Clima e Conforto térmico
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- Judite Estrada Pereira
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1 Clima e Conforto térmico Profa. Dra. Denise Helena Silva Duarte, Prof. Dr. Leonardo Marques Monteiro, Prof. Dra. Ranny Loureiro Xavier Nascimento Michalski
2 CONFORTO quanto maior for o esforço de adaptação maior será a sensação de desconforto
3 CONFORTO TÉRMICO Variáveis envolvidas na transferência de calor Variáveis do clima exterior Variáveis do conforto humano
4 Mecanismos de troca de calor Trocas térmicas sensíveis: envolvem diferença de temperatura Convecção Radiação Condução Trocas térmicas latentes: envolvem mudança de estado Evaporação Condensação AUT0264 CONFORTO AMBIENTAL IV TÉRMICA
5 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/m 2 ) insolação (h) 4. Vento direção (graus) velocidade (m/s, Km/h, nós)
6 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
7 BALANÇO TÉRMICO M = + CV + R + EV M metabolismo CV trocas por convecção R trocas por radiação EV trocas evaporativas
8 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
9 Adaptação do corpo humano ao meio Perdas de Calor pelo Corpo Humano Convecção (~40%) Radiação (~40 %) Evaporação (~20%) Condução (geralmente mínima) Metabolismo Interno Externo Trocas de calor Temperatura do ar (Pele) Umidade do ar Temperatura radiante Velocidade do ar
10 ESTÍMULOS E SENSAÇÕES (Objetivos, quantificáveis) ESTÍMULOS Temperatura do ar Umidade do ar Velocidade do ar Temperatura radiante (Subjetivas, não quantificáveis) SENSAÇÕES Depende da experiência anterior O grau de perturbação ou conforto depende de estímulos e sensações O estímulo é objetivo A sensação é subjetiva
11 ADAPTAÇÃO FISIOLÓGICA - ACLIMATAÇÃO Respostas biológicas que resultam de prolongada exposição as condições térmicas características e relativamente extremas.
12 ADAPTAÇÃO PSICOLÓGICA Diz respeito a uma percepção alterada das condições físicas devido a experiências passadas e expectativas
13 ADAPTAÇÃO SÓCIO-CULTURAL Aceitação do ambiente por questões sociais e hábitos culturais
14 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.
15 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)
16 ET: Temperatura Efetiva - Houghten et al. (1923) / Vernon & Warner (1932)
17 ASHRAE 55 histórico Evolução da ASHRAE 55
18 PMV / PPD Fanger (1970)
19 Tem peratura Efetiva ( C) 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 (t c ) - R J Tc % S u pe ri or % S u pe ri or % Infe ri or 80 % Infe ri or H or a do a n o zona de conforto nos ambientes naturalmente ventilados
20 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
21 MODELO ADAPTATIVO ASHRAE 55 (2004, 2010, 2013)
22 Referências ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers). Handbook of fundamentals. Atlanta, ASHRAE, ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers). ASHRAE Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy. Atlanta: ASHRAE, ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers). ASHRAE Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy. Atlanta: ASHRAE, Belding, H S; Hatch, T F (1955), Index for evaluating heat stress in terms of resulting physiological strain. Heating, Piping, Air Conditioning, 27, pp Blazejczyk, Krysztof. Menex a. Visited on 04/24/2004. Bluestein, M; Osczevski, R (2002), Wind chill and the development of frostbite in the face. 15th Conf. on Biomet. and Aerobiology, Kansas City, MO, Amer. Meteor. Soc., pp , Brown, Robert D; Gillespie, Terry J (1995), Microclimatic landscape design: creating thermal comfort and energy efficiency. New York, John Wiley & Sons. 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 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, , CEN BRITISH STANDARD (BS) EN 15251: Indoor environmental input parameters for design and assessment of energy performance of buildings addressing indoor air quality, thermal environment, lighting and acoustics. London, 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 Givoni, Baruch (1969), Man, climate and architecture. New York, John Wiley & Sons. Givoni, Baruch; Noguchi, Mikiko (2002), Issues in outdoor comfort research. Passive and Low Energy Architecture, 17, Cambridge. Proceedings... London, J&J, pp , Heshong, Lisa. Thermal Delight in Architecture. Cambridge, Massachusetts: The MIT Press, Höppe, Peter R (1999), The physiological equivalent temperature: a universal index for the biometeorological assessment of the thermal environment. International Journal of Biometeorology, 43, pp Houghten, F C; Yaglou, C P (1923), Determining lines of equal comfort. ASHVE Trans. 29. International Organization Standardization (ISO). ISO 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, International Organization Standardization. ISO Hot environments: analytical determination and interpretation of thermal stress using calculation of required sweat rate. Genève, ISO, Jendritzky, Gerd et al. (1979), Klimatologische Probleme ein einfaches Verfahren zur Vorhersage der Wärmebelastung, in Zeitschrift für angewandte Bäder und Klimaheilkunde. Freiburg. Masterton, J M; Richardson, F A (1979), Humidex: a method of quantifying human discomfort due to excessive heat and humidity. Environment Canada, CLI Ontario, Downsview, Atmospheric Environment Service. McAriel, B et al. (1947), The prediction of the physiological effect of warm and hot environments, Med. Res. Council, 47, London. Ministério do Trabalho (Brasil) (1978), NR15 Atividades e operações insalubres, Anexo 3 - Limites e tolerância para exposição ao calor. Brasília, Ministério do Trabalho. Monteiro, L. M. Modelos preditivos de conforto térmico em espaços abertos. São Paulo: FAUUSP, Nicol, Fergus. Standards for thermal comfort. Indoor air temperature standards for the 21st century. London: Taylor & Francis, Nicol, J. Fergus. Adaptative comfort. Building Research & Information. Londres: Routledge, v.39, n. 2, p , Nikolopoulou, Marialena (org) (2004), Designing Open Spaces in the Urban Environment: a Bioclimatic Approach. Atenas, CRES. Siple, P A; Passel, C F (1945), Measurements of dry atmospheric cooling in subfreezing temperatures. Proceedings of the American Philosophical Society, Vol. 89, No. 1, pp Webb, C, Thermal discomfort in an equatorial climate. Journal of the IHVE, 27, p 10. Yaglou, C P; Minard, D (1957), Control of heat casualties at military training centers. A.M.A. Archives of Industrial Health, 16, pp
23 1 caracterizar ambiente Renovação: N (adotar) Uso: Ocup/ lum/ Eq Orientação: N, NE, E... Materiais: A (m 2 ) Coeficiente: K 2 calcular balanço térmico 2.1 ganhos [W (Ig)] 2.2 perdas [W t] t (var.1) 3 calcular fator de inércia t (var.1) m (var.2) Tme (var.3) E (var.4) 4 avaliar conforto OT CONFORTO NÃO Ef. Chaminé: A e/s, H, t, m Ef. Ventos: A e/s, v, c e/s Conjugado 5 verificar ventilação N >N <N m (var.2) fazer alterações fazer alterações N, Or, A, k A e/s, H AUT0264 CONFORTO AMBIENTAL IV TÉRMICA
24 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
25 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
26 Dados de clima Determinar temperatura externa média (te med ) 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. Te max = (T d + T s ) / 2 e Te min = (t d + t s ) / 2 => te med = (Te max + Te min ) / 2 Amplitude: A = Te max -Te min => Elongação: E = A /2 AUT0264 CONFORTO AMBIENTAL IV TÉRMICA
27 Determinação das condições ambientais internas 1) Cálculo da temperatura interna máxima (ti max ) ti max = te med + (1 m).e + (1 m).δt ( C) ti max = 22,8 + (0,4). 6 + (0,4). 14,2 = 30,8 o C 2) Consideração da temperatura externa média (te med ) te med = 22,8 o C 3) Verificação: está dentro da zona de conforto térmico? 4) Qual a porcentagem de satisfeitos? AUT0264 CONFORTO AMBIENTAL IV TÉRMICA
28 MODELO ADAPTATIVO ASHRAE 55 (2004, 2010, 2013) 30,8 22,8 AUT0264 CONFORTO AMBIENTAL IV TÉRMICA
29 Determinação das condições ambientais internas 1) Cálculo da temperatura interna máxima (ti max ) ti max = te med + (1 m).e + (1 m).δt ( C) ti max = 22,8 + (0,4). 6 + (0,4). 14,2 = 30,8 o C 2) Consideração da temperatura externa média (te med ) te med = 22,8 o C 3) Verificação: está dentro da zona de conforto térmico? Não 4) Qual a porcentagem de satisfeitos? < 80% AUT0264 CONFORTO AMBIENTAL IV TÉRMICA
30 1 caracterizar ambiente Renovação: N (adotar) Uso: Ocup/ lum/ Eq Orientação: N, NE, E... Materiais: A (m 2 ) Coeficiente: K 2 calcular balanço térmico 2.1 ganhos [W (Ig)] 2.2 perdas [W t] t (var.1) 3 calcular fator de inércia t (var.1) m (var.2) Tme (var.3) E (var.4) 4 avaliar conforto OT CONFORTO NÃO Ef. Chaminé: A e/s, H, t, m Ef. Ventos: A e/s, v, c e/s Conjugado 5 verificar ventilação N >N <N m (var.2) fazer alterações fazer alterações N, Or, A, k A e/s, H AUT0264 CONFORTO AMBIENTAL IV TÉRMICA
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