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 1 Capitulo 3 Conforto Térmico Prof. João Pimenta Capitulo 3 Conforto Térmico Prof. João Pimenta Universidade Universidade de Brasília, de Brasília, Faculdade Faculdade de de Tecnologia Tecnologia Departamento Departamento de de Engenharia Engenharia Mecânica Mecânica Curso de Graduação em Engenharia Mecânica Curso de Graduação em Engenharia Mecânica 168050 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado) Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado) Laboratório de Ar Condicionado e Refrigeração Laboratório de Ar Condicionado e Refrigeração Universidadede Brasília, Departme nto de Enge nharia Mecânica LaAR, La boratorio de Ar Condiciona do e Re frigeração 168050 - Instalações Termome cânicas II (Ar Condicionado) Capitulo 3. Conforto Térmico Prof. João Pimenta www.laar.unb.br Este material foi desenvolvido pelo Prof. João Pimenta, para aulas na disciplina obrigatória de graduação em engenharia mecânica Instalações Termomecânicas II (Ar condicionado). Para fazer referência a este material, por favor utilize o seguinte : PIMENTA, João. Ar Condicionado: Conforto Térmico. Agosto a Dezembro de 2009. 100 slides. Notas de Aula. Apresentação MS PowerPoint. Críticas, comentários, sugestões, etc. para [email protected] Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia ENM - Departamento de Engenh aria Mecânica Brasília, Agosto-2009 Universidadede Brasília, Departmento de Enge nharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condicionad o e Refr igeração 168050 - Instalações Termomecânicas II (Ar Condiciona do) Capitulo 3. Conforto Térmico Prof. João Pimenta www.laar.unb.br 1. Introdução 2. Balanço Energético do Corpo Humano 3. Dados de Engenharia e Medições 4. Parâmetros Ambientais Conteúdo Conteúdo 5. Índices Ambientais 6. Previsão do Conforto Térmico 7. Parâmetros de Projeto Universidadede Brasília, Departmento de Enge nharia Mecânica LaAR, Laboratorio de Ar Condiciona do e Re frigeração 168050 - Instalações Termome cânicas II (Ar Condicionado) Capitulo 3. Conforto Térmico Prof. João Pimenta www.laar.unb.br 1 Introdução

Capítulo 3 - Conforto Térmico

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Capitulo 3Conforto TérmicoProf. João Pimenta

Capitulo 3Conforto TérmicoProf. João Pimenta

UniversidadeUniversidadede Brasília,de Brasília, FaculdadeFaculdade dede TecnologiaTecnologiaDepartamentoDepartamentodede EngenhariaEngenharia MecânicaMecânica

Curso de Graduação em Engenharia MecânicaCurso de Graduação em Engenharia Mecânica168050168050 -- Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado)Instalações Termomecânicas II (Ar Condicionado)

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Este material foi desenvolvido pelo Prof. João Pimenta,para aulas na disciplina obrigatória de graduação emengenharia mecânica Instalações Termomecânicas II (Ar condicionado).

Para fazer referência a este material, por favor utilize oseguinte :

PIMENTA, João. Ar Condicionado: Conforto Térmico. Agostoa Dezembro de 2009. 100 slides. Notas de Aula.Apresentação MS PowerPoint.

Críticas, comentários, sugestões, etc. [email protected]

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1. Introdução

2. Balanço Energético do Corpo Humano

3. Dados de Engenharia e Medições

4. Parâmetros Ambientais

ConteúdoConteúdo

5. Índices Ambientais

6. Previsão do Conforto Térmico

7. Parâmetros de Projeto

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11Introdução

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1. Introdução

A aplicação mais freqüente do AC visa a manutenção deA aplicação mais freqüente do AC visa a manutenção decondições adequadas de conforto térmico para o ser humano mascondições adequadas de conforto térmico para o ser humano mastambém tem influencia sobre o conforto acústico e olfativo..também tem influencia sobre o conforto acústico e olfativo..

O bem estar do ser humano está associado a condição deO bem estar do ser humano está associado a condição de confortoconfortoambientalambiental que, de forma ampla, envolve,que, de forma ampla, envolve,

• Conforto Acústico;• Conforto Antropométrico;

• Conforto Olfativo;

• Conforto Tátil;

• Conforto Térmico;

• Conforto Visual.

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1. Introdução

A sensação de conforto térmico resulta de uma interaçãoA sensação de conforto térmico resulta de uma interaçãocomplexa entre o corpo humano e o meio ambiente.complexa entre o corpo humano e o meio ambiente.

Fator de Isolamento térmico• Vestimenta

Fatores Fisiológicos• Atividade;• Idade;• Estado de saúde;• Sexo.

Fatores Ambientais• Temperatura do ar;• Temperatura de superfícies;• Umidade do ar;• Fluxo de ar.

Fatores de Troca de Calor 

• Convecção;• Evaporação;• Radiação.

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1. Introdução

Uma das primeiras preocupações quando do projeto de umUma das primeiras preocupações quando do projeto de umsistema de AC é a definição de parâmetros de conforto térmicosistema de AC é a definição de parâmetros de conforto térmicocomo:como:

• Temperatura;

• Umidade;

• Taxa de ventilação;

• Nível de ruído.

A seleção desses parâmetros de projeto por sua vez é afetada por A seleção desses parâmetros de projeto por sua vez é afetada por fatores relacionado à aplicação tais como:fatores relacionado à aplicação tais como:

• idade, atividade, etc.;

• Densidade de ocupação;

• Padrão de uso;

• Contaminantes, etc..

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1. Introdução

Obviamente, no projeto de uma instalação de AC, aspectosObviamente, no projeto de uma instalação de AC, aspectoseconômicos devem ser considerados, afim de obter umeconômicos devem ser considerados, afim de obter umcompromisso adequado entre condições ambientais ótimas ecompromisso adequado entre condições ambientais ótimas ecustos do sistema.custos do sistema.

A análise do conforto térmico é governada essencialmente por A análise do conforto térmico é governada essencialmente por mecanismos de transferência de calor e massa, além demecanismos de transferência de calor e massa, além defisiológicos.fisiológicos.

A temperatura do corpo deve ser mantida dentro de limitesA temperatura do corpo deve ser mantida dentro de limitesestreitos para evitar desconforto e limites mais ou menos largosestreitos para evitar desconforto e limites mais ou menos largospara evitar disfunções.para evitar disfunções.

Calor deve ser dissipado pelo corpo humano de maneiraCalor deve ser dissipado pelo corpo humano de maneiracuidadosa e controlada.cuidadosa e controlada.

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1. Introdução

A complexidade do tema faz com que se adote uma abordagemA complexidade do tema faz com que se adote uma abordagemteórica associada à correlações empíricas obtidas através deteórica associada à correlações empíricas obtidas através deobservação experimental.observação experimental.

DeveDeve--se observar que os resultados obtidos são sujeitos a umase observar que os resultados obtidos são sujeitos a umacerta subjetividade já que diferentes indivíduos em condiçõescerta subjetividade já que diferentes indivíduos em condiçõesidênticas tem apreciações distintas quanto ao nível de confortoidênticas tem apreciações distintas quanto ao nível de confortotérmico.térmico.

Em última análise, Conforto térmico pode ser definido como “aEm última análise, Conforto térmico pode ser definido como “acondição na qual um individuo expressa satisfação térmica com ocondição na qual um individuo expressa satisfação térmica com oambiente no qual se encontra”.ambiente no qual se encontra”.

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22Balanço de Energia do

Corpo Humano

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O corpo humano gera calor continuamente o qual é transferido aoO corpo humano gera calor continuamente o qual é transferido aoambiente numa taxa que varia aprox. entre 100 W e 1000 W.ambiente numa taxa que varia aprox. entre 100 W e 1000 W.

Tanto a geração quanto a dissipação de calor não são uniformesTanto a geração quanto a dissipação de calor não são uniformesatravés do corpo.através do corpo.

The Human body isthermally symmetrical,and our normal thermalpatterns are constantand repeatable

http://www.myinnerimage.com/images/photos/thermhome.jpg

2. Balanço de Energia do Corpo Humano

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A dissipação de calor para as vizinhanças ocorre por vários modoA dissipação de calor para as vizinhanças ocorre por vários modo ssde transferência.de transferência.

• calor sensível através da pele (C+R);

• calor latente devido a evaporação do suor (ESK);

•calor sensível devido a respiração (CRES);

• calor latente devido a respiração (ERES)

A perda de calor sensível a partir da pele representa o efeitoA perda de calor sensível a partir da pele representa o efeitocombinado da condução, convecção e radiação.combinado da condução, convecção e radiação.

2. Balanço de Energia do Corpo Humano

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No interior do corpo é produzida energia metabólica “M” da qualNo interior do corpo é produzida energia metabólica “M” da qualsubtraímos a parcela necessária à realização de trabalho externosubtraímos a parcela necessária à realização de trabalho externopelos músculos “W”. A produção líquida de calor é então Mpelos músculos “W”. A produção líquida de calor é então M--W queW queé dissipada pela pele (Qé dissipada pela pele (QSKSK) e respiração (Q) e respiração (QRESRES), podendo ser ), podendo ser 

estocada (S) fazendo Testocada (S) fazendo TBB↑.↑.

2. Balanço de Energia d o Corpo Humano

MM--WW

SSTTBB

QSKQRES

Calor armazenado

na pele (SSK) e no

núcleo do corpo (SC)

Temperaturamédia do corpo

Perda convectiva

(CRES) e latente

(ERES)

Perda convectiva

(C), Radiante (R) e

Evaporativa (ESK)

S QQW M   RES SK 

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2. Balanço de Energia do Corpo Humano

S  E C  E  RC S QQW M   RES  RES SK  RES SK 

QSK

QRES

MM--WW

SSTTBB

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2. Balanço de Energia do Corpo Humano

Diversos modelos de troca térmica entre o corpo humano e oDiversos modelos de troca térmica entre o corpo humano e oambiente tem sido desenvolvido.ambiente tem sido desenvolvido.

Os diferentes modelos são similares em um aspectoOs diferentes modelos são similares em um aspecto →→ iniciaminiciam

pelos princpelos princíípios clpios cláássicos da transferência de calor para emssicos da transferência de calor para emseguida fazer uso de correlaseguida fazer uso de correlaçções empões empííricasricas

A seguir apresentaremos dois modelos:A seguir apresentaremos dois modelos:Balanço de energia em regime permanente, e;Balanço de energia em regime permanente, e;Balanço de energia em regime transiente (2 nós).Balanço de energia em regime transiente (2 nós).

Desenvolvido por Desenvolvido por  Fanger Fanger  (1970, 1982) assume que o corpo(1970, 1982) assume que o corpohumano se encontre em equilíbrio térmico com o meio, comhumano se encontre em equilíbrio térmico com o meio, comestocagem térmica desprezível.estocagem térmica desprezível.

Balanço de Energia em Regime Permanente.Balanço de Energia em Regime Permanente.

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Em regime permanente, a taxa de calor gerado (MEm regime permanente, a taxa de calor gerado (M --W) deve igualar W) deve igualar a taxa de calor liberado pelo corpo segundo,a taxa de calor liberado pelo corpo segundo,

Balanço de Energia em Regime Permanente.Balanço de Energia em Regime Permanente.

 RES  RES SK  RES SK  E C  E  RC QQW M 

calor demetabólica produçãoM 

realizadomecânicotrabalhoW 

respiração pelaliberadocalor  RES 

Q

 pele pelaliberadocalor SK 

Q

respiraçãonaconvecção por liberadocalor  RES C 

respiraçãoadevidoaevaporativ perda RES  E 

radiaçãoeconvecçãoadevido peledasensívelcalor de perda RC 

 peleda partir acalor deaevaporativ perdaSK  E 

2. Balanço Energético do CorpoHumano

(1)

Grandezas emW/m2

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Desenvolvido por Desenvolvido por  GaggeGagge etet. al. (1971, 1986) assume o corpo. al. (1971, 1986) assume o corpohumano como formado por dois compartimentos (2 nós) distintoshumano como formado por dois compartimentos (2 nós) distintos

(2 cilindros concêntricos um(2 cilindros concêntricos um internointerno →→ esqueleto, mesqueleto, múúsculos esculos eóórgãos; outrorgãos; outro externoexterno →→ pelepele..

Balanço de Energia em Regime TransienteBalanço de Energia em Regime Transiente – – 2 nós2 nós

O balanço transiente assume que a taxa de calor armazenadoO balanço transiente assume que a taxa de calor armazenadoiguale a taxa líquida de ganho de calor menos a perda de calor.iguale a taxa líquida de ganho de calor menos a perda de calor.

Uma equação para cada compartimento é adotada,Uma equação para cada compartimento é adotada,

SK CR RES  RES CR Q E C W M S  ,

SK SK CRSK  E  RC QS  ,

internontocompartimenoarmazenadocalor CRS 

externontocompartimenoarmazenadocalor SK S 

externoaointernontocompartimr dosferidocalor tran, SK CRQ

2. Balanço Energéticodo Corpo Humano

(2)

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A taxa de calor armazenado no corpo é igual a sua taxa deA taxa de calor armazenado no corpo é igual a sua taxa devariação da energia internavariação da energia interna..

Balanço de Energia em Regime TransienteBalanço de Energia em Regime Transiente – – 2 nós2 nós

 DCRb pCR Ad dt mC S     ,1

O calor armazenado em cada compartimento é calculado por emO calor armazenado em cada compartimento é calculado por emtermos de suas capacidades térmicas e taxa de variação determos de suas capacidades térmicas e taxa de variação detemperaturatemperatura..

 DSK b pSK  Ad dt C mS     ... ,

 pelenaaconcentradcorporalmassadefração 

corporalmassam

kg.K kJ3,49aprox.corpodoespecificocalor ,b pC 

empo 

2. Balanço Energético do CorpoHumano

2mcorpo,dolsuperficiaárea D A

(4)

(5)

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Como vimos, a perda sensível a partir da pele é formada por umComo vimos, a perda sensível a partir da pele é formada por umtermo convectivo e outro radiante (C+R).termo convectivo e outro radiante (C+R).

Perda de Calor Sensível a Partir da PelePerda de Calor Sensível a Partir da Pele

ambCLC CL

T T h f C 

Uma análise clássica da transferência de calor se aplica como,Uma análise clássica da transferência de calor se aplica como,

].K mW[convecção por calor transf.decoef.de2C h

 RCL RCL

T T h f  R

].K mW[radiação por calor transf.dedecoef.2 Rh

DCL AAvestidaáreadefator CL f 

][mvestidaárea2CL A

][mcorpodoárea2 D A

2. Balanço Energéticodo Corpo Humano

(6)

(7)

Roupa Pele

TSKTCL

Ta

TR 

TSKTCL

Ta

TR 

 R

 R

C+R

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As equações anteriores são então combinadas para descrever aAs equações anteriores são então combinadas para descrever aperda de calor total como,perda de calor total como,

Perda de Calor Sensível a Partir da PelePerda de Calor Sensível a Partir da Pele

OCLCL

T T h f  RC 

onde,onde,

C  RambC  R ROhhT hT hT 

C  Rhhh

Temperatura operativaTemperatura operativa →→ mméédia ponderadadia ponderadacombinada das temperaturas com relacombinada das temperaturas com relaççãoãoaos respectivos coeficientes de transferênciaaos respectivos coeficientes de transferênciade calor.de calor.

(8)

(9)

(10)

2. Balanço Energético do CorpoHumano

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Perda de Calor Sensível a Partir da PelePerda de Calor Sensível a Partir da Pele

A perda de calor sensível total pode também ser dada como,A perda de calor sensível total pode também ser dada como,

CLOCL RT T  RC  onde, Ronde, RCLCL é a resistência térmica da vestimenta [é a resistência térmica da vestimenta [mm22.K.K/W/W]]

Podemos ainda eliminar a temperatura superficial da vestimentaPodemos ainda eliminar a temperatura superficial da vestimenta(T(TCLCL), combinando as), combinando as EqsEqs (8) e (11) para obter,(8) e (11) para obter,

h f  RT T  RC  CLCLOSK  1

(11)

(12)

2. Balanço Energéticodo Corpo Humano

Roupa Pele

TSKTCL

Ta

TR 

 R

 R

TSKTCL

Ta

TR 

C+R

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Perda de Calor Evaporativa pela PelePerda de Calor Evaporativa pela Pele

Depende dos seguintes fatores:Depende dos seguintes fatores:

Diferença entre pressão de vapor d’água na pele e no ar;

eCLCLea sSK SK 

h f  R p pW  E  1,,

(13)

Distribuição de umidade sobre a pele;

onde,onde,

kPaambiente,ar noáguad'vapor do pressãoa p

W.kPama,vestimentdaaevaporativaresistênci 2

,

CLe R

kPamWcalor,detransf.deoevaporativ ecoeficient2eh

1)a(0 peledaumidadedefator W 

kPa pele,naáguad'vapor do pressão,  sSK  p

2. Balanço Energético do CorpoHumano

    h    t    t   p   :    /    /    i .    t   r   e   e    h   u   g   g   e   r .   c   o   m    /    i   m   a   g   e   s    /    2    0    0    7    /    1    0    /    2    4    /   s   w   e   a    t    i   n   g  -    j    j  -    0

    0    1

 .    j   p   g

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Perda de Calor Evaporativa pela PelePerda de Calor Evaporativa pela Pele

Os dois fatores mencionados estão associados a 2 mecanismos:Os dois fatores mencionados estão associados a 2 mecanismos:Evaporação do suor secretado pelo mecanismo fisiológico de

termo regulação, ERSW;

 DIF  RSW SK  E  E  E  (14)

Difusão natural de água através da pele, EDIF;

 fg  RSW  RSW  hm E  max06,01 E W  E 

 RSW  DIF  (16)(15)

Diretamente proporcionala geração de suor.

onde,onde,

C)30(akgkJ2430suor doãovaporizaçdeentalpiao fg h

max eentrerazão E  E W  RSW  RSW 

)s.m(kgsuor,degeraçãodetaxa2 RSW m

evaportiva perdamáximamax  E 

2. Balanço Energéticodo Corpo Humano

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Perda de Calor Devido a RespiraçãoPerda de Calor Devido a Respiração

Durante a respiração o corpo perde tanto calor sensível quantoDurante a respiração o corpo perde tanto calor sensível quantocalor latente.calor latente.

A perda devido a respiração pode ser significativa poisA perda devido a respiração pode ser significativa pois

o ar é inspirado em condições ambientes e expirado emo ar é inspirado em condições ambientes e expirado emcondições próximas da saturação, numa temperaturacondições próximas da saturação, numa temperaturaligeiramente superior a temperatura interna do corpo.ligeiramente superior a temperatura interna do corpo.

perdas latentesperdas latentes→→

Daexa RES  RES  AT T cpmC 

Daex fg  RES  RES Awwhm E 

perdas sensíveisperdas sensíveis→→

onde,onde,skg pulmonar,oventilaçãdetaxa RES m

kgkgexpirado,ar doabsolutaumidadeexw

kgkginspirado,ar doabsolutaumidadeinw

Cexpirado,ar doatemperatur  oexT 

kg.K kJseco,ar doespecificocalor acp

(20)

(21)

2. Balanço Energético do CorpoHumano

        h        t        t      p      :        /        /

        f      o        t      o    -      m      e        d

        i      u      m    -      a

      r        t  .      c      o      m

        /      w      p    -      c      o      n        t      e      n        t

        /      p        l      u      g        i      n      s        /      w      p    -

        d      o      w      n        l      o      a        d

        M      o      n        i        t      o      r        /      u      s      e      r

_      u      p        l      o      a        d      s

        /        D      u      n        i

        k      o        %        5        C        '      s_        B      r      e      a

        t        h  ,_        1        9

        7        6  .        j      p

      g

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7

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Perda de Calor Devido a RespiraçãoPerda de Calor Devido a Respiração

Em condições normais, é uma função da taxa metabólica M,Em condições normais, é uma função da taxa metabólica M,dada por (dada por (Fanger Fanger , 1970),, 1970),

M  K m  RES  RES  .

 RES m

(22)

onde Konde KRESRES é umaé uma constconst. de proporcionalidade (K=2,58 kg.m. de proporcionalidade (K=2,58 kg.m22/MJ/MJ))

O ar expirado pode ser consideradoO ar expirado pode ser considerado quasiquasi--saturadosaturado nanatemperatura do corpo, usando as seguintes correlações (temperatura do corpo, usando as seguintes correlações (Fanger Fanger ,,1970),1970),

aaex wT T  .32.066,06,32 (23)

aaaex wT ww 80,0000065,00277,0 (24)

A umidade absoluta, como sabemos, pode ser dada por,A umidade absoluta, como sabemos, pode ser dada por,

at 

aa

 p p

 pw

622,0 (25)

2. Balanço Energéticodo Corpo Humano

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Perda de Calor Devido a RespiraçãoPerda de Calor Devido a Respiração

Usando aproximações e simplificações adequadas e substituindoUsando aproximações e simplificações adequadas e substituindoos valores deos valores de hhfgfg ee cpcpaa nas condições padrão, asnas condições padrão, as EqsEqs. (20) e (21). (20) e (21)

são consideradas para obter,são consideradas para obter,

Daa RES  RES 

A pM T M  E C  87,50173,0340014,0 (26)

2. Balanço Energético do CorpoHumano

comcom ppaa emem kPakPa e Te Taa emem ooCC..

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33Dados e Engenharia

e Medições

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3. Dados de Engenharia e Medições

A aplicação prática das equações precedentes requer oA aplicação prática das equações precedentes requer oconhecimento prévio de uma série de variáveis.conhecimento prévio de uma série de variáveis.

Área Superficial do corpoÁrea Superficial do corpo

Os termos nas equações de balanço energético mostradas sãoOs termos nas equações de balanço energético mostradas sãodados em termos de fluxo de calor, ou seja por unidade de área ddados em termos de fluxo de calor, ou seja por unidade de área d oocorpo (Wcorpo (W/m/m22).).

DuboisDubois (1916) propôs a seguinte equação para o cálculo da área(1916) propôs a seguinte equação para o cálculo da áreasuperficial do corposuperficial do corpo núnú,,

725,0425,0 ..202,0 Lm A D (27)

onde,2

mnú,corpodoárea D A

kgcorporal,massam

mestatura, L

Para, m=70 kg e L=1,73 mtemos AD=1,8m2(homem médio)

DuBoisD, DuBois EF. A formula to estimate the approximatesurface area if height and weight be known. Arch Intern Medicine.1916; 17:863-71.http://www-users.med.cornell.edu/~spon/picu/calc/bsacalc.htm

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3. Dados de Engenharia e Medições

Para levar em conta o uso de vestimentas, um fator de correçãoPara levar em conta o uso de vestimentas, um fator de correçãoda área deda área de DuboisDubois f f CLCL=A=ACLCL//AADD deve ser usado no cálculo dosdeve ser usado no cálculo dostermos determos de transf transf . de calor a partir da pele (C,R,E. de calor a partir da pele (C,R,ESKSK).).

Taxa Metabólica e Eficiência MecânicaTaxa Metabólica e Eficiência Mecânica

A produção metabólica de energia aumenta proporcionalmenteA produção metabólica de energia aumenta proporcionalmentecom a intensidade da atividade física.com a intensidade da atividade física.

A tabela a seguir fornece valores da taxa metabólica paraA tabela a seguir fornece valores da taxa metabólica paradiferentes atividades físicas efetuadas continuamente.diferentes atividades físicas efetuadas continuamente.

M = 58,2 WM = 58,2 W/m2/m2    h    t    t   p   :    /    /   w   w   w .   e

   y   e   s   o   n    d   e   s    i   g   n .   n

   e    t    /   p    i   c    t   u   r   e   s    /   p   o   r    t   r   a    i    t   s    /    h   e   r   m   a   n    1

 .    j   p   g

    h    t    t   p   :    /    /    h   o   m   e   p   a   g   e .   m

   a   c .   c

   o   m    /   s    f   e    /    h   e   n   r   y    /   r   u   s    t    i   c  -   s   c   e   n   e    /   m   a   n

_   s   e   a    t   e    d  -    f   u

    l    l .    J    P    G

    h    t    t   p   :    /    /    i .    f   a   c    t   m   o   n   s    t   e   r .   c   o   m    /    i   m   a   g   e   s    /    h   o   m   e    /   w   r   e   s    t    l    i   n   g  -   g   o    l    d    b   e   r   g .    j   p

   g

M=40WM=40W/m/m22 M = 450 WM = 450 W/m2/m2

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3. Dados de Engenharia e Medições

Taxas metabólicas para diferentes atividades físicas.Taxas metabólicas para diferentes atividades físicas.

OBS.: A precisão dos valores tabelados éadequada para Mact < 1,5 met. Para Mact > 3a incerteza pode ser de 50%.

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3. Dados de Engenharia e Medições

Notas GeraisNotas Gerais::

Capacidade energética máxima de um homem saudável:Capacidade energética máxima de um homem saudável:M=12M=12 metmet na idade de 20 anosna idade de 20 anosM= 7M= 7 metmet na idade de 70 anos.na idade de 70 anos.

Para mulheres os valores são cerca de 30 % menores.Para mulheres os valores são cerca de 30 % menores.

Corredores de longa distancia e atletas treinados podem atingir Corredores de longa distancia e atletas treinados podem atingir taxas metabólicas máximas de até 20taxas metabólicas máximas de até 20 metmet..

Um adulto de 35 anos que não pratique exercícios podeUm adulto de 35 anos que não pratique exercícios pode alcançar cercaalcançar cercade 10de 10 metmet, sendo que atividades com, sendo que atividades com metmet > 5 são exaustivas.> 5 são exaustivas.

No diaNo dia--aa--dia atividades variadas e intermitentes requerem o cálculodia atividades variadas e intermitentes requerem o cálculode uma valor de M médio ponderado como,de uma valor de M médio ponderado como,

n

i

iiM  p

M 1 100

(27)

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Eficiência MecânicaEficiência Mecânica

Para obter valores de M mais precisos a seguinte equaçãoPara obter valores de M mais precisos a seguinte equaçãoempírica pode ser usada (empírica pode ser usada (NishiNishi, 1981),, 1981),

DO AV  RQM 

277,0.23,0352

onde,

inspiradoOdemolar volumeo paraexpiradoCOdemolar volumeiorespiratór quociente

2

2 RQ

]minlitros[kPa101C,0aconsumidoOdecavolumétriTaxa o

22OV 

Nas equações anteriores a taxa de trabalho produzida pelosNas equações anteriores a taxa de trabalho produzida pelosmúsculos (W) foi considerada no balanço energético do corpo.músculos (W) foi considerada no balanço energético do corpo.

PodePode--se definir a eficiência mecânica do corpo humano,se definir a eficiência mecânica do corpo humano,    pelapelarazão entrerazão entre W e M (W e M (  ==WW /M /M).).

(28)

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3. Dados de Engenharia e Medições

Eficiência MecânicaEficiência MecânicaEm geralEm geral    < 5 a 10% enquanto em condi< 5 a 10% enquanto em condiççõesões óótimastimas   MAXMAX = 20 a24 % ((NishiNishi, 1981)., 1981).

É comum assumir que a taxa de trabalho mecânico W seja nula,É comum assumir que a taxa de trabalho mecânico W seja nula,pois,pois,WW éé de fato pequeno em relade fato pequeno em relaçção a M;ão a M; As estimativas de M são sujeitas a incertezas, e;As estimativas de M são sujeitas a incertezas, e; TemTem--se uma anse uma anáálise mais conservativo.lise mais conservativo.

Coeficientes de Transferência de Calor Coeficientes de Transferência de Calor 

Nas equações anteriores verificamos a necessidade doNas equações anteriores verificamos a necessidade doconhecimento de vários coeficientes deconhecimento de vários coeficientes de transf transf . de calor,. de calor,necessários a realização do balanço de energia do corpo humano.necessários a realização do balanço de energia do corpo humano.

Assim, discutimos agora o cálculo desses componentes.Assim, discutimos agora o cálculo desses componentes.

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3. Dados de Engenharia e Medições

Coeficiente de Transferência de Calor por RadiaçãoCoeficiente de Transferência de Calor por Radiação

Tal coeficienteTal coeficiente linearizadolinearizado pode ser calculado por,pode ser calculado por,

3

22,273...4

 

 

 

 

r CL

 D

T T 

 A

 A

h   

onde,

 peleouavestimentdamédiadeemissivida 

)mW10(5,67Boltzman-Stephandeconst.42-8

 K  

2mcorpo,doradianteefetivaárear  A

Em geral, a razão AEm geral, a razão A/D vale 0,7 para o individuo sentado e 0,73/D vale 0,7 para o individuo sentado e 0,73quando em pquando em péé..

A emissividade pode ser em geral considerada unitária (A emissividade pode ser em geral considerada unitária (≈≈0,950,95), a), anão ser que materiais refletivos especiais sejam usados ou fontenão ser que materiais refletivos especiais sejam usados ou fonte ssde temperatura elevada ocorram.de temperatura elevada ocorram.

(31)

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Coeficiente de Transferência de Calor por RadiaçãoCoeficiente de Transferência de Calor por Radiação

Pode não ser possível obter hPode não ser possível obter h r r  diretamente dadiretamente da EqEq. (31) pois T. (31) pois TCLCL

pode também ser incógnitapode também ser incógnita →→ processo iterativoprocesso iterativo

Em condições típicas (amb. climatizados), hr ≈ const=4,7 W/m2.K

que produz resultados satisfatórios para aplicações deengenharia.

Coeficiente de Transferência de Calor ConvectivoCoeficiente de Transferência de Calor Convectivo

A tabela a seguir apresenta equações para a estimativa dosA tabela a seguir apresenta equações para a estimativa doscoeficientes convectivos em diferentes condições.coeficientes convectivos em diferentes condições.

A precisão dos valores obtidos dessa tabela é adequada paraA precisão dos valores obtidos dessa tabela é adequada parapressões próximas de 101,33pressões próximas de 101,33 kPakPa, caso contrário,, caso contrário,

55,0

,33,101

local ccorr r  phh (32)

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Coeficiente de Transferência de Calor ConvectivoCoeficiente de Transferência de Calor Convectivo -- TabelaTabela

NotaNota: O efeito combinado da radiação e convecção pode ser representa: O efeito combinado da radiação e convecção pode ser representado por umdo por umcoeficiente “h” obtido pela soma de “hcoeficiente “h” obtido pela soma de “h r r ” e “” e “hhcc”.”.

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Coeficiente de Transferência de Calor Evaporativo,Coeficiente de Transferência de Calor Evaporativo, hhee

Pode ser obtido do coeficiente convectivoPode ser obtido do coeficiente convectivo hhcc, usando a, usando a Relação deRelação de

LewisLewis RRLeLe, fazendo,, fazendo,

c Lee h Rh .

Valor típico =16,5 oC/kPa

Novamente, se a pressão é significativamente diferente de 101,33Novamente, se a pressão é significativamente diferente de 101,33kPakPa, deve, deve--se aplicar uma correção, como,se aplicar uma correção, como,

45,0

,33,101

local ecorr e phh (33)

Isolamento e Permeabilidade de VestimentasIsolamento e Permeabilidade de Vestimentas

Métodos precisos para a determinação do isolamento térmico deMétodos precisos para a determinação do isolamento térmico devestimentas são:vestimentas são:MediMediçção usando manequins aquecidos (ão usando manequins aquecidos (McCulloghMcCullogh ee Jones,1984;Jones,1984;

OlesenOlesen ee NielsenNielsen, 1983), e ;, 1983), e ;MediMediçções com sujeitos ativos (ões com sujeitos ativos (NishiNishi etet. al, 1975);. al, 1975);

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Isolamento e Permeabilidade de VestimentasIsolamento e Permeabilidade de VestimentasUsandoUsando--se manequins térmicos podese manequins térmicos pode--se medir a perda de calor sensível ase medir a perda de calor sensível apartir da pele (C+R) em diferentes condições. Com isso, a partir partir da pele (C+R) em diferentes condições. Com isso, a partir  dada EqEq..(12) é possível determinar a resistência térmica da vestimenta ((12) é possível determinar a resistência térmica da vestimenta ( RRCLCL).).

h f  RT T  RC  CLCLOSK  1

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Isolamento e Permeabilidade de VestimentasIsolamento e Permeabilidade de Vestimentas

VISUALISATION OF LOCAL THERMAL COMFORT MEASURED BY DRESSMANErhard Mayer andRudolfSchwab

AbstractA new type of thermal manikin DRESSMAN(Dummy Representing Suit for Simulation of HuMAN heatloss) consists of an overall –deliverable in different sizes. The heated

sensors are matchbox-sized „artificial skins“,which can be fixed at the overall by velcrosefastening. These measure the ResultantSurface Temperatures (RST) resulting out of aconstant heat flux and the thermal conditions.The local RST is linearly correlated to the localequivalent temperature and the human thermalsensation. DRESSMAN combines advantages of heated dummies (geometry) and of smallsensors (small response time, local thermalconditions). The measured values arevisualised on a virtual manikin by colouredareas. This can be done in an online and offlinemode.

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Isolamento e Permeabilidade de VestimentasIsolamento e Permeabilidade de Vestimentas

No caso do uso de sujeitos ativos, éNo caso do uso de sujeitos ativos, énecessário medir Tnecessário medir TSKSK, T, TCLCL e Te TOO. A. Aeficiência térmica da vestimenta é entãoeficiência térmica da vestimenta é entãocalculada por,calculada por,

OSK 

OCLCL

T T 

T T  F 

(34)

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Isolamento e Permeabilidade de VestimentasIsolamento e Permeabilidade de Vestimentas

Para a maioria das aplicações de engenharia contudo, estimativasPara a maioria das aplicações de engenharia contudo, estimativasa partir de tabelas e equações são suficientes.a partir de tabelas e equações são suficientes.

Tradicionalmente, a resistência térmica de vestimentas é expressTradicionalmente, a resistência térmica de vestimentas é express aaem termos da unidade “em termos da unidade “cloclo”, simbolizada por “I”.”, simbolizada por “I”.

A razão entre “I” e a resistência térmica “R” é dada por,A razão entre “I” e a resistência térmica “R” é dada por,

 I  R .155,0 (35)

11 cloclo = 0,155 m= 0,155 m22.K.K/W/W

A tabela a seguir apresenta valores típicos de ICL para conjuntoA tabela a seguir apresenta valores típicos de ICL para conjunto ssde vestuários típicasde vestuários típicas

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Isolamento e Permeabilidade de VestimentasIsolamento e Permeabilidade de Vestimentas

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Isolamento e Permeabilidade de VestimentasIsolamento e Permeabilidade de Vestimentas

DesconhecendoDesconhecendo--se o valor de Ise o valor de ICLCL para um vestuário, podepara um vestuário, pode--seseconsiderar peças individuais, computando o isolamento térmico doconsiderar peças individuais, computando o isolamento térmico doconjunto por conjunto por ((McCulloghMcCullogh ee Jones,1984)Jones,1984),,

i

icloCL I  I  161,0835,0 ,

(36)

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Isolamento e Permeabilidade de VestimentasIsolamento e Permeabilidade de Vestimentas

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Isolamento e Permeabilidade de VestimentasIsolamento e Permeabilidade de Vestimentas

Alternativamente, podeAlternativamente, pode--se também empregar a seguinte formulase também empregar a seguinte formulapara Ipara ICLCL,,

iicluCL

I  I , (37)

A precisão dos resultados obtidos dasA precisão dos resultados obtidos das EqsEqs. (36) e (37) é da ordem. (36) e (37) é da ordemdede 25%, se as tabelas forem usadas de forma cuidadosa.25%, se as tabelas forem usadas de forma cuidadosa.

Em condições nas quais o valor de ICLU,i para uma peça deEm condições nas quais o valor de ICLU,i para uma peça devestuário nãovestuário não esetáesetá disponível, seu valor de isolamento pode ser disponível, seu valor de isolamento pode ser estimado por estimado por ((McCulloghMcCullogh ee Jones,1984)Jones,1984),,

0549,0135,0534,0, DG f iCLU  A A x I  (38)

onde,

mmespessura, f  x2

ma,vestiment pelacobertacorpodosuperficieG A

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Permeabilidade de UmidadePermeabilidade de Umidade

A permeabilidade de uma dada vestimenta é expressa em termosA permeabilidade de uma dada vestimenta é expressa em termosde um fator adimensional de eficiência a permeabilidade do vapor de um fator adimensional de eficiência a permeabilidade do vapor 

“i”.“i”.

A tabela anterior apresenta valores de “A tabela anterior apresenta valores de “ iiclcl” (vestimenta) e para “” (vestimenta) e para “iimm””(total(total – – considerando a camada de ar entre a pele e a vestimenta).considerando a camada de ar entre a pele e a vestimenta).

Em geral, para conjuntos de vestimentas usuais, temos 0,3 <Em geral, para conjuntos de vestimentas usuais, temos 0,3 < iimm <<0,5. Assim, assumir 0,5. Assim, assumir iimm=0,4 é uma estimativa razoável que pode ser =0,4 é uma estimativa razoável que pode ser usada na ausência de informação mais detalhada.usada na ausência de informação mais detalhada.

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Permeabilidade de UmidadePermeabilidade de Umidade

A tabela anterior também apresenta razões entre parâmetrosA tabela anterior também apresenta razões entre parâmetrosrelativos a vestimenta permitindo obter relativos a vestimenta permitindo obter  RetRet (resistência(resistênciaevaporativa total, mevaporativa total, m22kPakPa/W)./W).

O valor de “O valor de “ iimm” ou de “” ou de “RRetet” pode ser substituído diretamente na” pode ser substituído diretamente naequação para a perda de calor a partir da pele.equação para a perda de calor a partir da pele.

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Área VestidaÁrea Vestida

No cálculo do calor transferido pelas equações anteriores éNo cálculo do calor transferido pelas equações anteriores énecessário usar o fator necessário usar o fator  f f CLCL=A=ACLCL/A/ADD.. Para tal, mPara tal, méétodos fotogr todos fotogr ááficosficos((OlesenOlesen etet al, 1982) podemos ser usadosal, 1982) podemos ser usados..

Nas aplicações práticas, contudo, valores tabelados deNas aplicações práticas, contudo, valores tabelados de f f CLCL paraparaconjuntos de vestimenta típicos são suficientes (Tabela anterior conjuntos de vestimenta típicos são suficientes (Tabela anterior ))..

Além disso, uma estimativa grosseira pode ser feita através deAlém disso, uma estimativa grosseira pode ser feita através de((McCulloghMcCullogh e Jones, 1984),e Jones, 1984),

cl CL I  f  3,00,1 (39)

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3. Dados de Engenharia e Medições

Perda de Calor Evaporativo TotalPerda de Calor Evaporativo Total

A perda de calor latente total pelo corpo deveA perda de calor latente total pelo corpo deve --se tanto ase tanto aevaporação do suor (Eevaporação do suor (ESKSK) quanto ao processo respiratório (E) quanto ao processo respiratório (ERESRES).).

Tal perda total relacionaTal perda total relaciona--se diretamente a perda de massase diretamente a perda de massacorporal no tempo (taxa de perda de massa, dmcorporal no tempo (taxa de perda de massa, dm /d/d),), comocomo dadodadopor por ,,

D fg  RES SK  Ad dmh E  E    (40)

onde,

kgkJágua,daãovaporizaçdelatenteecalor  fg h

kgcorporal,massam

sempo, 

O uso desta equação pode requerer ajustes para ter em contaO uso desta equação pode requerer ajustes para ter em contasubstancia consumidas ou liberadas pelo corpo.substancia consumidas ou liberadas pelo corpo.

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44Parâmetros Ambientais

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4. Parâmetros Ambientais

Parâmetros ambientais permitem “descrever” termicamente oParâmetros ambientais permitem “descrever” termicamente oambiente climatizado, do ponto de vista do conforto térmico queambiente climatizado, do ponto de vista do conforto térmico que ééproporcionado. Tais parâmetros podem ser determinados por proporcionado. Tais parâmetros podem ser determinados por métodosmétodos diretosdiretos ouou indiretosindiretos..

Métodos DiretosMétodos Diretos

Baseados naBaseados na medição diretamedição direta dos seguintes parâmetros:dos seguintes parâmetros:

• Temperatura do ar, Ta;• Temperatura de bulbo úmido do ar, TBU;• Temperatura de ponto de orvalho do ar, T;• Pressão de vapor s’água, Pa;• Pressão atmosférica local, Pt;• Umidade relativa, UR;• Umidade absoluta, w;• Velocidade do ar, v;• Temperatura radiante média, TR;• Temperatura de globo, Tg.

A instrumentaçãonecessária para amedição dessesparâmetros é

apresentada naliteratura especifica.

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4. Parâmetros Ambientais

Temperatura Radiante MédiaTemperatura Radiante Média

Parâmetro chave no cálculo do conforto térmico. Representa umaParâmetro chave no cálculo do conforto térmico. Representa umatemperatura uniforme de invólucro imaginário no interior do qualtemperatura uniforme de invólucro imaginário no interior do qual aa

transferência de calor por radiação entre o corpo e o invólucrotransferência de calor por radiação entre o corpo e o invólucroiguala a que ocorre no ambiente climatizado real.iguala a que ocorre no ambiente climatizado real.

A precisão de sua determinação varia consideravelmente emA precisão de sua determinação varia consideravelmente emfunção do tipo de ambiente , precisão das medidas individuais efunção do tipo de ambiente , precisão das medidas individuais eda forma do sensor usado (globo esféricoda forma do sensor usado (globo esférico  – – pessoa sentada,pessoa sentada,elipsóideelipsóide – – pessoa em pé, etc.)pessoa em pé, etc.)

4

1

4,0

6,084

.

101,1273

a g a

 g r  T T  D

V T T 

 

(41)

Métodos IndiretosMétodos Indiretos

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4. Parâmetros Ambientais

Temperatura Radiante MédiaTemperatura Radiante Média

TTRR pode também ser calculado a partir da medida daspode também ser calculado a partir da medida dastemperaturas de superfícies envoltórias e da posição relativa dotemperaturas de superfícies envoltórias e da posição relativa do

ocupante em relação as mesmas.ocupante em relação as mesmas.A maioria dos materiais de uso comum em ambientes possuemA maioria dos materiais de uso comum em ambientes possuemelevada emissividade podendo ser assumidos com corpos negroselevada emissividade podendo ser assumidos com corpos negros((=1=1). Assim,). Assim,

n pn p pr  F T  F T  F T T  ...4

2

4

21

4

1

4 (42)

onde,

K média,radiantetemp.r T 

K ,n""superficiedatemp.nT 

n""superficieaeocupanteoentreangular fator n p F 

Os fatores angulares são de difícil determinação analítica. EmOs fatores angulares são de difícil determinação analítica. Emgeral são obtidos de fontes como os gráficos a seguir ...geral são obtidos de fontes como os gráficos a seguir ...

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4. Parâmetros Ambientais

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4. Parâmetros Ambientais

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4. Parâmetros Ambientais

Temperatura Radiante MédiaTemperatura Radiante Média

Se, a diferença de temperatura entre as superfícies do invólucroSe, a diferença de temperatura entre as superfícies do invólucro éépequena, podemos simplificar a equação, anterior como,pequena, podemos simplificar a equação, anterior como,

n pn p pr  F t  F t  F t t  ... 2211 (43)

Em geral, é pequenoEm geral, é pequeno ≈≈ 0,200,20 ººCCr r  t T 

O valor de pode também ser calculado a partir da temperatur O valor de pode também ser calculado a partir da temperatur aaradiante do plano que representa a temperatura uniforme deradiante do plano que representa a temperatura uniforme deum invólucro imaginário no qual o fluxo de radiação incidenteum invólucro imaginário no qual o fluxo de radiação incidentesobre um dos lados de um pequeno elemento plano é o mesmosobre um dos lados de um pequeno elemento plano é o mesmoque o observado no ambiente real (que o observado no ambiente real (McIntyreMcIntyre, 1974)., 1974).

 pr t 

Enquanto é usado na definição da radiação térmica para o corpohumano com um todo, i.e., considerando todas as direções,descreve a radiação em uma única direçãi ;

r t 

 pr t 

r t 

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4. Parâmetros Ambientais

Temperatura Radiante MédiaTemperatura Radiante Média

Dessa forma, o cálculo de a partir de deve considerar 6Dessa forma, o cálculo de a partir de deve considerar 6direções (acima, abaixo, esquerda, direita, frontal e posterior)direções (acima, abaixo, esquerda, direita, frontal e posterior) ,,

além dos fatores de área projetada do corpo nessas 6 direções.além dos fatores de área projetada do corpo nessas 6 direções.

30,022,018,0.2

30,022,018,0 ,,,,,,

back  pr  front  pr left  pr right  pr down pr up pr 

t t t t t t t 

 pr t r 

Para uma pessoa sentada,Para uma pessoa sentada,

Para uma pessoa em pé, a forma da equação é a mesma sendoPara uma pessoa em pé, a forma da equação é a mesma sendoporem usados outros fatores de área projetada, quais sejam:porem usados outros fatores de área projetada, quais sejam:

0,08 em vez de 0,180,23 em vez de 0,220,35 em vez de 0,30

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55Índices Ambientais

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5. Índices Ambientais

Simplificam a descrição térmica de um ambiente climatizado, pelaSimplificam a descrição térmica de um ambiente climatizado, pelacombinação de dois ou mais parâmetros como, por exemplo,combinação de dois ou mais parâmetros como, por exemplo,temperatura radiante média, umidade relativa, velocidade do ar,temperatura radiante média, umidade relativa, velocidade do ar,etc., englobando suas influências individuais numa única variáveetc., englobando suas influências individuais numa única variável.l.

Os índices ambientais são classificados segundo 2 tipos:Os índices ambientais são classificados segundo 2 tipos:

índices ambientais racionais: baseados nos conceitos térmicosíndices ambientais racionais: baseados nos conceitos térmicosapresentados antes;apresentados antes;

índices ambientais empíricos: baseados em medições ouíndices ambientais empíricos: baseados em medições ourelações simplificadas não necessariamente derivados dosrelações simplificadas não necessariamente derivados dosconceitos teóricos.conceitos teóricos.

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5. Índices Ambientais

Temperatura Efetiva, ET*Temperatura Efetiva, ET*

Definido como a temperatura numa umidade relativa de 50 % queDefinido como a temperatura numa umidade relativa de 50 % queresulta na mesma perda de calor total a partir da pele como noresulta na mesma perda de calor total a partir da pele como noambiente real.ambiente real.

 s ET amOp p LRiW T  ET 

*,5,0... (41)

onde,Coperativa,temp.

oOT 

úmida peledefração

vapor detotaldade permeabilimi

kPaCLewis,derelaçãoo LR

kPaambiente,ar noáguad'vapor de pressãoa p

kPa,avapor dosaturaçãode pressão*,

ET  p s ET 

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5. Índices Ambientais

Temperatura Efetiva, ET*Temperatura Efetiva, ET*

A equação de definição de ET*,

 s ET amO

p p LRiW T  ET *,

5,0... (41)

é dada em função da temperatura operativa TO (Eq. ---),

C  RambC  R RO hhT hT hT 

Temperatura operativaTemperatura operativa →→ mméédiadiaponderada combinada das temperaturasponderada combinada das temperaturasambiente com relaambiente com relaçção aos respectivosão aos respectivoscoeficientes de transferência de calor.coeficientes de transferência de calor.

Assim, ET* traduz, em um único índice, o efeito combinado de 3parâmetros: Tr , Ta e pa

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5. Índices Ambientais

Temperatura Efetiva, ET*Temperatura Efetiva, ET*

Com base em ET* e TO, a ASHRAE define uma zona de confortotérmico padrão (comfort envelope) mostrada abaixo.

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5. Índices Ambientais

Índice de Stress Térmico (HSI,Índice de Stress Térmico (HSI, HeatHeat StressStress IndexIndex))

Proposto originalmente por Belding & Hatch (1955) representa arazão entre a perda de calor evaporativo total (ESK) necessária aoequilíbrio térmico e a perda evaporativa de calor máxima possívelno ambiente, multiplicada por 100, em regime permanente (SSK eSCR=0), com com TSK=35=cte.

Como mostrado antes a razão ESK/EMAX corresponde ao fator depele úmida W (Eq. ).

Quando HSI>100 → aquecimento do corpo.

Quando HSI < 0 → resfriamento do corpo.

EMAX = 700 W/m2 (Belding & Hatch, 1955) para uma taxa detranspiração de aprox. 280 mg/(s.m2).

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5. Índices Ambientais

Índice de Stress Térmico (HSI,Índice de Stress Térmico (HSI, HeatHeat StressStress IndexIndex))

Para 0 HSI 100, a tabela abaixo descreve as implicaçõesfisiológicas e higiênicas para uma jornada de 8 horas de trabalho.

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5. Índices Ambientais

Temperatura de Bulbo Úmido de Globo (WBGT)Temperatura de Bulbo Úmido de Globo (WBGT)

Índice ambiental que combina,a temperatura de bulbo seco, TDB;

a temperatura de bulbo úmido ventilada naturalmente, T nWB;a temperatura de globo negro, Tg;de acordo com a seguinte equação (para exposição ao sol – TnWB

exposto ao sol e Ta mantido a sombra),

a g nWB T T T WBTG .1,0.2,0.7,0 (46)

Para ambientes fechados a Eq. (46) é simplificada como,

 g nWB T T WBTG .3,0.7,0 (47)

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5. Índices Ambientais

Outros índices ambientais encontram-se definidos na literaturamas, sua aplicação extrapola as características das aplicações

comuns de ar condicionado de conforto.

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Fim da primeira aula

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66Previsão do

Conforto Térmico

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6. Previsão do Conforto Termico

Conforto térmico pode ser definido como “a condição na qual umConforto térmico pode ser definido como “a condição na qual umindividuo expressa satisfação térmica com o ambiente no qual seindividuo expressa satisfação térmica com o ambiente no qual seencontra”.encontra”.

Em última análise “conforto” é uma qualidade subjetiva que seEm última análise “conforto” é uma qualidade subjetiva que serelaciona a facilidade com que o corpo humano mantêm umrelaciona a facilidade com que o corpo humano mantêm umbalanço térmico com o ambiente no qual se encontra.balanço térmico com o ambiente no qual se encontra.

Estudos experimentais para um grupo de 1600 estudantes (Estudos experimentais para um grupo de 1600 estudantes (RohlesRohlesee NevinsNevins, 1971;, 1971; RohlesRohles, 1973) revelaram correlações, 1973) revelaram correlações estatisticasestatisticasentre nível de conforto, temperatura, umidade, sexo e tempo deentre nível de conforto, temperatura, umidade, sexo e tempo deexposição, segundo,exposição, segundo,

Tais resultados são mostrados na tabela a seguir ...Tais resultados são mostrados na tabela a seguir ...

c P bT aY  BS  ..

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6. Previsão do Conforto Termico

-3 Y  3

+3+3 --33--22--11+2+2 +1+1 00

MuitoQuente

AlgoQuente

NEUTROQuente AlgoFrio

Frio MuitoFrio

↓↓Indice PMVPMV (PredictedMean Vote):

Prevê a resposta média de um grandegrupo de pessoas de acordo com aescala de sensação térmica ASHRAE.

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6. Previsão do Conforto Térmico

Balanço Energético em Regime Permanente.Balanço Energético em Regime Permanente.

Fanger (1982) relacionou dados de conforto térmico com variáveisfisiológicas de forma que, num dado nível de atividade metabólicacom variáveis e com o corpo em quasi equilíbrio térmico com oambiente, T

SK

e ERSW

são os únicos parâmetros fisiológicos queinfluenciam o balanço térmico.

Porém, a existência de um equilíbrio térmico entre o corpo e oambiente não é condição suficiente para garantir o confortotérmico → na ampla faixa de condições ambientais em que obalanço pode ser obtido, apenas uma estreita faixa provê conforto.

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6. Previsão do Conforto Térmico

Balanço Energético em Regime Permanente.Balanço Energético em Regime Permanente.

Baseado em dados de Rohles e Nevins, foram estabelecidasregressões lineares que fornecem os valores de TSK e ERSW

requeridos (req) para o conforto térmico.

W M T  reqSK  0275,07,35, (51)

15,5842,0, W M  E req RSW  (52)

M↑ TSK↓ ERSW↑

Substituindo as Eqs. (51) e (52) na equação (12) que fornece C+Re nas Eqs. (...) e (...) para ESK, a equação do balanço de energia(...) pode ser usada para determinar a combinação dos 6parametros pessoais e ambientais que otimizam o conforto emregime permanente.

Page 19: Capítulo 3 - Conforto Térmico

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6. Previsão do Conforto Térmico

Balanço Energético em Regime Permanente.Balanço Energético em Regime Permanente.

A combinação das variáveis pessoais e ambientais que produzuma sensação neutra pode ser expressa como,

aa

acl ccl 

r cl cl 

T M  pM 

W M T T h f 

T T  f W M 

340014,087,50173,0

15,5805,3

2732731096,3 448

(53)

onde TCL é calculado por,

a

a

a

cl cl 

T M 

 pM W M 

 pW M 

W M  RW M T 

340014,0

87,50173,015,5842,0

007,073,505,3

0275,07,35

(54)

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6. Previsão do Conforto Térmico

Balanço Energético em Regime Permanente.Balanço Energético em Regime Permanente.

Os valores necessários para hc e f cl nas equações anteriorespodem ser obtidos da seção “Dados de Engenharia” sendo que

Fanger(1982) considerou o seguinte,

V T T 

V T T 

T T h

acl 

acl acl c

1,1238,2

1,1238,2 

1,12

38,225,0

25,025,0

(55)

(56)clo I 

clo I 

 I 

 I  f 

cl 

cl 

cl 

cl 

cl  5,0

 5,0 

1,005,1

2,000,1

Os gráficos a seguir ilustram a aplicação da Eq. (53).

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6. Previsão do Conforto Térmico

Balanço Energético em Regime Permanente.Balanço Energético em Regime Permanente.

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6. Previsão do Conforto Térmico

Balanço Energético em Regime Permanente.Balanço Energético em Regime Permanente.

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6. Previsão do Conforto Térmico

Balanço Energético em Regime Permanente.Balanço Energético em Regime Permanente.

Fanger (1970) relacionou o PMV com o desequilíbrio entre o calor realmente transferido pelo corpo em um dado ambiente e o calor 

transferido pelo corpo em condições ótimas, como,  L PMV  028,0036,0exp303,0 (57)

onde “L” representa a carga térmica do corpo dada como,

Produção de calor interna – perda de calor para o ambiente real↓

Ocupante hipoteticamente em condições de conforto em TSK eERSW, num dado nível de conforto

Como parte desse calculo a temperatura da vestimenta TCL éencontrada por iteração como,

acl ccl r cl cl cl 

cl 

T T h f T T  f  R

W M T 

449 273273106,39

028,07,35(57b)

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6. Previsão do Conforto Térmico

Balanço Energético em Regime Permanente.Balanço Energético em Regime Permanente.

Obtido o PMV da Eq. (57) o Percentual Predito de Insatisfeitos(PPD, PredictedPercent Dissatisfied) pode ser obtido de (Fanger, 1982),

242179,003353,0exp95100 PMV  PMV  PPD (57)

Onde “insatisfeito” é alguém não votando -1,+1 ou 0.

Tal relação é mostrada na figura a seguir. Um PPD de 10%corresponde a um PMV na faixa de 0,5. Contudo, observa-se quemesmo com um PMV=0 cerca de 5% das pessoas estarãoinsatisfeitas.

O modelo PMV-PPD é largamente usado e aceito para adeterminação das condições de conforto seja no projeto, seja emmedições de campo.

A norma ISO 7730 (ISO, 1984) inclui um pequeno códigocomputacional para facilitar o cálculo de PMV e PPD.

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6. Previsão do Conforto Térmico

Balanço Energético em Regime Permanente.Balanço Energético em Regime Permanente.

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6. Previsão do Conforto Térmico

Uma medição indireta do PMV é possível através do medidor deconforto de Madsen (1976), mostrado abaixo.

Balanço Energético em Regime Permanente.Balanço Energético em Regime Permanente.

Page 21: Capítulo 3 - Conforto Térmico

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77Parâmetros de Projeto(condições internas)

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7. Parâmetros de Projeto

A norma ABNT NBR6401 é o documento básico para o projeto deinstalações de ar condicionado, inclusive para a definição decondições internas de conforto.

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7. Parâmetros de Projeto

Parte 1: Projeto das Instalações

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7. Parâmetros de Projeto

Ultimamente a NBR6401 vem passando por um processo derevisão a muito esperado - Projeto de Norma 55:002.03-001.

A nova norma será apresentada em 3 partes:Parte 1: Projeto das instalaçõesParte 2: Parâmetros de conforto térmicoParte 3: Qualidade do Ar Interior 

Uma versão do Projeto de Norma 55:002.03-001 já foi submetido aconsulta pública e encontra-se em vias de entrar em vigor quandoentão a NBR 6401 deverá ser cancelada.

Nesta etapa do curso analisaremos apenas as partes relacionadasao conforto térmico e as condições internas de projeto.

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7. Parâmetros de Projeto

Parte 1: Projeto das Instalações

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7. Parâmetros de Projeto

Parte 2: Parâmetros de conforto térmico

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7. Parâmetros de Projeto

Parte 2: Parâmetros de conforto térmico

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7. Parâmetros de Projeto

Parte 2: Parâmetros de conforto térmico

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7. Parâmetros de Projeto

Parte 2: Parâmetros de conforto térmico

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7. Parâmetros de Projeto

Parte 2: Parâmetros de conforto térmico

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7. Parâmetros de Projeto

Parte 2: Parâmetros de conforto térmico

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7. Parâmetros de Projeto

Parte 2: Parâmetros de conforto térmico

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7. Parâmetros de Projeto

Parte 2: Parâmetros de conforto térmico

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7. Parâmetros de Projeto

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7. Parâmetros de Projeto

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7. Parâmetros de Projeto

1999 ASHRAE Handbook, HVAC Applications. Chapter 3-Commercial and PublicBuildings.

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7. Parâmetros de Projeto

1999 ASHRAE Handbook, HVAC Applications. Chapter 3-Commercial and PublicBuildings.

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1. Introdução

Executar o ProgramaExecutar o Programa

Disponível em:http://www.labeee.ufsc.br/software/analysisCst.html

Analysis CST

Software desenvolvido pelo LABEEE-UFSC voltado para a obtençãodas condições de conforto e estresse térmico.

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1. Introdução

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