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AUT0276 DESEMPENHO TÉRMICO, ARQUITETURA E URBANISMO
Clima e Conforto térmico
Profa. Dra. Denise Helena Silva Duarte, Prof. Dr. Leonardo Marques Monteiro, Prof. Dra. Ranny Loureiro Xavier Nascimento Michalski
AUT0276 DESEMPENHO TÉRMICO, ARQUITETURA E URBANISMO
CONFORTO
quanto maior for o esforço de adaptação
maior será a sensação de desconforto
AUT0276 DESEMPENHO TÉRMICO, ARQUITETURA E URBANISMO
CONFORTO TÉRMICO
• Variáveis envolvidas na transferência de calor
• Variáveis do clima exterior
• Variáveis do conforto humano
AUT0264 CONFORTO AMBIENTAL IV – TÉRMICA
Mecanismos de troca de calor
• Trocas térmicas sensíveis: envolvem diferença de temperatura
– Convecção
– Radiação
– Condução
• Trocas térmicas latentes: envolvem mudança de estado
– Evaporação
– Condensação
AUT0276 DESEMPENHO TÉRMICO, ARQUITETURA E URBANISMO
Variáveis do clima exterior
1. Temperatura (K, ºF, ºC, ºR)
– do ar
– superficial
2. Umidade
– relativa (%)
– específica (g de vapor d’água/kg de ar seco)
3. Radiação solar
– direta e difusa (W/m2)
– insolação (h)
4. Vento
– direção (graus)
– velocidade (m/s, Km/h, nós)
AUT0276 DESEMPENHO TÉRMICO, ARQUITETURA E URBANISMO
Variáveis do conforto 1. Metabolismo (MET)
2. Vestimenta (CLO)
3. Parâmetros que descrevem
termicamente o ambiente
– Temperatura do ar
– Temperatura radiante média
– Velocidade do ar
– Umidade do ar
Fonte: LAMBERTS. Roberto, et al. Eficiência
Energética na Arquitetura. São Paulo
AUT0276 DESEMPENHO TÉRMICO, ARQUITETURA E URBANISMO
BALANÇO TÉRMICO
M = + CV + R + EV
M – metabolismo
CV – trocas por convecção
R – trocas por radiação
EV – trocas evaporativas
AUT0276 DESEMPENHO TÉRMICO, ARQUITETURA E URBANISMO
TROCAS TÉRMICAS
CV – trocas por convecção
- temperatura do ar
- velocidade do ar
R – trocas por radiação
- temperatura radiante
EV – trocas evaporativas
- temperatura do ar
- umidade do ar
- velocidade do ar
AUT0276 DESEMPENHO TÉRMICO, ARQUITETURA E URBANISMO
Adaptação do corpo humano ao meio
Perdas de Calor pelo Corpo Humano
Metabolismo – Interno Externo – Trocas de calor
(Pele) Temperatura do ar
Temperatura radiante
Umidade do ar
Velocidade do ar
Convecção (~40%)
Condução (geralmente mínima)
Radiação (~40 %) Evaporação
(~20%)
AUT0276 DESEMPENHO TÉRMICO, ARQUITETURA E URBANISMO
ESTÍMULOS SENSAÇÕES
O grau de perturbação ou conforto depende de estímulos e sensações
O estímulo é objetivo | A sensação é subjetiva
Temperatura do ar Umidade do ar Velocidade do ar Temperatura radiante
(Objetivos, quantificáveis) (Subjetivas, não quantificáveis)
Depende da experiência anterior
ESTÍMULOS E SENSAÇÕES
AUT0276 DESEMPENHO TÉRMICO, ARQUITETURA E URBANISMO
ADAPTAÇÃO FISIOLÓGICA - “ACLIMATAÇÃO”
Respostas biológicas que resultam de prolongada exposição as condições térmicas características e relativamente extremas.
AUT0276 DESEMPENHO TÉRMICO, ARQUITETURA E URBANISMO
ADAPTAÇÃO PSICOLÓGICA
Diz respeito a uma percepção alterada das condições físicas devido a experiências passadas e expectativas
AUT0276 DESEMPENHO TÉRMICO, ARQUITETURA E URBANISMO
Aceitação do ambiente por questões sociais e hábitos culturais
ADAPTAÇÃO SÓCIO-CULTURAL
AUT0276 DESEMPENHO TÉRMICO, ARQUITETURA E URBANISMO
ADAPTAÇÃO COMPORTAMENTAL
Ação consciente ou inconsciente que uma pessoa poderia fazer para alterar o seu equilíbrio térmico corporal. Mudança de vestuário, acionamento de ventiladores, etc.
AUT0276 DESEMPENHO TÉRMICO, ARQUITETURA E URBANISMO
Índices de conforto
Índices de Conforto: tendam englobar em um único fator todas as variáveis.
Primeiros estudos: ASHVE (1916) - rendimento do operário na indústria
Índice de conforto de Fanger: ISO 7730 (2005); ASHRAE 55 (2004)
Modelos adaptativos: ASHRAE 55 (2004, 2010, 2013); BS EN 1525 (2007)
AUT0276 DESEMPENHO TÉRMICO, ARQUITETURA E URBANISMO
ET: Temperatura Efetiva - Houghten et al. (1923) / Vernon & Warner (1932)
AUT0276 DESEMPENHO TÉRMICO, ARQUITETURA E URBANISMO
Evolução da ASHRAE 55 ASHRAE 55 – histórico
AUT0276 DESEMPENHO TÉRMICO, ARQUITETURA E URBANISMO
PMV / PPD – Fanger (1970)
AUT0276 DESEMPENHO TÉRMICO, ARQUITETURA E URBANISMO
Exemplo de aplicação: modelo adaptativo e o conceito de
temperatura efetiva para o Rio de Janeiro conforme ASHRAE
Report RP884
T e m p e ra tu ra s E fe tiva s d e C o n fo rto (tc ) - R J
1 8
2 0
2 2
2 4
2 6
2 8
3 0
3 2
0 7 3 0 1 4 6 0 2 1 9 0 2 9 2 0 3 6 5 0 4 3 8 0 5 1 1 0 5 8 4 0 6 5 7 0 7 3 0 0 8 0 3 0 8 7 6 0
H or a do a n o
Te
mp
era
tura
Efe
tiv
a (
°C)
Tc
90 % S u pe ri or
80 % S u pe ri or
90 % Infe ri or
80 % Infe ri or
zona de conforto nos ambientes naturalmente ventilados
AUT0276 DESEMPENHO TÉRMICO, ARQUITETURA E URBANISMO
OT: Temperatura Operativa - (Winslow & Gagge, 1937)
To = (Tbs*hc + Trm*hr) / (hc+hr)
sendo:
Tbs = temp bulbo seco
Trm = temp radiante media
hc = coeficiente de troca convectiva
hr = coeficiente de troca radiativa
AUT0276 DESEMPENHO TÉRMICO, ARQUITETURA E URBANISMO
MODELO ADAPTATIVO ASHRAE 55 (2004, 2010, 2013)
AUT0276 DESEMPENHO TÉRMICO, ARQUITETURA E URBANISMO
Referências
ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers). Handbook of fundamentals. Atlanta, ASHRAE, 2013.
ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers). ASHRAE 55-2004 Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy. Atlanta: ASHRAE, 2004.
ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers). ASHRAE 55-2013 Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy. Atlanta: ASHRAE, 2013.
Belding, H S; Hatch, T F (1955), Index for evaluating heat stress in terms of resulting physiological strain. Heating, Piping, Air Conditioning, 27, pp 129-142.
Blazejczyk, Krysztof. Menex 2002. http://www.igipz.pan.pl/klimat/blaz/menex.htm. 2002a. Visited on 04/24/2004.
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Candido, C; de Dear, R. From thermal boredom to thermal pleasure: a brief literature review. Ambiente Construído, Porto Alegre, v.12, n.1, p.81-90, jan./mar. 2012
Candido, Chisthina, Lamberts, Roberto, de Dear, Richard, Bittencourt, Leonardo, VECCHI, Renata de. Towards a Brazilian standard for naturally ventilated buildings: guidelines for thermal
and air movement acceptability. Building Research & Information. Londres: Routledge, v. 39, n.2, 145–153, 2011.
CEN BRITISH STANDARD (BS) EN 15251: Indoor environmental input parameters for design and assessment of energy performance of buildings addressing indoor air quality, thermal
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Dominguez et al. (1992), Control climatico en espacios abiertos: el proyecto Expo'92. Sevilla, Universidad de Sevilla.
Gagge, A P; Stolwijk J A J; Hardy, J D (1967), Comfort and thermal sensations and associated physiological responses at various temperatures. Environ. Res., 1, pp 1-20.
Givoni, Baruch (1969), Man, climate and architecture. New York, John Wiley & Sons.
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Heshong, Lisa. Thermal Delight in Architecture. Cambridge, Massachusetts: The MIT Press, 1979.
Höppe, Peter R (1999), The physiological equivalent temperature: a universal index for the biometeorological assessment of the thermal environment. International Journal of Biometeorology,
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Houghten, F C; Yaglou, C P (1923), Determining lines of equal comfort. ASHVE Trans. 29.
International Organization Standardization (ISO). ISO 7730. Ergonomics of the thermal environment: analytical determination and interpretation of thermal comfort using calculation of the PMV
and PPD indices and local thermal comfort criteria. Genève: ISO, 2005.
International Organization Standardization. ISO 7933. Hot environments: analytical determination and interpretation of thermal stress using calculation of required sweat rate. Genève, ISO,
1989.
Jendritzky, Gerd et al. (1979), Klimatologische Probleme – ein einfaches Verfahren zur Vorhersage der Wärmebelastung, in Zeitschrift für angewandte Bäder und Klimaheilkunde. Freiburg.
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Monteiro, L. M. Modelos preditivos de conforto térmico em espaços abertos. São Paulo: FAUUSP, 2008.
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Nikolopoulou, Marialena (org) (2004), Designing Open Spaces in the Urban Environment: a Bioclimatic Approach. Atenas, CRES.
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Yaglou, C P; Minard, D (1957), Control of heat casualties at military training centers. A.M.A. Archives of Industrial Health, 16, pp 302-16.
AUT0264 CONFORTO AMBIENTAL IV – TÉRMICA
1
caracterizar
ambiente
2
calcular
balanço térmico
3
calcular
fator de inércia
4
avaliar
conforto
5
verificar
ventilação
∆t (var.1)
OT
m (var.2)
N’
CONFORTO
NÃO
>N
<N
fazer
alterações
N, Or, A, k
2.1 ganhos [W (Ig)]
2.2 perdas [W ∆t]
∆t (var.1)
m (var.2)
Tme (var.3)
E (var.4)
Renovação: N (adotar)
Uso: Ocup/ lum/ Eq
Orientação: N, NE, E...
Materiais: A (m2)
Coeficiente: K
Ef. Chaminé:
Ae/s, H, ∆t, m
Ef. Ventos:
Ae/s, v, ce/s
Conjugado
fazer
alterações
Ae/s, H
AUT0264 CONFORTO AMBIENTAL IV – TÉRMICA
Dados de clima (1) Média aritmética mensal
da temperatura em °C.
(2) Média mensal das temperaturas
máximas diárias em °C.
(3) Média mensal das temperaturas
mínimas diárias em °C.
(4) Temperatura máxima observada
no mês (média) em °C
(5) Temperatura mínima observada
no mês (média) em °C.
(6) Média aritmética mensal
da umidade relativa em %.
(7) Total mensal da chuva caída
(precipitação) em mm.
Fontes:
INMET (1984, 1992) e outras.
AUT0264 CONFORTO AMBIENTAL IV – TÉRMICA
Dados de clima (1) Média aritmética mensal
da temperatura em °C.
(2) Média mensal das temperaturas
máximas diárias em °C.
(3) Média mensal das temperaturas
mínimas diárias em °C.
(4) Temperatura máxima observada
no mês (média) em °C.
(5) Temperatura mínima observada
no mês (média) em °C.
(6) Média aritmética mensal
da umidade relativa em %.
(7) Total mensal da chuva caída
(precipitação) em mm.
Fontes:
INMET (1984, 1992) e outras.
AUT0264 CONFORTO AMBIENTAL IV – TÉRMICA
Dados de clima
Determinar temperatura externa média (temed) e elongação (E)
Ts — máxima observada no mês mais quente (média máx absolutas) — coluna 4;
Td — média das máximas diárias do mês mais quente — coluna 2;
ts — mínima observada no mês mais quente (média mín absolutas) — coluna 5;
td — média das mínimas diárias do mês mais quente — coluna 3.
Temax = (Td + Ts) / 2 e Temin = (td + ts) / 2 => temed = (Temax + Temin) / 2
Amplitude: A = Temax-Temin => Elongação: E = A /2
AUT0264 CONFORTO AMBIENTAL IV – TÉRMICA
Determinação das condições ambientais internas
1) Cálculo da temperatura interna máxima (timax)
timax = temed + (1−m).E + (1−m).Δt (°C)
2) Consideração da temperatura externa média (temed)
3) Verificação: está dentro da zona de conforto térmico?
4) Qual a porcentagem de satisfeitos?
timax = 22,8 + (0,4) . 6 + (0,4) . 14,2 = 30,8oC
temed = 22,8oC
AUT0264 CONFORTO AMBIENTAL IV – TÉRMICA
MODELO ADAPTATIVO ASHRAE 55 (2004, 2010, 2013)
22,8
30,8
AUT0264 CONFORTO AMBIENTAL IV – TÉRMICA
Determinação das condições ambientais internas
1) Cálculo da temperatura interna máxima (timax)
timax = temed + (1−m).E + (1−m).Δt (°C)
2) Consideração da temperatura externa média (temed)
3) Verificação: está dentro da zona de conforto térmico?
4) Qual a porcentagem de satisfeitos?
timax = 22,8 + (0,4) . 6 + (0,4) . 14,2 = 30,8oC
temed = 22,8oC
Não
< 80%
AUT0264 CONFORTO AMBIENTAL IV – TÉRMICA
1
caracterizar
ambiente
2
calcular
balanço térmico
3
calcular
fator de inércia
4
avaliar
conforto
5
verificar
ventilação
∆t (var.1)
OT
m (var.2)
N’
CONFORTO
NÃO
>N
<N
fazer
alterações
N, Or, A, k
2.1 ganhos [W (Ig)]
2.2 perdas [W ∆t]
∆t (var.1)
m (var.2)
Tme (var.3)
E (var.4)
Renovação: N (adotar)
Uso: Ocup/ lum/ Eq
Orientação: N, NE, E...
Materiais: A (m2)
Coeficiente: K
Ef. Chaminé:
Ae/s, H, ∆t, m
Ef. Ventos:
Ae/s, v, ce/s
Conjugado
fazer
alterações
Ae/s, H