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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

Tabela 16 - Apresentação das principais variáveis, por zona bioclimática, para o

período da seca ........................................................................................................... 63

Tabela 17 - ANOVA da regressão entre voto de sensação térmica e temperatura

operativa para a zona bioclimática 8 na estação de chuva ......................................... 71

Tabela 18 - Testes de normalidade dos resíduos da regressão para determinação da

Tn da zona 08 na estação da chuva ............................................................................ 71


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 térmico e stress térmico. UFSC. Florianópolis – SC, 2014.

22

2.1.3.3.4. Contato com Pisos Aquecidos ou Resfriados

O desconforto local nos pés pode ser identificado quando o piso estiver

aquecido ou resfriado em relação à temperatura do ar no ambiente A temperatura do

piso está diretamente relacionada ao material utilizado na sua confecção e ainda às

características construtivas da edificação.

Assim como quando sujeitos às correntes de ar, o ser humano quando em

contato com pisos resfriados, tende a aumentar a temperatura do ambiente, o que

pode provocar o aumento na sensação de desconforto térmico.

2.1.2.1.3. Parâmetros Subjetivos

As condições de conforto térmico dependem, portanto, de diversas variáveis,

Frota; Schiffer (2001) afirmam que o ocupante deve estar apropriadamente vestido e

sem problemas de saúde ou de aclimatação para a avaliação do conforto térmico. É

importante ressaltar que as condições ambientais capazes de proporcionar sensação

de conforto em determinados ocupantes podem não ser suficientes para o conforto de

outros.

Para Xavier (1999), os parâmetros subjetivos são aqueles inerentes à natureza

humana e às diferenças entre as pessoas. Ele aponta que são dois os de maior

interesse nos estudos de conforto térmico: as sensações e preferências térmicas,

estando estes diretamente relacionados às diferenças entre conforto e neutralidade

térmica.

2.1.4. Avaliação do Conforto Térmico

Com o objetivo de alcançar o conforto térmico vários métodos de avaliação

foram sendo desenvolvidos ao longo do tempo, considerando-se as variáveis

climáticas que influenciam diretamente na sensação de conforto, além dos índices de

conforto, biofísicos, fisiológicos e subjetivos.

As metodologias mais conhecidas para avaliação do conforto térmico no

Brasil são: índice de temperatura efetiva, índice de conforto equatorial, o método de

Olgyay, a carta bioclimática de Givoni, o método de Fanger e o método da

23

ASHRAE. A Tabela 5 traz as variáveis utilizadas em cada um dos métodos citados

anteriormente para determinação do conforto térmico.

Tabela 5- Métodos para determinação do conforto térmico

Métodos Variáveis

Método de Olgyay e Givoni Temperatura de bulbo seco e umidade relativa do ar

Temperatura Efetiva e índice

de Conforto Equatorial Temperatura, umidade e velocidade do ar

Método de Fanger e Método

ASHRAE

Temperatura, umidade, velocidade do ar, calor

radiante, tipo de atividade e vestimenta.

Fonte: Adaptado de Giampaoli, /s.d./4 apud GrzybowskI (2004)

Segundo Lamberts et al. (2014), tratando-se dos aspectos relativos ao

conforto térmico, são encontradas duas abordagens diferentes: a primeira, mais

conhecida como estática, representa uma linha mais racional da avaliação das

sensações térmicas humanas e onde considera que o homem é um simples receptor

passivo do ambiente térmico; a segunda, conhecida como adaptativa, considera que

o homem é um agente ativo, ou seja, que interage com o ambiente de acordo com

suas sensações e preferências térmicas.

Essas abordagens são resultados de dois grandes grupos de pesquisas na área

do conforto térmico, sendo a primeira realizada em câmaras climatizadas e a segunda

proveniente de estudos em ambientes reais.

2.1.4.1. Estudos de Câmaras Climatizadas

Segundo Humphreys5 (1992) apud Xavier (1999), a câmara climatizada é um

local especialmente construído onde todas as variáveis, temperatura do ar,

temperatura das superfícies, radiação térmica, umidade e velocidade do ar, podem ser

totalmente controladas pelos pesquisadores. Outro aspecto relevante, é que os

voluntários participam da pesquisa na câmara, com roupas padronizadas e realizando

as mesmas atividades. Dentro da câmara os voluntários são questionados a respeito

4GIAMPAOLI,E. Temperaturas extremas. São Paulo: Hygro-them, /s.d./.

5HUMPHREYS, M. A. Energy Efficient Building. Oxford, Editado por Roaf, S. e

Hancock, M. -Blackwell Scientific Publications, 1992. Cap. 1: Thermal Comfort in

the Context of Energy Conservation.

24

das condições térmicas, que vão sendo ajustadas ao longo do tempo, até se atingir a

condição de neutralidade térmica, ou ainda de conforto.

A Figura 1 traz exemplos de estudos em câmaras climatizadas, a primeira

imagem trata-se de estudos realizados com ocupantes em uma câmara climatizada

por Olesen, 1982, a segunda de manequim térmico dentro de câmara climatiza

(CIOP/PIB), e a ultima traz a medição de conforto com o “dressman” dentro de um

veículo (FRAUNHOFER).

Figura 1 – Exemplos de estudos em câmaras climatizadas

Fonte: Lamberts et al. (2014)

Uma das pesquisas mais conhecidas em câmaras climatizadas foi a realizada

pelo pesquisador Ole Fanger, na Dinamarca. Ele desenvolveu diversos estudos na

linha analítica sendo que suas equações e métodos têm sido utilizados mundialmente

e serviram de base para elaboração de normas internacionais bastante importantes,

que utilizam os índices PMV – Predicted Mean Vote e PPD – Percentage of

Dissatisfied para avaliação do conforto térmico.

Entretanto, segundo Lamberts et al. (2014), a utilização do modelo estático

desenvolvido por Ole Fanger como um modelo universal tornou-se discutível, já que

o mesmo considera os limites confortáveis de temperatura como sendo limites

universais, e ainda que os efeitos de um determinado ambiente térmico acontecem

exclusivamente pelas trocas de calor do corpo com o meio, enquanto na verdade a

manutenção da temperatura interna de um ser humano necessita de certa resposta

fisiológica.

25

2.1.4.1.1. Voto Médio Predito – PMV

A equação do PMV, Equação 12, foi obtida por análise de regressão entre a

carga térmica e a sensação de mais de 1300 pessoas em câmaras climatizadas, para

quatro situações de atividades distintas. A sensação térmica era determinada através

dos votos emitidos pelas pessoas sobre a escala sétima.

Equação 12

Sendo:

PMV: voto médio estimado, ou sensação analítica de conforto térmico,

(adimensional);

M: taxa metabólica de produção de calor em função da atividade, (W/m²);

L: carga térmica atuando sobre o corpo, (W/m²).

FANGER (1970) definiu a carga térmica sobre o corpo como sendo a

diferença entre o calor gerado pelo organismo e o calor dissipado ao ambiente,

entretanto para situações reais, não permanentes, a carga térmica é dada pela

diferença entre a geração do calor pelo organismo e a perda do mesmo através de

trocas com o ambiente, portanto, a carga térmica é dada pela equação 13.

Equação 13

Sendo:

: carga térmica atuando sobre o corpo;

: taxa metabólica, produção orgânica de calor;

: pressão de vapor no ar;

: temperatura do ar;

: Razão de área do corpo vestido e corpo nu;

: temperatura superficial das roupas;

: temperatura média radiante;

: Coeficiente de convecção entre ar e roupas.

26

Segundo Lamberts et al. (2014) a escala sétima da ASHRAE, como ficou

conhecida, ou escala de sete pontos, utilizada nos estudos de Fanger é empregada até

hoje na determinação real das sensações térmicas das pessoas, e pode ser verificada

na Figura 2.

Figura 2 - Escala Sétima ASHRAE, ou escala de sete pontos

Fonte: Lamberts et al. (2014)

2.1.4.1.2. Porcentagem de Pessoas Insatisfeitas - PPD

Segundo Kuhen et al. (2011) o índice PPD é obtido com base em um modelo

matemático desenvolvido por Fanger a partir de experimentos com pessoas em

câmaras climatizadas. Esse modelo corresponde a uma amostra de pessoas

submetidas a um mesmo ambiente térmico predefinido, enquanto a temperatura varia

entre 18,9°C e 32,2°C, já os demais parâmetros físicos e fisiológicos que afetam o

conforto, umidade, velocidade do ar, vestimenta e níveis de atividade metabólica

permaneciam constantes.

Lamberts et al. (2014) destaca que o índice PPD estabelece a quantidade

estimada de pessoas insatisfeitas termicamente, e ele se baseia na porcentagem de um

grande grupo de pessoas que gostariam que o ambiente estivesse mais quente ou

mais frio, demonstrando isso através do voto na escala sétima de ASHRAE, com

votos +3, +2, -1, -2.

27

Segundo o autor o PPD pode ser determinado analiticamente utilizando a

Equação 14, ou ainda utilizando a Figura 3.

Equação 14

Sendo:

: porcentagem de pessoas insatisfeitas;

: voto médio estimado.

Figura 3 - Porcentagem de pessoas insatisfeitas (PPD) em função do voto médio

predito (PMV) Fonte: ASHRAE 55 (2004)

Xavier (1999) destaca que o modelo do PMV, para uma situação plena de

conforto em que o PMV = 0, o PPD resultante é da ordem de 5%, e como o PPD

representa a porcentagem de pessoas insatisfeitas com o ambiente térmico, as

pessoas restantes encontram-se termicamente neutras ou confortáveis, levemente

aquecidas ou levemente com frio, com votos de sensação térmica de +1, 0 ou -1.

2.1.4.2. Estudos de Ambientes Reais

Ao longo do tempo as pesquisas passaram a ser desenvolvidas não só em

câmaras climatizadas, mas também em ambientes reais, essa abordagem então

chamada de adaptativa, baseia-se na avaliação do conforto térmico de ocupantes de

ambientes reais sem a interferência do pesquisador em qualquer uma das variáveis,

sejam de ordem biofísica, ambiental ou pessoal, em que o ocupante demonstra sua

28

sensação e/ou preferência térmica por meio de escalas apropriadas, sendo a de uso

mais comum a escala sétima já apresentada anteriormente.

De acordo com Humphreys (1976) o interesse no estudo do modelo

adaptativo pode ser identificado por duas razões principais: a primeira por ter se

verificado resultados de estudos em câmaras climatizadas que divergem dos

encontrados em ambientes reais; e a segunda pela constatação de que a população

apresenta uma capacidade de se adaptar ao lugar em que vive e em detrimento disso

aceita um intervalo de temperatura muito superior do que a proposta pela abordagem

estática.

Kuchen; Fisch (2009) afirmam que usuários adaptam-se a espaços com

condições térmicas constantes definidas por um operador e que, portanto, esses

antecedentes justificam a necessidade de elaborar um modelo de conforto variável

em função de aspectos locais, próprios do edifício e dos usuários, corroborando à

linha de pesquisa adaptativa.

De acordo com Kuchen (2011) diversos trabalhos de campo mostram a

combinação entre fatores ambientais e não ambientais e sua influência sobre o

conforto térmico em ambientes reais de trabalho, e por isso vários autores, Hellwig;

Bischof (2006); Boestra (2006); Raue et al.(2004); Nicol; Humphreys (2002); De

Dear (2004) defendem que o emprego de normas como a ISO 7730, que se baseia no

modelo analítico de Fanger, apresenta desvios que são próprios do método de

obtenção do mesmo.

Lamberts et al. (2014) aponta que a abordagem adaptativa considera fatores

além dos físicos e psicológicos que interagem na percepção térmica, levando em

consideração os conceitos de aclimatação, sendo que os fatores considerados podem

incluir características inerentes à demografia (gênero, idade, classe social), contexto

(composição da edificação, estação, clima) e cognição (atitudes, preferências e

expectativas). Segundo o autor são três os mecanismos de adaptação utilizados pelo

corpo humano para se defender dos efeitos do clima.

Sendo classificados em ajustes comportamentais, ajustes fisiológicos e ajustes

psicológicos. O primeiro trata das ações conscientes e inconscientes das pessoas para

se adaptar como troca de roupas, mudança de atividade, ajuste da postura, ou ainda

abrir e fechar janelas, ligar ventiladores entre outras ações. O segundo, ajustes

29

fisiológicos, diz respeito às mudanças fisiológicas das pessoas em função das

características climáticas às quais estão expostas, ainda podem ser subdividido em

adaptação genética e aclimatação. E por fim, os ajustes psicológicos, que estão

diretamente relacionados às expectativas criadas, e ainda pode ser comparada à

noção de hábito, exposição repetida, que leva a uma diminuição da intensidade da

sensação térmica evocada anteriormente.

É importante ressaltar que embora a abordagem adaptativa tenha surgido

posteriormente à estática e leve em consideração mais variáveis e fatores que possam

afetar a sensação de conforto, o objetivo das duas abordagens é muito próximo,

alcançar a condição de conforto térmico em ambientes reais.

2.1.4.2.1. Determinação da Temperatura de Neutralidade

Como discutido anteriormente, umas das condições para se atender o conforto

térmico é que o indivíduo esteja em neutralidade térmica, ou seja, não prefira nem

mais calor, nem mais frio. As Pesquisas realizadas na linha adaptativa tendem a

encontrar valores estimados de temperatura em que os ocupantes do ambiente se

sintam confortáveis, denominada usualmente de temperatura de neutralidade.

A temperatura de neutralidade pode ser encontrada analiticamente através dos

dados de PMV e PPD de Fanger, entretanto os pesquisados da abordagem adaptativa

defendem que existem divergências entre os valores encontrados utilizando o método

de Fanger e os valores encontrados em ambientes reais, conforme citado

anteriormente.

Muitas pesquisas têm sido realizadas nesse sentido. Oseland (1994), em

pesquisa realizada no Reino Unido, objetivou determinar a temperatura de

neutralidade, comparando os votos médios preditos, utilizando o PMV de Fanger

com as sensações relatadas por moradores de casas no período de verão e inverno.

Verificou que em ambas as estações os limites apontados pelos moradores foram

superiores aos calculados.

Humphreys (1976) realizou uma revisão dos parâmetros até então existentes,

e concluiu que os índices de conforto variavam em relação à temperatura média da

região onde cada estudo era desenvolvido, observando que a aclimatação afetava a

30

temperatura de neutralidade, ao contrário do que mostravam os estudos de Fanger,

que não sugeriam que a aclimatação afetasse os requisitos de conforto térmico.

A partir deste estudo verifica-se a importância da determinação da

temperatura de neutralidade para regiões específicas, visto que em um mesmo país

existem regiões que apresentam condições climáticas muito diferentes e

consequentemente habitantes com sensibilidade térmicas diferentes, justamente

devido à condição de aclimatação do ser humano.

Brager; Dear (2006) trazem as principais pesquisas realizadas nos últimos

anos em ambientes climatizados artificialmente. Dear; Auliciems (1985) em

Melbourne no verão encontraram uma temperatura de neutralidade de 20,3°C, em

Brisbane também no verão a temperatura de neutralidade foi de 24,4°C. Os autores

ainda determinaram a temperatura de neutralidade em Darwin no período de seca que

foi de 25,2°C e no chuvoso de 28,9°C. Dear; Fountain (1994) em pesquisa realizada

em Townsville verificaram a temperatura de neutralidade para estação seca de

19,4°C enquanto que para chuva de 27°C. E Dear et al. (1991) determinou para

Singapure a temperatura de neutralidade de 27,4°C.

Kuchen et al. (2011) desenvolveu uma ferramenta para avaliar o conforto

térmico em espaços de trabalho de edifícios de escritório, através de uma pesq

determinaÇÃo da temperatura de neutralidade em … · 2018. 6. 11. · programa de...

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