encontrada.

Para a avaliação do conforto térmico e determinação da temperatura de

neutralidade, comparou-se através de uma análise de regressão de mínimos

21,00

23,00

25,00

27,00

29,00

31,00

0,20 0,30 0,40 0,50 0,60

Tem

per

atu

ra o

per

ati

va

Isolamento térmico das roupas (clo)

70

quadrados os resultados das medições com os resultados dos questionários. A fim de

definir uma função objetiva e descrever o comportamento e a correlação de variáveis.

Tendo em vista que a pesquisa foi realizada em quatro zonas bioclimáticas

diferentes do estado, determinou-se uma equação para cada zona nas estações de

chuva e seca.

A Figura 26 traz a regressão linear entre o voto de sensação térmica e a

temperatura operativa para a zona 8, avaliação realizada na cidade de Cáceres, no

período de chuva. Foram avaliadas 9 salas de aula com 147 questionários válidos.


zona bioclimática 08 na estação de chuva Fonte: A autora (2015)

A Equação 19 representa a regressão para a zona 8, observa-se que a

inclinação da reta dada pela constante “b” e sua interseção com os valores de +1 e -1

sobre a escala de 7 pontos no eixo y permite encontrar um intervalo de temperatura

operativa limitado entre os significados um pouco frio e um pouco quente. Esse

intervalo inicia-se em 24,22°C e termina em 29,56°C, e evidenciam a aceitabilidade

de variação térmica dos ocupantes.

-3

-2

-1

0

1

2

3

23 24 25 26 27 28 29 30 31

Voto

de

sen

saçã

o t

érm

ica

Temperatura operativa

Pouco de calor

Neutralidade térmica

Pouco de frio

71

Equação 19

Para o voto de sensação térmico igual a “zero”, sensação de conforto,

encontra-se uma temperatura operativa de 26,89°C sendo essa, portanto a

temperatura de neutralidade para a zona bioclimática 8.

Destaca-se que para essa regressão encontrou-se um coeficiente de

determinação da ordem de 46,48%, R²=0,4648. A análise de variância da regressão

pode ser verificada na Tabela 17.


operativa para a zona bioclimática 8 na estação de chuva

Soma dos Quadrados df Quadrado Médio Z Sig.

Regressão ,951 1 ,951 6,080 ,043

Resíduo 1,095 7 ,156

Total 2,046 8


Além da análise de variância realizaram-se os testes de normalidade de

Kolmogorov-Smirnov e Shapiro-Wilk dos resíduos, para validação da regressão, que

podem ser verificados na Tabela 18.


Tn da zona 08 na estação da chuva

Kolmogorov-Smirnov Shapiro-Wilk

Estatística df Sig. Estatística df Sig.

Resíduos ,193 9 ,200 ,902 9 ,264


A Figura 27 traz a regressão ainda para a zona bioclimática 8, mas para o

período de seca, foram realizadas medições em 8 salas de aula com 117 questionários

válidos. Cuja função é representada pela Equação 21, apresenta coeficiente “b” de

- 9,6893 , verifica-se que sua interseção com os valores de +1 e -1 sobre a escala de 7

pontos no eixo y permite encontrar um intervalo de temperatura operativa limitado

entre os significados um pouco frio e um pouco quente. Esse intervalo inicia-se em

23,56°C e termina em 28,99°C, e evidenciam a aceitabilidade de variação térmica

dos ocupantes.

72


zona bioclimática 08 na estação de seca Fonte: A autora (2015)


encontra-se uma temperatura operativa de 26,27°C sendo essa, portanto, a

temperatura de neutralidade para a zona bioclimática 8 no período seca .

S Equação 20





operativa para a zona bioclimática 8 na estação de seca

Soma dos

Quadrados df

Quadrado

Médio Z Sig.

Regressão 1,370 1 1,370 9,489 ,022

Resíduo ,866 6 ,144

Total 2,236 7


-3

-2

-1

0

1

2

3

23 24 25 26 27 28 29 30 31

Voto

de

sen

saçã

o t

érm

ica


Pouco de calor


Pouco de frio

73





Tn da zona 08 na estação da seca



Resíduos ,200 8 ,200 ,921 8 ,435


A Figura 28 traz a regressão para a zona bioclimática 7, avaliação realizada

na cidade de Cuiabá, no período de seca, com medição realizada em 8 salas com 126

questionários válidos. Cuja função representada pela Equação 21 apresenta

coeficiente “b” de - 9,8462 responsável pela inclinação da reta.

Verifica-se que sua interseção com os valores de +1 e -1 sobre a escala de 7

pontos no eixo y que permite encontrar um intervalo de temperatura operativa

limitado entre os significados um pouco frio e um pouco quente. Esse intervalo

inicia-se em 24,77°C e termina em 30,38°C, e evidenciam a aceitabilidade de

variação térmica dos ocupantes.



-3

-2

-1

0

1

2

3

23 24 25 26 27 28 29 30 31

Voto

de

sen

saçã

o t

érm

ica


Pouco de calor


Pouco de frio

74

Equação 21



temperatura de neutralidade para a zona bioclimática 7 para a estação de seca.

Destaca-se que para essa regressão encontrou-se um coeficiente de determinação da

ordem de 59,32%, R²=0,5932. A análise de variância da regressão pode ser

verificada na Tabela 21.


operativa para a zona bioclimática 7 na estação da seca

Soma dos

Quadrados

df Quadrado

Médio

Z Sig.

Regressão ,730 1 ,730 8,749 ,025

Resíduo ,500 6 ,083

Total 1,230 7







Kolmogorov-Smirnov

a Shapiro-Wilk


Resíduos ,171 8 ,200* ,946 8 ,674


A Figura 29 traz a regressão para a zona bioclimática 7 na estação chuvosa,

avaliação realizada na cidade de Cuiabá, com medição em 8 salas com 110


coeficiente “b” de –10,96 responsável pela inclinação da reta.






75



Equação 22


encontra-se uma temperatura operativa de 26,11°C sendo essa, portanto, a

temperatura de neutralidade para a zona bioclimática 7 para a estação de chuva.





operativa para a zona bioclimática 7 na estação da chuva

Soma dos

Quadrados df

Quadrado

Médio Z Sig.

Regressão 1,053 1 1,053 6,389 ,045

Resíduo ,989 6 ,165

Total 2,041 7





-3

-2

-1

0

1

2

3

23 24 25 26 27 28 29 30 31

Voto

de

sen

saçã

o t

érm

ica


Pouco de calor


Pouco de frio

76



Kolmogorov-Smirnov

a Shapiro-Wilk


Resíduos ,169 8 ,200* ,933 8 ,543


A Figura 30 traz a regressão para a zona bioclimática 6 na estação chuvosa,

avaliação realizada na cidade de Primavera do Leste, com medição em 8 salas com

100 questionários válidos. Cuja função representada pela Equação 23 apresenta









-3

-2

-1

0

1

2

3

23 24 25 26 27 28 29 30 31

Voto

de

sen

saçã

o t

érm

ica


Pouco de calor


Pouco de frio

77

Equação 23









Soma dos

Quadrados df

Quadrado

Médio Z Sig.

Regressão 3,398 1 3,398 36,306 ,001

Resíduo ,562 6 ,094

Total 3,959 7







Kolmogorov-Smirnov

a Shapiro-Wilk

Estatística DF Sig. Estatística df Sig.

Resíduos ,188 8 ,200* ,928 8 ,498


A Figura 31 traz a regressão para a zona bioclimática 6 na estação de seca,

avaliação realizada na cidade de Primavera do Leste, com medição em 7 salas com

142 questionários válidos. Cuja função representada pela Equação 24 apresenta







78

Essa grande aceitabilidade de variação térmica verificada através da regressão

expressa pela Equação 24, se deu em função do coeficiente “a” da equação da reta, e

possivelmente isso aconteceu devido à amostragem reduzida.



Equação 24





ordem de 44,7%, R²=0,447. A análise de variância da regressão pode ser verificada

na Tabela 27.



Soma dos

Quadrados df

Quadrado

Médio Z Sig.

Regressão ,524 1 ,524 7,156 ,037

Resíduo ,439 6 ,073

Total ,964 7


-3

-2

-1

0

1

2

3

23 24 25 26 27 28 29 30 31

Voto

de

sen

saçã

o t

érm

ica


Pouco de calor


Pouco de frio

79






Kolmogorov-Smirnov

a Shapiro-Wilk


Resíduos ,212 8 ,200* ,952 8 ,736


A Figura 31 traz a regressão para a zona bioclimática 5 na estação de chuva,

avaliação realizada na cidade de Sinop, com medição em 8 salas com 235










-3

-2

-1

0

1

2

3

23 24 25 26 27 28 29 30 31

Voto

de

sen

saçã

o t

érm

ica


Pouco de calor


Pouco de frio

80

Equação 25









Soma dos

Quadrados df

Quadrado

Médio Z Sig.

Regressão ,221 1 ,221 47,492 ,000

Resíduo ,028 6 ,005

Total ,249 7







Kolmogorov-Smirnov

a Shapiro-Wilk

Estatística df Sig. Estatística DF Sig.

Resíduos ,287 8 ,052 ,849 8 ,092


A Figura 33 traz a regressão para a zona bioclimática 5 na estação de seca,

avaliação realizada na cidade de Sinop, com medição em 8 salas com 174








81



Equação 26









Soma dos

Quadrados DF

Quadrado

Médio Z Sig.

Regressão 3,601 1 3,601 59,167 ,000

Resíduo ,365 6 ,061

Total 3,967 7


-3

-2

-1

0

1

2

3

23 24 25 26 27 28 29 30 31

Vo

to d

e se

nsa

ção

tér

mic

a


Pouco de calor


Pouco de frio

82








Resíduos ,187 8 ,200 ,871 8 ,156


A Tabela 33 traz o resumo dos valores determinados de temperatura de

neutralidade para cada zona bioclimática estudada, bem como o intervalo de

aceitabilidade térmica e o valor do coeficiente “a” das equações de regressão. É

importante destacar que todas as análises de regressão foram realizadas para um

intervalo de confiança de 95%.

Tabela 33 - Temperatura de neutralidade por zona bioclimática do estado de Mato

Grosso

Estação Zona Coeficiente

“a"

Intervalo de

aceitabilidade

(°C)

Temperatura de

neutralidade

(°C)

Chuva

8 0,374 24,22 - 29,56 26,89

7 0,4197 23,73 - 28,49 26,11

6 0,3092 22,29 - 28,76 25,53

5 0,2858 22,55 - 29,55 26,05

Seca

8 0,3697 23,56 - 28,99 26,27

7 0,357 24,77 - 30,38 27,58

6 0,0813 16,61 - 41,21 28,91

5 0,2734 21,76 - 29,07 25,42


É possível verificar que os valores do coeficiente “a” variaram bastante, tanto

no que diz respeito às zonas quanto no que diz respeito às estações. Tendo em vista

que este coeficiente está relacionado a habilidade de adaptação dos ocupantes dos

ambientes estudados, e após a verificação dessas variações entre as zonas, optou-se

pela determinação da temperatura de neutralidade por zona bioclimática, fornecendo,

dessa forma, subsídios mais específicos para cada região.

83

6. CONSIDERAÇÕES FINAIS

Este trabalho teve por objetivo analisar e estabelecer parâmetros e condições

de conforto térmico, através da temperatura de neutralidade, para estudantes em salas

de aula com climatização artificial de instituições de ensino superior, nas zonas

bioclimáticas do estado de Mato de Grosso, bem como desenvolver uma metodologia

para predição da temperatura de neutralidade para situações de estudo similares à

executada nessa pesquisa, baseada em variáveis físicas do ambiente e na percepção

térmica dos ocupantes.

A metodologia foi desenvolvida através de pesquisas realizadas nas duas

estações, seca e chuvosa, que aconteceram entre os anos de 2014 e 2015, nas quatro

zonas bioclimáticas do estado (5, 6, 7 e 8), onde foram medidas todas as variáveis

ambientais de interessem nas salas de aula das instituições de ensino superior, bem

como foram levantadas as variáveis pessoais dos ocupantes e suas sensações e

preferências térmicas.

Os estudos relacionados ao conforto térmico, embora não muito recentes, tem

tido forte destaque nos últimos anos principalmente quando associado à eficiência

energética das edificações. As duas grandes linhas de pesquisas têm sido cada vez

mais alimentadas. Embora as pesquisas de campo e pesquisas em câmaras

climatizadas sejam bastante divergentes em sua metodologia e resultados obtidos,

ambas tem o mesmo objetivo, o avanço do conhecimento a cerca do conforto térmico

assim como a determinação de formas para proporcionar o mesmo aos ocupantes das

edificações.

Destaca-se aqui a importância da realização de pesquisas de campo, onde as

condições e sensações reais são levantadas, visto que neste trabalho encontraram-se

variações entre as sensações reais levantadas na pesquisa e as preconizadas pelo

modelo analítico do PMV.

A partir do modelo de conforto térmico desenvolvido neste trabalho,

verificou-se a importância das variáveis ambientais e as sensações e preferências

térmicas serem avaliadas simultaneamente, para assim determinar a temperatura de

neutralidade e definir uma zona de aceitabilidade térmica.

84

Os resultados obtidos, através do modelo adaptativo, corroboram com outros

estudos realizados por Humphreys, Nicol, Xavier, Kuchen e outros, já que

demonstram que a interpretação de conforto térmico é diferenciada para distintas

populações. O que pode se tornar ainda mais evidentes comparando-se os resultados

encontrados para cada zona bioclimática, a diferença encontrada justifica-se

justamente pela característica de aclimatação do ser humano, verificam-se ainda

intervalos de aceitabilidade térmica condizentes com as condições climáticas de cada

região.

Destaca-se, portanto, que através das Equações 19,20, 21, 22, 23, 24, 25, 26 e

27 foi possível determinar a temperatura de neutralidade para as zonas bioclimáticas

do Estado de Mato Grosso no período chuvoso e seco. Entretanto, elas podem ser

aplicadas apenas para grupos de pessoas que estejam desenvolvendo a mesma

atividade e com entorno ambiental muito semelhante ao realizado neste estudo.

Ainda assim a pesquisa traz importantes inovações no que diz respeito às

contribuições para o alcance do conforto térmico em espaços reais de trabalho. Bem

como para alavancar o desenvolvimento de estratégias que contribuam para a

eficiência energética das edificações de ensino superior no estado de Mato Grosso.

6.1. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

Com base nas pesquisas realizadas neste trabalho, as limitações encontradas e

o quanto ainda há para se desenvolver com relação a estudos de conforto térmico,

seguem algumas sugestões para trabalhos futuros:

Realizar estudos mais aprofundados sobre as influências das variáveis

pessoais e ambientais sobre o conforto térmico;

Aprimoramento da metodologia para determinação da taxa metabólica,

levando-se em consideração a atividade que está sendo realizadas e aspectos

pessoais, como gênero, peso e idade;

Maior número de estudos em ambientes internos, de edificações de diferentes

funções, climatizados artificialmente;

Estudos mais aprofundados no que diz respeito ao desempenho escolar com

relação ao conforto térmico.

85

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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90

ANEXO A

MODELO DO QUESTIONÁRIO

QUESTIONÁRIO DE CONFORTO TÉRMICO

IDENTIFICAÇÃO

Sexo Idade Peso

( ) feminino ___ anos ( ) abaixo do normal

( ) masculino ( ) normal

( ) acima do normal

Horas de permanência no local durante o dia

( ) menos que 3 horas ( ) entre 3 e 6 horas ( ) entre 6 e 9 horas ( ) mais que 9 horas

EM RELAÇÃO AO CLIMA AMBIENTE

1. Neste momento eu acho que a temperatura do ambiente se encontra (marque uma opção):

-3 (muito frio) -2 (frio) -1 (pouco frio) 0 (normal) +1 (pouco quente) +2 (quente) +3 (muito quente)

2. Eu gostaria que temperatura do ambiente estivesse:

( ) -1 (mais frio) ( ) 0 (nem mais frio, nem mais quente, Estou confortável) ( ) +1 (mais quente)

EM RELAÇÃO A SUA ALIMENTAÇÃO

3. Que tipo de alimento eu ingeri nos últimos 15 minutos:

( ) bebida quente ( ) bebida fria ( ) comida quente ( ) comida fria ( ) não ingeri nada

4. O que eu fiz nos períodos abaixo (atividade predominante):

No interior No exterior

Sentada Em pé Andando Em pé Andando Dirigindo

1-Nos últimos 10 minutos ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

2-Entre 10 e 20 minutos ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

3-Entre 20 e 30 minutos ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

4-Anterior aos 30 minutos ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )

5. Que tipo de roupa e calçado eu estou usando no momento:

Nos pés

Calçados ( ) nada ( ) aberto ( ) pouco aberto ( ) fechado

Meias ( ) nada ( ) fina ( ) média ( ) grossa

Parte inferior da cintura

Calça (longa) ( ) nada ( ) fina ( ) jeans ( ) grossa

Bermuda (média) ( ) nada ( ) fina ( ) jeans ( ) grossa

Short (curto) ( ) nada ( ) fina ( ) jeans ( ) grossa

Saia ou vestido curto ( ) nada ( ) fina ( ) jeans ( ) grossa

Saia ou vestido longo ( ) nada ( ) fina ( ) jeans ( ) grossa

Parte superior da cintura

Regata ou alça ( ) nada ( ) fina ( ) jeans ( ) grossa

Manga curta ( ) nada ( ) fina ( ) jeans ( ) grossa

Manga longa ( ) nada ( ) fina ( ) jeans ( ) grossa

Muito Obrigada Por Sua Participação!

determinaÇÃo da temperatura de neutralidade em … · karen wrobel straub determinaÇÃo da...

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