AVALIAODECONFORTOTRMICO

Ao estudar os aspectos relativos ao conforto trmico na Atualidade, soencontradas duas abordagens diferentes e com prescries distintas decomo as condies microclimticas das edificaes podem seradministradas. A primeira, mais conhecida como esttica, representa umalinha analtica, ou racional, da avaliao das sensaes trmicas humanas econsidera o homem como um simples receptor passivo do ambientetrmico. J a segunda abordagem, conhecida como adaptativa, considera ohomem como um agente ativo, que interage com o ambiente em respostas suas sensaes e preferncias trmicas. Tais abordagens so resultadosde dois grandes grupos de pesquisas normalmente utilizados nos estudosde conforto trmico, sendo a primeira realizada em cmaras climatizadas echamada de modelo esttico, e a segunda, proveniente de estudos decampo, conhecida como modelo adaptativo.

Pesquisasemcmarasclimatizadas Os estudos em cmaras climatizadas deram origem ao mtodo mais conhecido para avaliao deconforto trmico e so aqueles realizados no interior de ambientes totalmente controlados pelopesquisador, onde tanto as variveis ambientais como as variveis pessoais ou subjetivas somanipuladas, a fim de se encontrar a melhor combinao possvel entre elas, resultando em umasituao confortvel.

Ole Fanger (1970), que realizou diversos experimentos na Dinamarca sobre conforto trmico, oprincipal representante da linha analtica de avaliao das sensaes trmicas humanas. Suasequaes e mtodos tm sido utilizados mundialmente e serviram de base para a elaborao deNormas Internacionais importantes, fornecendo subsdios para o equacionamento e clculosanalticos de conforto trmico e conhecidos hoje como PMV (Predicted Mean Vote) e o PPD(Percentage of Dissatisfied).

Posteriormente, a utilizao do modelo esttico desenvolvido por O. Fanger como um modelouniversal se tornou discutvel, j que a mesma analisa os limites confortveis de temperaturacomo sendo limites universais, e os efeitos de um determinado ambiente trmico acontecemexclusivamente pelas trocas fsicas de calor com a superfcie do corpo, enquanto que amanuteno da temperatura interna de um indivduo necessita de certa resposta fisiolgica.

... Para dado nvel de atividade, a temperatura mdia da pele (ts) e ataxa de secreo do suor (Esw) podem ser consideradas como as nicasvariveis fisiolgicas que influem sobre o equilbrio de calor naequao do conforto trmico...

(Fanger,1970)

Pesquisasdecampo Com o avano das pesquisas, muitos estudos foram realizados no s emcmaras climatizadas, mas tambm em situaes reais do cotidiano, compessoas desempenhando suas atividades rotineiras. Nestas pesquisas decampo o pesquisador no interfere nas variveis ambientais e pessoais, e aspessoas expressam suas sensaes e preferncias trmicas de acordo comescalas apropriadas.

A partir desta avaliao da sensao trmica em ambientes reais, MichaelHumphreys (1979) props o modelo adaptativo, supondo que as pessoasadaptamse diferentemente ao lugar onde esto sendo as aes adaptativasuma forma de ajuste do corpo ao meio trmico.

Pesquisasdecampo ... A temperatura de conforto no uma constante, e sim varia de acordo coma estao, e temperatura a que as pessoas esto acostumadas...

(Humphreys, 1979)

De acordo com Humphreys, o interesse pelo modelo adaptativo pode seridentificado por duas razes principais. A primeira por ter sido identificado queos resultados obtidos em cmaras climatizadas divergem dos valoresconseguidos nos ambientes climatizados naturalmente, e a segunda pelaconstatao de que a populao parece aceitar um intervalo de temperaturasmuito maior do que a proposta pelos mtodos racionais, j que o individuo seadapta ao lugar em que vive.

Podese afirmar que a abordagem adaptativa considera fatores alm dos fsicose psicolgicos que interagem na percepo trmica. Estes estudos tm comobase os conceitos de aclimatao, e os fatores considerados podem incluircaractersticas inerentes demografia (gnero, idade, classe social), contexto(composio da edificao, estao, clima) e cognio (atitudes, preferncias eexpectativas).

So trs os mecanismos de adaptao utilizados pelo corpo humano para sedefender dos efeitos do clima:

Ajustes comportamentais: so as modificaes conscientes ou inconscientes daspessoas; podem modificar o fluxo de calor e massas que governam as trocas trmicasdo corpo. Estes ajustes podem ainda ser divididos em subcategorias, conhecidoscomo os ajustes pessoais (roupa, atividade, postura), ajustes tecnolgicos ouambientais (abrir/fechar janelas, ligar ventiladores, usar culos escuros) e os ajustesculturais.

Ajustes Fisiolgicos: so aqueles que incluem todas as mudanas nas respostasfisiolgicas das pessoas, que so resultado da exposio a fatores ambientais etrmicos, conduzindo a uma diminuio gradual na tenso criada por tal exposio.As mudanas fisiolgicas podem ser divididas em: adaptao gentica, que soaquelas que se tornaram parte da herana gentica de um indivduo ou grupo depessoas; e a aclimatao, que so as mudanas inerentes ao sistematermorregulador.

Ajustes Psicolgicos: percepes e reaes das informaes sensoriais. A percepotrmica diretamente atenuada por sensaes e expectativas ao clima interno. Estaforma de adaptao pode ser comparada noo de hbito, exposio repetida oucrnica, que conduz a uma diminuio da intensidade da sensao evocadaanteriormente.

importante frisar que para esta abordagem a sensao de conforto trmicono deveria ser originada apenas pela temperatura do ambiente interno, mastambm originada de um valor mdio mensal de temperatura externa, pois odesconforto trmico surge principalmente da contradio entre os ambientesque as pessoas esperam e os ambientes que elas encontram. Este processopressupe uma adaptao para cada lugar, delimitando um tipo de projetoque leva em considerao a questo social, o clima e a temperatura externa.O desconforto pode ser causado pelo desgaste excessivo do corpo nosprocessos de escolha e ajuste da temperatura prpria ao clima exterior.Segundo Humphreys, ... O desconforto causado pela excessiva regulaonecessria nos processos de ajuste ao lugar, pela temperatura corporal....

Embora vrios estudos defendam a abordagem adaptativa como umaferramenta ideal para a avaliao precisa do conforto humano em relao temperatura, as duas correntes de pesquisa acabam por possuir o mesmoobjetivo final: encontrar condies que mais satisfaam o homem comrelao s suas sensaes trmicas.

Condiesdeconfortotrmico Conforme j comentado anteriormente, a condio de neutralidade trmica obalano trmico apresentado condio necessria, mas no suficiente paraque uma pessoa encontrese em conforto trmico. A pessoa pode se encontrarem neutralidade trmica e estar sujeita a algum tipo de desconforto localizado,isto , sujeita a alguma assimetria de radiao significativa, sujeita a algumacorrente de ar localizada, ou ainda estar sobre algum tipo de piso frio ouaquecido, e assim sendo, no estar em condio de conforto trmico.

Condiesdeconfortotrmico Alm disso, segundo estudos empricos desenvolvidos por Fanger, a atividadedesempenhada pela pessoa regular a temperatura de sua pele, bem como suataxa de secreo de suor. o mesmo que se dizer que: se uma pessoa estiverdesempenhando determinada atividade e estiver suando muito acima do que osestudos realizados mostraram que deveria estar, ou a temperatura de sua peleestiver acima ou abaixo de valores que esses mesmos estudos demonstraram, apessoa no estar certamente em conforto trmico, mesmo que ela esteja emneutralidade trmica, e no esteja sujeita a algum tipo de desconfortolocalizado. Esses estudos mostraram que:

Segundo a ASHRAE Fundamentals, cap. 8, as correlaes estatsticasutilizadas por Rohles e Nevins em aproximadamente 1600estudantes, apresentaram expresses para tskm e Esw, em funo daatividade, que forneciam conforto trmico, quando as outrascondies estivessem estabelecidas, as quais so apresentadasabaixo:

Podemos ento desta forma dizer que existem 3 condies para quese possa atingir o conforto trmico:

a) Que a pessoa se encontre em neutralidade trmica; b) Que a temperatura da pele e sua taxa de secreo de suor estejamdentro de certos limites compatveis com a atividade metablica;

c) Que a pessoa no esteja sujeita a desconforto localizado.

Variveisqueinfluenciamnasensaodeconfortotrmico Osclculosanalticosdoconfortotrmicobaseadosemestudosrealizadosemcmarasclimatizadas,apresentam6variveisqueinfluenciamoconfortotrmico:

Atividadedesempenhada,M,(W/m); Isolamentotrmicodasroupasutilizadas,Icl,(clo); Temperaturadoar(C); Temperaturaradiantemdia,trm,(C); Velocidadedoar,va,(m/s); Pressoparcialdovapordeguanoarambiente,pa,(kPa).

Equaodecargatrmica Em casos em que no se verifique a expresso de balano trmico, isto , emcasos em que a gerao de calor orgnico no seja igual dissipao dessecalor ao ambiente, existir um gradiente de calor, e a essa diferena entre ocalor gerado pelo corpo e o trocado com o meio ambiente denominada decarga trmica sobre o corpo, (L). Escrevendo sua expresso em linguagemmatemtica, a carga trmica expressa por:

A atividade desempenhada pela pessoa determina a quantidade decalor gerado pelo organismo. As tabelas de taxas metablicas emfuno da atividade e do isolamento das roupas esto na ISO7730/2005, ASHRAE Fundamentals cap.8 2005 e ISO 8996/2004.

O isolamento trmico das roupas determinado atravs de mediesem manequins aquecidos ou determinados diretamente pelas tabelasconstantes da ISO 7730/2005, ASHRAE Fundamentals cap.8 2005 eISO 9920/2007.

EquaodoPMV A equao de PMV ou voto mdio estimado, atravs de anlisesestatsticas de acordo com resultados obtidos por Fanger em estudosna Dinamarca em cmaras climatizadas, onde as pessoas registravamseus votos sobre a escala stima da ASHRAE, que aponta desde muitofrio at muito quente. A sensao real sentida pela pessoa representada pela equao do PMV ou equao do voto mdioestimado, que pode assim ser representada:

A escala stima da ASHRAE, ou escala de sete pontos, utilizada nos estudosde Fanger e empregada at hoje na determinao real das sensaestrmicas das pessoas assim representada:

Porcentagemdepessoasinsatisfeitas(PPD)

O ndice PPD estabelece a quantidade estimada de pessoas insatisfeitastermicamente com o ambiente. Ele se baseia na percentagem de um grandegrupo de pessoas que gostariam que o ambiente estivesse mais quente oumais frio, votando +3, +2 ou 3 e 2, na escala stima de sensaes. O PPDpode ser determinado analiticamente conforme a Equao apresentada aseguir.

DesconfortoLocalizado Vrios so os fatores que podem causar desconforto localizado emindivduos, estejam eles desempenhando quaisquer atividades. Esses fatores,como diz o prprio nome, no atingem o corpo como um todo, apenas umaparte, e embora a pessoa possa estar satisfeita com a temperatura do corpocomo um todo, normalmente est se sentindo incomodada, no estandodessa forma em conforto. Ambas as normas de conforto trmico aquiestudadas (ISO 7730/2005 e ASHRAE 55/2010) apresentam uma seodedicada a este tema, e dentre os principais fatores que causam essedesconforto, podemos citar os 4 mais comuns: diferenas de temperatura nosentido vertical (entre os ps e a cabea), campo assimtrico radiante,resfriamento convectivo local (draft ou correntes de ar frias), e contato compisos frios ou quentes. Os requisitos especificados nas figuras a seguirreferemse ASHRAE 55/2010, para usurios levemente vestidos (clo entre0,5 e 0,7) e que desenvolvem atividades fsicas leves (met entre 1,0 e 1,3).

DesconfortoLocalizado importante lembrar que quando a atividade metablica maior, e o nvelde vestimenta tambm, as pessoas apresentam menor sensibilidade ao calor,e assim, o risco de desconforto trmico local menor. As pessoas so maissensveis ao desconforto local quando o corpo como um todo est mais frioque o neutro, e so menos sensveis quando o corpo est mais quente que oneutro. Os requisitos para as situaes de desconforto local so baseados emambientes com a temperatura prxima da regio central da zona de conforto.A tabela a seguir apresenta a porcentagem esperada de pessoas que seconsideram insatisfeitas para cada fonte de desconforto trmico localdescrito na norma.

AssimetriadeRadiaoTrmica O campo de radiao trmica sobre o corpo pode no ser uniforme devido ssuperfcies quentes e frias, e luz solar. Essa assimetria pode causar desconfortotrmico local e reduzir a aceitabilidade trmica do espao. A assimetria deradiao trmica ou radiao no uniforme pode ser causada por janelas frias,superfcies no isoladas, bocas de fornos, calor gerado por mquinas e outros.Quando expostas a alguma destas condies, uma pessoa pode ter uma parte doseu corpo atingida por radiao diferenciada das demais, e assim, quanto maiorfor esse diferencial, mais desgostosa com a situao ficar a pessoa.

AssimetriadeRadiaoTrmica Estudos realizados nesta rea tiveram a preocupao de fazer com que aspessoas se mantivessem em neutralidade trmica, para que assim analisassemapenas o fenmeno em questo. Observouse que quanto mais acentuada era aassimetria, mais as pessoas encontravamse insatisfeitas com o ambiente.Observouse tambm, que as pessoas respondem de maneira diferenciada comrelao ao que est causando essa assimetria.

A anlise da assimetria de radiao particularmente importante quando sebuscam alternativas trmicas baseadas principalmente em painis resfriados ouaquecidos para se buscar o conforto trmico.

A Tabela apresenta o limite mximo permitido em porcentagem de ocupantesinsatisfeitos devido ao aquecimento ou resfriamento do teto, uma parede fria ou umaparede quente.

Correntesdear Essa situao que acarreta um resfriamento localizado em alguma parte do corpohumano causada pelo ar em movimento. O desconforto causado pelas correntes dear indesejveis prevalece quando o voto de sensao trmica acontece abaixo deneutro (levemente com frio, com frio ou com muito), sendo um problema bastantecomum de ser observado no apenas em ambientes ventilados, mas tambm emautomveis, e outros. Essas correntes de ar tm sido identificadas como um dosfatores mais incmodos em escritrios. Normalmente quando isso ocorre, a reaonatural das pessoas aumentar a temperatura interna ou parar o sistema deventilao, sendo que s vezes essas reaes podem tender a deixar o local ainda maisdesconfortvel.

Notouse em estudos reais que as pessoas suportam esses golpes de maneiradiferenciada, conforme a temperatura na qual o ambiente se encontra. Na ASHRAE55/2010, e na ISO 7730/2005 apresenta uma equao (Equao de PPD) para oclculo do desconforto localizado causado e porcentagem (DR%).

Diferenanatemperaturadoarnosentidovertical

Na maioria dos ambientes das edificaes, a temperatura do ar normalmenteaumenta com a altura em relao ao piso. A estratificao trmica resultantedas situaes onde a temperatura do ar no nvel da cabea maior do quequela ao nvel do tornozelo pode gerar desconforto trmico local.

A Figura `a seguir prev a porcentagem de ocupantes insatisfeitos devido diferena de temperatura no sentido vertical, onde o nvel da cabea maisquente que o nvel do tornozelo.

Pisosaquecidosouresfriados

Devido ao contato direto dos ps com o piso, o desconforto local nos ps pode serverificado quando o piso estiver aquecido ou resfriado. A temperatura do piso muito influenciada por caractersticas construtivas dos prdios (isolamento do piso,camada de contrapiso, materiais de construo etc.). Uma reao normal daspessoas em contato com piso muito frio, aumentar a temperatura interna doambiente, geralmente utilizandose sistemas de calefao, o que possibilita oaumento do desconforto trmico e contribui para o aumento do consumo deenergia.

Em alguns estudos referentes resposta das pessoas com relao temperatura dopiso, Olesen (1982) encontrou que quando as pessoas encontramse caladasnormalmente, o material de acabamento do piso no importante, porm em locaisonde normalmente as pessoas encontramse descalas, esse item j se tornasignificante. Desses estudos empricos, se extraram as seguintes faixasrecomendadas de temperaturas:

Faixas de temperatura recomendadas para pisos onde circulam pessoasdescalas, conforme o revestimento do piso:

A Figura anterior apresenta a porcentagem prevista de pessoasinsatisfeitas em funo da temperatura do piso. Estes valores sorecomendados para pessoas que vestem sapatos solados, no sendoaplicvel para pessoas descalas e nem para situaes onde osocupantes esto sentados no cho.

Influnciadomovimentodoarnoconfortotrmico O movimento do ar num ambiente interfere no conforto trmico das pessoasdevido a sua influncia nos processos de troca de calor do corpo com o meiopor conveco e por evaporao. Essa influncia pode ser benfica, quando oaumento da velocidade do ar provoca uma desejvel acelerao nos processosde perda de calor do corpo; ou prejudicial, quando a perda de calor indesejvel e provoca o resfriamento excessivo do corpo com um todo, ou deuma de suas partes, efeito internacionalmente conhecido como draught. Assim,dizse que a sensao trmica influenciada diretamente pela intensidade daventilao, especialmente em climas midos, onde a ventilao representa umfator necessrio para diminuir o desconforto causado pelo calor atravs doprocesso de evaporao do suor. A contribuio da ventilao na remoo decalor varia de acordo com a temperatura do ar e tambm com a umidaderelativa.

Influnciadomovimentodoarnoconfortotrmico A referncia mais tradicional para os limites da velocidade do ar advm doconceito de desconforto por correntes de ar (draught ou draft). Tal conceitopode ser definido como um resfriamento indesejado no corpo, causado pelamovimentao do ar e sendo considerado um problema comum em ambientescom baixa atividade metablica. Para avaliar o risco de desconforto causadopelas correntes de ar, o modelo mais comum utilizado o de Fanger, que foidesenvolvido com base em experimentos laboratoriais. O modelo combina trsparmetros fsicos: temperatura do ar, velocidade mdia do ar e intensidade deturbulncia do ar e utilizado para predizer a porcentagem de indivduosinsatisfeitos com o movimento do ar.

Tais valores aceitveis de velocidade do ar tm sido constantemente objeto deestudo de vrios pesquisadores. Os valores considerados como aceitveis paraum ambiente de atividades sedentrias podem variar entre 0,5 e 2,5 m/s, deacordo com diferentes autores. O limite mximo baseado em problemasprticos, tais como voo de papis sobre a mesa e desarranjo de penteados, aoinvs de exigncias fisiolgicas de conforto. Alguns pesquisadores notaramque a maioria dos estudos realizados a respeito da velocidade do ar estavafocada nos efeitos negativos causados pelo desconforto proveniente damovimentao indesejado do ar. No entanto, inmeras constataes sugeremque a movimentao do ar desejada quando a temperatura consideradaalta.

Assim, para obteremse ambientes climatizados de maneira sustentvel, necessrio incrementar o valor da velocidade do ar ao invs de reduzir atemperatura e umidade relativa do ar, alcanando equivalentes nveis deconforto. O incremento da velocidade do ar pode ser uma soluo bastanteeficiente, desde que antes sejam analisadas todas as condicionantes deinfluncia, de maneira que seus efeitos sejam exponenciados. Dentre estascondicionantes esto: o clima, as necessidades, a finalidade dos edifcios,dentre outras.

Normasdeconfortotrmico

Os estudos de conforto trmico tiveram nos ltimos anos umaumento de interesse por parte dos pesquisadores, sendo que asnormas existentes nesta rea englobam estudos sobre todas asvariveis que influenciam no conforto trmico, quer sejam emambientes condicionados ou no. As principais normas e guias dereferncia aos estudos so:

ISO 7730, Verso Atual ttulo original: ISO 7730/2005 Ergonomics of the thermal environment Analyticaldetermination and interpretation of thermal comfort using calculationof the PMV and PPD indices and local thermal comfort criteria.

Nesta nova verso, foi adicionado um mtodo para avaliao deperodos longos, bem como informaes sobre desconforto trmicolocalizado, condies em estado no estacionrio e adaptao. Almdisso, foi adicionado um anexo estipulando como os requisitos deconforto trmico podem ser expressos em diferentes categorias.

ISO 7726, Verso Atual ttulo original: ISO 7726/1998Ergonomics of the thermal environment Instrumentsfor measuring physical quantities.

ASHRAE Standard 55, Verso Atual: ASHRAE Standard 552010 Thermal Environmental Conditions for HumanOccupancy. A nova verso da norma tambm contm um mtodo opcional paradeterminar condies trmicas aceitveis em espaos naturalmente ventilados.Para usar este mtodo, os espaos devem possuir janelas operveis que podem serabertas pelos ocupantes.

ASHRAE Fundamentals Handbook cap. 8 Thermal Comfort 2009: Este guia normativo da sociedade americana de aquecimento, refrigerao e arcondicionado, apresenta os fundamentos da termo regulao humana e confortoem termos teis aos engenheiros para a operao de sistemas e preparao deprojetos e aplicaes para o conforto dos ocupantes de edificaes. Apresenta demaneira sumarizada todos os dizeres das normas ISO aqui referidas.

ISO 8996, Verso Atual ttulo original: ISO 8996/2004 Ergonomics of the thermal environment Determination of metabolic rate.

ISO 9920, Verso Atual ttulo original: ISO 9920/2007 Ergonomics of the thermal environment Estimationof thermal insulation and water vapour resistance of a clothingensemble.