CONFORTO TÉRMICO EM EDIFICAÇÕES COMERCIAIS LOCALIZADAS EM FLORIANÓPOLIS

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL LABORATÓRIO DE EFICIÊNCIA ENERGÉTICA EM EDIFICAÇÕES Relatório de Iniciação Científica CONFORTO TÉRMICO EM EDIFICAÇÕES COMERCIAIS LOCALIZADAS EM FLORIANÓPOLIS Bernardo Asmus Orientador: Enedir Ghisi, PhD Coorientador: Ricardo Forgiarini Rupp, M.Eng. Florianópolis, agosto de 2015

2 AGRADECIMENTOS Agradeço ao meu coorientador Ricardo Forgiarini Rupp que me instruiu, propiciou e colaborou com a pesquisa em todas as etapas. Foi um excelente exemplo como pesquisador e como pessoa. Ao orientador Enedir Ghisi, pela oportunidade de conhecer e vivenciar o campo da pesquisa. Essas oportunidades são de extrema importância para a academia e sua presença garante essa oportunidade com um aprendizado de qualidade. À minha mulher Giuliana da Silva Almeida, por sempre estar ao meu lado em todos os momentos, sejam eles difíceis ou não. É incrível ter ao lado uma pessoa que sempre está pronta a lhe ajudar, aconselhar e vivenciar com você cada etapa da vida. Aos meus pais Rosa Maria Farias Asmus e Guilherme Lafourcade Asmus, que sempre acreditaram e incentivaram a minha busca pelo conhecimento e pela pesquisa. Ao CNPq e à UFSC que concederam a bolsa de pesquisa. Instituições que promovem a pesquisa devem sempre ser reconhecidas e agradecidas por isso. Agradeço também ao LabEEE por disponibilizar equipamentos que possibilitaram a realização dessa pesquisa. A todos, um muito obrigado.

3 SUMÁRIO AGRADECIMENTOS... 2 LISTA DE TABELAS... 9 LISTA DE SIGLAS LISTA DE SÍMBOLOS RESUMO INTRODUÇÃO Justificativa Objetivos Objetivo Geral Objetivos Específicos Estrutura do trabalho REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Modelo Analítico Variáveis Equação de conforto térmico Voto médio predito (PMV) Porcentagem real de pessoas insatisfeitas (PPD) Porcentagem mínima possível de insatisfeitos Gráfico de conforto Modelo Adaptativo Métodos de medição da temperatura externa e temperatura de conforto Sensibilidade térmica Curva de conforto Cálculo da temperatura neutra Relação entre clima e conforto térmico interno Relação entre pessoas e as edificações... 45

4 2.2.7 Amplitude das condições de conforto Síntese do capítulo MÉTODO Clima de Florianópolis Edifícios estudados Variáveis ambientais Questionário Protocolo Experimental Análise dos dados Cálculo do PMV e PPD Análise pelo modelo adaptativo RESULTADOS Prédio A Inverno Outono Primavera Outono, Inverno e Primavera Prédio B Outono Inverno Outono e inverno Prédio C Inverno Dados por estações Outono Inverno Primavera

5 4.5 Dados compilados no ano CONCLUSÃO Limitações do trabalho Sugestões para trabalhos futuros REFERÊNCIAS ANEXO A

6 LISTA DE FIGURAS Figura 4. 1: Relação entre o voto médio real e o PMV para o prédio A Figura 4. 2: Votos da sensação térmica das pessoas no prédio A Figura 4. 3: Preferência térmica das pessoas no prédio A Figura 4. 4: Aceitabilidade do ambiente e sensação de conforto térmico no prédio A Figura 4. 5: Principais causas de desconforto térmico Figura 4. 6: Relação entre o voto médio predito e o voto médio real Figura 4. 7: Votos da sensação térmica das pessoas no prédio A Figura 4. 8: Preferência térmica das pessoas no prédio A Figura 4. 9: Aceitabilidade do ambiente e sensação de conforto térmico no prédio A Figura 4. 10: Principais causas de desconforto térmico Figura 4. 11: Votos da sensação térmica das pessoas no prédio A Figura 4. 12: Preferência térmica das pessoas no prédio A Figura 4. 13: Aceitabilidade do ambiente e sensação de conforto térmico no prédio A Figura 4. 14: Principais causas de desconforto térmico Figura 4. 15: Relação entre PMV e AMV durante outono, primavera e inverno para o prédio A Figura 4. 16: Temperatura operativa interna de acordo com a temperatura média mensal. Em laranja, são ocasiões onde foi relatado uma temperatura aceitável e, em verde, ocasiões de temperatura inaceitável por parte dos entrevistados Figura 4. 17: Relação entre voto médio predito e voto médio real Figura 4. 18: Sensação térmica em escala sétima das pessoas no prédio B Figura 4. 19: Preferência térmica das pessoas no prédio B Figura 4. 20: Aceitabilidade do ambiente e sensação de conforto térmico no prédio B Figura 4. 21: Principais causas de desconforto térmico Figura 4. 22: Relação entre voto médio predito e voto médio real

7 Figura 4. 23: Sensação térmica em escala sétima das pessoas no prédio B Figura 4. 24: Preferência térmica para o prédio B Figura 4. 25: Aceitabilidade do ambiente e sensação de conforto térmico no prédio B Figura 4. 26: Principais causas de desconforto térmico Figura 4. 27: Relação entre PMV e AMV durante outono, primavera e inverno para o prédio B Figura 4. 28: Temperatura operativa interna de acordo com a temperatura média mensal. Em laranja, são ocasiões onde foi relatado uma temperatura aceitável e, em verde, ocasiões de temperatura inaceitável por parte dos entrevistados Figura 4. 29: Relação entre voto médio predito e voto médio real Figura 4. 30: Sensação térmica em escala sétima das pessoas no prédio C Figura 4. 31: Preferência térmica para o prédio C Figura 4. 32: Aceitabilidade do ambiente e sensação de conforto térmico no prédio C Figura 4. 33: Principais causas de desconforto térmico Figura 4. 34: Temperatura operativa interna de acordo com a temperatura média mensal. Em laranja, são ocasiões onde foi relatado uma temperatura aceitável e, em verde, ocasiões de temperatura inaceitável por parte dos entrevistados Figura 4. 35: Relação entre voto médio predito e voto médio real relativos ao outono Figura 4. 36: Temperatura operativa interna de acordo com a temperatura média mensal. Em laranja, são ocasiões onde foi relatado uma temperatura aceitável e, em verde, ocasiões de temperatura inaceitável por parte dos entrevistados Figura 4. 37: Relação entre voto médio predito e voto médio real relativos ao inverno Figura 4. 38: Temperatura operativa interna de acordo com a temperatura média mensal. Em laranja, são ocasiões onde foi relatado uma temperatura aceitável e, em verde, ocasiões de temperatura inaceitável por parte dos entrevistados Figura 4. 39: Temperatura operativa interna de acordo com a temperatura média mensal. Em laranja, são ocasiões onde foi relatado uma temperatura aceitável e, em verde, ocasiões de temperatura inaceitável por parte dos entrevistados

8 Figura 4. 40: Relação entre voto médio predito e voto médio real relativos a todas as estações em todos os prédios Figura 4. 41: Temperatura operativa interna de acordo com a temperatura média mensal. Em laranja, são ocasiões onde foi relatado uma temperatura aceitável e, em verde, ocasiões de temperatura inaceitável por parte dos entrevistados

9 LISTA DE TABELAS Tabela 4. 1: Informações quantitativas médias pessoais referentes ao prédio A Tabela 4. 2: Condições térmicas internas do prédio A, valores médios de votos de conforto, PMV e desconforto predito durante a pesquisa Tabela 4. 3: Informações quantitativas médias pessoais referentes ao prédio A Tabela 4. 4: Condições térmicas internas do prédio A, valores médios de votos de conforto, PMV e desconforto predito durante a pesquisa Tabela 4. 5: Informações quantitativas médias referentes ao Prédio A Tabela 4. 6: Condições térmicas internas do prédio A, valores médios de votos de conforto, PMV e desconforto predito durante a pesquisa Tabela 4. 7: Informações quantitativas médias das estações estudadas referentes ao Prédio A Tabela 4. 8: Condições térmicas internas médias durantes as estações estudadas do prédio A. Valores médios de votos de conforto, PMV e desconforto predito durante são apresentados Tabela 4. 9: Informações quantitativas médias referentes ao Prédio B Tabela 4. 10: Condições térmicas internas do prédio B, valores médios de votos de conforto, PMV e desconforto predito durante a pesquisa Tabela 4. 11: Informações quantitativas médias referentes ao Prédio B Tabela 4. 12: Condições térmicas internas do prédio B, valores médios de votos de conforto, PMV e desconforto predito durante a pesquisa Tabela 4. 13: Informações quantitativas médias das estações estudadas referentes ao Prédio B Tabela 4. 14: Condições térmicas internas médias durantes as estações estudadas do prédio B. Valores médios de votos de conforto, PMV e desconforto predito durante são apresentados Tabela 4. 15: Informações quantitativas médias referentes ao Prédio C Tabela 4. 16: Condições térmicas internas do prédio C, valores médios de votos de conforto, PMV e desconforto predito durante a pesquisa Tabela 4. 17: Informações quantitativas médias da estação estudada referentes a todos os prédios

10 Tabela 4. 18: Condições térmicas internas médias durantes a estação do outono em todos os prédios. Valores médios de votos de conforto, PMV e desconforto predito durante são apresentados Tabela 4. 19: Informações quantitativas médias da estação estudada referentes a todos os prédios Tabela 4. 20: Condições térmicas internas médias durantes a estação do inverno em todos os prédios. Valores médios de votos de conforto, PMV e desconforto predito durante são apresentados Tabela 4. 21: Informações quantitativas médias da estação estudada referente ao prédio A Tabela 4. 22: Condições térmicas internas médias durante a estação da primavera. Valores médios de votos de conforto, PMV e desconforto predito durante são apresentados Tabela 4. 23: Informações quantitativas médias de todas as estações estudadas referentes a todos os prédios Tabela 4. 24: Condições térmicas internas médias durante todas as estações. Valores médios de votos de conforto, PMV e desconforto predito durante são apresentados

11 LISTA DE SIGLAS AC VN PMV Ar-condicionado Ventilação Natural Predicted Mean Vote PPD Predicted Percentage of Dissatisfied LPPD Lowest Possible Percentage of Dissatisfied ASHRAE American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers APD Actual Percentage of Dissatisfied AMV Actual Mean Vote

12 LISTA DE SÍMBOLOS ta tmrt pa v Icl fcl hc tcl H Adu Esw ts Ed Ere L K C R Temperatura ambiente Temperatura média radiante Umidade relativa do ar Velocidade do ar Resistência térmica das roupas Razão entre a área do corpo com roupas e o corpo nu Coeficiente de transferência de calor por convecção Temperatura média externa ao corpo vestido Produção interna de calor da pessoa Área do corpo humano (nu) Evaporação por secreção de suor Temperatura média da pele Calor perdido pelo vapor d água através da pele Calor latente perdido pela respiração Calor perdido pela respiração (seca) Perda de calor da pele através da roupa Calor perdido pela convecção de uma pessoa vestida Calor perdido pela radiação de uma pessoa vestida

13 RESUMO Em um ambiente de trabalho, o conforto térmico deve ser um fator primordial para que as pessoas se sintam bem-dispostas, com melhor motivação e desempenho, principalmente hoje pois produtividade e foco são indispensáveis. O objetivo deste trabalho é identificar a sensação, a preferência e a aceitabilidade térmica das pessoas que trabalham em escritórios com ventilação híbrida ou condicionados artificialmente em Florianópolis, além de verificar se estes se relacionam com algum método de conforto térmico já existente. Dentre os métodos, têm-se os dois mais comuns: método analítico e método adaptativo. O método analítico prediz o conforto térmico da pessoa analisando o balanço térmico entre os usuários e o ambiente mecanicamente refrigerado. Em outro viés, o método adaptativo leva em consideração que o conforto térmico é influenciado pela temperatura externa e pela adaptação da pessoa ao ambiente ao qual está inserido, com condicionamento de ar ou não. Para analisar o conforto térmico foram coletados dados em campo para aplicar os métodos existentes e verificar se predizem com exatidão o conforto térmico. A partir dos resultados obtidos foi possível identificar a sensação térmica das pessoas que trabalham em escritórios em Florianópolis e suas respectivas zonas de conforto térmico pelos métodos adaptativo e analítico. Por fim, ambos os métodos previram mais pessoas em desconforto térmico (de 12% a 20% a mais) do que o relatado pelas mesmas. Outro ponto importante é que o método analítico sempre previu as pessoas sendo mais sensíveis ao frio do que realmente são, ou seja, rotulou como desconfortáveis por frio pessoas que estavam em conforto térmico. Mesmo com certas divergências à realidade, o método adaptativo se mostrou a melhor forma para verificar o conforto térmico tanto em prédios condicionados artificialmente quanto em prédios com ventilação híbrida. A facilidade na obtenção das variáveis necessárias aliada com boas oportunidades adaptativas nos prédios estudados fizeram com que o método adaptativo fosse a melhor opção para a cidade de Florianópolis. Palavras-Chave: Conforto térmico, PMV-PPD, desconforto térmico, método adaptativo, método analítico.

14 14 1 INTRODUÇÃO 1.1 Justificativa Com a crescente necessidade de espaços verticalizados para maximizar a utilização do espaço urbano, a maior concentração de pessoas em ambientes internos de edificações tornou-se uma realidade inevitável. Para tentar minimizar os efeitos externos (barulho, odores, partículas suspensas, correntes de ar, variação térmica diária) muitos prédios foram construídos sem janelas operáveis, onde o sistema de arcondicionado é o principal responsável pela manutenção constante da temperatura. O motivo dessa manutenção deve-se ao alcance da satisfação térmica dos usuários, ou seja, alcançar uma situação de conforto para a maioria das pessoas em um ambiente interno. Para isso, tem-se utilizado o índice Predicted Mean Vote (PMV) que prevê a sensação térmica de um grupo de pessoas e fornece informações para se conseguir uma temperatura (constante) de conforto, válida independentemente das condições ambientais internas. O principal motivo pelo qual se realiza essa regulação térmica é para assegurar uma temperatura ambiente constante na qual as pessoas se sintam confortáveis, onde não há variação da temperatura ao longo do tempo. Em seu trabalho, Fanger (1970) explicou sobre essa importância na constância da temperatura para se prever o conforto das pessoas, onde é necessário que o local em questão esteja termicamente uniforme. Essa visão clássica de Fanger dizia que se a temperatura do ambiente não é constante, a previsão de conforto não será ideal. Porém, no campo de estudos atual sobre conforto térmico, existem duas principais abordagens de um ambiente térmico que se destacam. Cada abordagem considera de forma diferente a interação do homem com o ambiente, mas todas compartilham o mesmo propósito de encontrar o conforto térmico. São elas: O método analítico (baseado em estudos com usuários em câmaras climatizadas) considera o homem como um ser passivo do ambiente e, de acordo com os equacionamentos realizados, encontra-se e ajusta-se os valores das variáveis ambientais (temperatura, umidade e velocidade

15 15 do ar assim como a temperatura média radiante) para que se atinja o conforto térmico (FANGER, 1970). O método adaptativo (baseado em estudos de campo com usuários em ambientes reais de edificações) considera o homem como um ser que interage com o ambiente e que as pessoas suportam temperaturas extremas muito diferentes das estudadas por Fanger, já que as pessoas se adaptam ao local em que vivem (HUMPHREYS, NICOL, ROAF, 2012). Além das diferenças citadas acima, os dois modelos se diferenciam também na forma com que tratam a temperatura de conforto. O modelo adaptativo considera que a temperatura de conforto varia com o contexto em que as pessoas estão inseridas. Além disso, esse modelo mostra que flutuações na temperatura do ambiente são toleradas e até mesmo desejadas pelos usuários (NICOL, HUMPHREYS, 2002), diferente do modelo analítico que requer temperaturas constantes para se alcançar o conforto térmico. Segundo a American Society of Heating, Refrigerating and Ar Conditioning Engineers (ASHRAE) Standard 55 (2013), o conforto térmico é definido como A condição da mente que expressa satisfação com o ambiente térmico. Para se ter essa satisfação, algumas metas devem ser alcançadas (ASHRAE, 2013), como: As pessoas no local de estudo devem estar em neutralidade térmica (calor gerado é igual ao calor dissipado); As respostas fisiológicas como temperatura do corpo e taxa de secreção de suor devem estar dentro dos limites correspondentes à taxa metabólica do trabalho realizado; A pessoa não pode estar em desconforto localizado. Ao abordar o tema em seus estudos, Fanger trata o conceito de neutralidade térmica como A condição na qual a pessoa não prefira nem mais frio e nem mais calor no ambiente ao seu redor (FANGER, 1970). Esse conceito auxilia o

16 16 entendimento de conforto térmico, mas ele não é suficiente para garantir o conforto, pois não garante que a pessoa esteja isenta de desconforto localizado, por exemplo. Na tentativa de se diminuir o desconforto térmico em edificações comerciais, sistemas de ventilação e condicionamento de ar centrais se tornam cada vez mais comuns. O controle desses sistemas acontece automaticamente (sistemas autônomos) ou por comando de um dos usuários, o que geralmente não representa a vontade de todos. Esses tipos de comandos podem gerar gastos energéticos muito altos se forem utilizados erroneamente ou se forem superdimensionados. Uma saída para minimizar os efeitos negativos das construções que operam somente com ar-condicionado é a utilização da ventilação híbrida. Esse termo se refere a espaços que combinam ventilação natural com ventilação e/ou resfriamento mecânico. Sistemas bem modelados e com equipamentos sofisticados de controle conseguem alternar entre esses dois modos de ventilação para garantir maior conforto térmico e evitar gastos excessivos de energia (BRAGER, RING, POWELL, 2000). De acordo com o trabalho dos pesquisadores Brager, Borgeson e Lee (2007), a ventilação híbrida pode ser classificada das seguintes formas: Eventual: A construção é projetada para utilizar sistemas de arcondicionado ou ventilação natural, porém já se aloca locais para possível acréscimo de janelas (para prédios com ar-condicionado) ou de ar-condicionado (para prédio com janelas). Zonal: Diferentes áreas (salas) de uma construção possuem abordagens diferentes de ventilação de acordo com a função de cada área. Por exemplo, corredores e copa utilizam apenas janelas operáveis enquanto salas de conferência e salas de trabalho com muitas pessoas possuem sistemas de condicionamento mecânico de ar. Complementar: A construção é feita com os dois sistemas de ventilação (ar-condicionado e ventilação natural) nos mesmos locais. Essa categoria pode ainda ser separada em: Alternada: O local possui tanto sistemas de ar-condicionado como janelas operáveis, onde cada sistema opera independentemente do outro.

17 17 Transição: A construção varia entre os sistemas de ar-condicionado e ventilação natural de acordo com uma base de dados. O sistema de automação decide qual sistema utilizar baseado na temperatura externa, sensor de presença no local em questão, sensores nas janelas (para verificar se estão abertas ou fechadas) ou então por comando do usuário. Esses sistemas podem desligar os aparelhos de arcondicionado ao perceber a abertura das janelas ou, então, dependendo da automação, abrir persianas para permitir a ventilação natural e desligar o sistema de ar-condicionado para economizar energia. Concorrente: Tanto os sistemas de ar-condicionado quanto ventilação natural funcionam no mesmo local ao mesmo tempo. Nesse modo, os sistemas de condicionamento mecânico de ar funcionam normalmente enquanto cada ocupante fica livre para abrir as janelas de acordo com o desejo de cada um. O sistema de controle modula o sistema de arcondicionado (geralmente um sistema VAV-AC) de acordo com o número de janelas abertas ou fechadas. Com essa grande gama de sistemas e modos de condicionamento do ambiente térmico junto com a crescente preocupação de conforto aliada ao pensamento ambiental, vários estudos sobre conforto térmico e seus impactos nas pessoas foram produzidos. Em sua maioria, esses estudos avaliam as respostas fisiológicas e psicológicas dos indivíduos além de fatores físicos do ambiente analisados para verificar ou encontrar um ambiente térmico confortável para a maioria dos usuários. Como a grande maioria dos trabalhos de conforto térmico foi realizada em zonas temperadas, trabalhos em climas diferenciados como o subtropical têm muito a acrescentar no cenário brasileiro. Sendo um país com vários quilômetros de praias e inúmeras cidades costeiras, Florianópolis se encontra dentro de um clima ainda pouco estudado no âmbito do conforto térmico. Esse estudo é importante para melhorar a produtividade e reduzir o consumo energético em edificações, onde o melhor método de análise de conforto térmico pode ser determinante para se alcançar melhorias em projetos e construções futuras.

18 18 Para garantir que os futuros estudos e metodologias tenham as mesmas bases que os métodos científicos pioneiros foram criadas normativas internacionais para garantir a integridade das medições e da manipulação das variáveis físicas medidas. As normativas mais importantes no âmbito do conforto térmico são: ISO 7730/2005: Essa norma se aplica para ambientes térmicos moderados e faz a determinação de valores de PMV e PPD para os mesmos. Possui as informações necessárias sobre os valores máximos e mínimos de diversas variáveis para que se enquadrem em um ambiente térmico moderado. A norma conta ainda com diversas tabelas com taxas metabólicas, isolamento de roupas, entre outras. ISO 7726/1998: Essa norma especifica os métodos mais apropriados de medição assim como as características necessárias dos equipamentos de medição. ASHRAE 55 (2013): Essa norma coloca condições térmicas do ambiente para ocupação humana assim como vários padrões para pesquisa e aplicação sobre essas condições térmicas. Valores tabelados de resistência térmica de roupas e taxa metabólica, métodos para determinar a temperatura operativa e gráfico sobre zonas de conforto para o método analítico e adaptativo são exemplos de conteúdo dessa norma. EN15251 (2012): Essa norma de conforto europeia cita os parâmetros ambientais para a construção de sistemas de condicionamento de ar e cálculos de desempenho energético. Por fim, este trabalho busca um melhor entendimento do conforto térmico em escritórios com ventilação híbrida em Florianópolis utilizando as normas e modelos vigentes. Alguns trabalhos já foram realizados em climas quentes e úmidos no Brasil onde foi verificada uma enorme discrepância entre os modelos vigentes e a realidade relatada pelas pessoas principalmente em locais com ventilação natural (ANDREASI, LAMBERTS, CÂNDIDO, 2010). Como poucos trabalhos foram realizados em prédios híbridos, a seleção de um modelo de análises que mais compreenda a região

19 19 estudada, assim como os desvios dos modelos com o conforto real sentido pelas pessoas, são as prioridades do trabalho. 1.2 Objetivos Os objetivos que norteiam o desenvolvimento deste projeto são: Objetivo Geral O objetivo geral deste trabalho é identificar a sensação, preferência e aceitabilidade térmica das pessoas que trabalham em escritórios com ventilação híbrida ou selados em Florianópolis e verificar se estes se relacionam com algum método de conforto térmico já existente Objetivos Específicos Os objetivos específicos deste trabalho consistem em: a) Aplicação de questionários e medições de variáveis ambientais in loco para a determinação da sensação térmica do público alvo; b) Analisar os dados de acordo com as metodologias analítica e adaptativa; c) Avaliar correlação entre as respostas dos questionários e as respostas obtidas através das aplicações dos métodos de conforto térmico existentes; d) Identificar entre os métodos existentes qual é o mais adequado para ser utilizado em edifícios híbridos de escritórios em Florianópolis. 1.3 Estrutura do trabalho Para melhor entendimento, este estudo foi divido em cinco capítulos. No primeiro capítulo consta uma introdução ao tema e seus objetivos. O segundo capítulo foi reservado para revisão bibliográfica. Pelo seu grau de importância, esse capítulo foi subdividido, onde uma das partes é destinada ao

20 20 método adaptativo, outra ao método analítico e, por fim, uma última parte foi reservada às diretrizes da aferição das variáveis necessárias. No terceiro capítulo consta o método utilizado para coleta de dados e tratamento de dados e sua interpretação. O quarto capítulo contém os resultados obtidos. O quinto capítulo contém as conclusões, onde são apontados os problemas encontrados e as sugestões para trabalhos futuros.

21 21 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Este capítulo do trabalho apresenta a revisão bibliográfica dos trabalhos relacionados com o tema da pesquisa. Serão abordados os métodos mais utilizados para estudar o conforto térmico onde cada um possui ferramentas específicas para se alcançar o conforto. Os métodos adaptativo e analítico serão discutidos e analisados durante esse capítulo para se entender melhor a abordagem de cada um sobre o conforto térmico e o ambiente ao qual estão inseridos. 2.1 Modelo Analítico Uma das formas de se estudar o conforto térmico é equacionando o ambiente onde, de acordo com variáveis ambientais e fisiológicas, é possível montar uma equação de conforto. As principais variáveis ambientais estudadas são seis, onde é possível separá-las em dois grupos: físicas e pessoais. As físicas são compostas por temperatura ambiente, temperatura média radiante, umidade relativa do ar e velocidade relativa do ar. As variáveis pessoais são constituídas pela resistência térmica das roupas e pela produção de calor pelo organismo através de seu metabolismo, onde ambas podem ser encontradas em tabelas disponibilizadas na norma ASHRAE 55 (2013). Junto à aferição das variáveis ambientais do local, realizam-se questionários pessoais para coletar informações sobre vestimentas, estado psicológico, sensação térmica, entre outros. As respostas sobre sensação térmica são indicadas em uma escala sétima, onde as opções viabilizadas nos questionários são: muito quente, quente, levemente quente, neutro, levemente frio, frio e muito frio (FANGER, 1970). Os dados coletados são utilizados como base para a equação do PMV onde, a partir dessa equação e dos dados dos questionários, faz-se um índice PMV para analisar as sensações das pessoas no ambiente térmico estudado. Com o índice organizado em um sistema de tabelas é possível verificar o Predicted Porcentage of Dissatisfied (PPD). A porcentagem de pessoas em desconforto (PPD) é uma forma de prever quantas pessoas encontram-se em desconforto utilizando o PMV como dado principal de análise. O motivo de se calcular o PMV é para verificar se o ambiente oferece conforto térmico para os presentes, verificar se o equacionamento condiz com

22 22 a sensação real das pessoas (respostas dos questionários), encontrar os máximos e mínimos para se alcançar o conforto ou verificar o melhor arranjo das variáveis para encontrar o conforto (PMV=0). Porém, situações onde a pessoa se sinta levemente com calor ou levemente com frio (+1 e -1 pela escala sétima) ainda são consideradas situações de conforto térmico. Esse modelo busca um entendimento claro das relações entre as variáveis ambientais e as pessoas contidas nesse ambiente. Análises dos ambientes e dos princípios que regem o comportamento térmico também são características deste modelo. Esse estudo é extremamente necessário pois a sociedade convive cada vez mais em contato com ambientes climatizados e artificiais. Em alguns casos, esse tempo pode chegar a 95% do tempo de vida (FANGER, 1970). A criação desses climas artificiais é o resultado da tentativa de alcançar o conforto térmico para a grande maioria das pessoas envolvidas nesses ambientes, porém, por variações biológicas e fisiológicas de cada um, é impossível garantir que todo um grupo de indivíduos esteja em conforto térmico. Um termo constantemente utilizado como pré-requisito para se alcançar o conforto térmico é a neutralidade térmica, onde a pessoa não prefere nem ambientes mais quentes nem mais frios. Porém, na maioria dos casos os dois termos serão sinônimos, e, por isso, serão tratados como sinônimos a não ser em situações especiais que seja dito o contrário (FANGER, 1970). Essa forma de análise sofreu diversas modificações e questionamentos ao decorrer dos anos o que fez surgir novos pensamentos e modelos, onde mesmo pessoas que não estão em neutralidade térmica podem estar em conforto térmico (modelo adaptativo). Para o estudo de conforto térmico, a análise correta e coerente do ambiente em estudo é essencial. Para isso, a metodologia seguida por Fanger consiste em utilizar uma câmara climática que possibilita controle completo sobre as variáveis ambientais que mais influenciam no conforto térmico. Dessa forma, foi possível criar situações e arranjos de variáveis de modo que fosse clara a relação entre as variáveis e as pessoas dentro da câmara climática. Porém, a metodologia não ficou restrita à utilização em câmaras controladas e vem sendo empregada em vários estudos em prédios (principalmente selados) até os dias de hoje. Em estudos recentes, essa metodologia foi empregada com eficiência em trabalhos que verificaram o conforto

23 23 térmico interno em função do balanço energético entre o ambiente externo e interno (SOUTULLO, 2014) Variáveis Para entender o conforto térmico, é necessário entender mais sobre as variáveis que o influenciam. As principais variáveis ambientais que influenciam no conforto térmico segundo Fanger são: Temperatura do Ar; Temperatura radiante média; Velocidade relativa do ar; Umidade relativa do ar. Além das variáveis anteriores, outras também influenciam no conforto térmico. As variáveis não ambientais como atividade metabólica (calor produzido pelo corpo) e resistência térmica das roupas são um exemplo e podem ser obtidas através de estudos anteriores em forma de tabelas (ANEXO A). Existem outras variáveis importantes como temperatura média da pele e secreção de suor. Essas variáveis têm muita relação com a sensação de conforto térmico, porém, é possível medi-las através de outras variáveis ambientais (FANGER, 1970). Algumas variáveis podem influenciar mais do que se imagina. A temperatura, por exemplo, pode influenciar muitas outras coisas além do conforto térmico propriamente dito. Há alguns anos foi verificado que o processo de aprendizagem e a motivação no trabalho podem ser facilmente alterados pela variação da temperatura. O desconforto causado pelo calor ocasiona uma queda na motivação e consequentemente queda na performance no trabalho. Ou seja, pessoas inseridas em ambientes onde sintam-se levemente com frio ou neutras tendem a ser mais motivadas e, assim, aumentam sua performance. Outro problema causado pelo desconforto térmico é o aprendizado, onde as pessoas tendem a ter suas velocidades de aprendizado diminuídas com o aumento do desconforto (WEILIN, 2013).

24 24 Por mais que essas variáveis tenham influência sobre o meio, algumas são mais sensíveis às pessoas. O trabalho realizado por Chow et al (2010) em Hong Kong mostrou, por exemplo, que os votos de sensação térmica das pessoas são praticamente invariáveis quanto a mudanças de umidade. A pesquisa mostrou também que as pessoas não se opuseram a velocidades do ar maiores do que o limite de 0,8 m/s recomendado pela ASHRAE 55, desde que o conjunto de fatores ambientais (temperatura do ar, velocidade do ar) lhes proporcione uma situação de conforto térmico Equação de conforto térmico Ao se analisar matematicamente a condição de conforto térmico, Fanger (1970) aborda um tripé de condições necessárias para se alcançar esse conforto. A primeira é o balanço de energia, ou seja, a quantidade de calor produzida pelo corpo será trocada com o ambiente sem haver armazenamento dessa energia. A segunda ressalta que os valores medidos da temperatura do corpo e secreção de suor devem estar dentro de limites aceitáveis. A terceira esclarece que não deve haver a existência de desconforto localizado. Mesmo que as pessoas estejam em neutralidade térmica elas podem estar propensas a algum desconforto localizado e, portanto, não estão em total conforto térmico. Diferenças verticais de temperatura (entre a cabeça e os pés), campo de radiação assimétrica, contato com superfícies mais quentes ou frias e correntes de vento localizadas são os principais desconfortos analisados pela literatura e tem seus limites máximos estipulados por equações previamente moldadas (ASHRAE 55, 2013). Ao se concentrar no balanço de energia, verifica-se que a função de balanço térmico se baseia nas seguintes variáveis (FANGER, 1970) mostradas pela Eq. 1. f ( H A DU, I cl,t a,t mrt,p a,v,t s, E SW A DU ) =0 Eq. (1) Onde: H é a produção interna de calor (kcal/hr), ADU é a área de corpo nu (m 2 ), Icl é a resistência térmica das roupas (clo), ta é a temperatura do ar ( C), tmrt é a temperatura

25 25 média radiante ( C), pa é a pressão do ar (mmhg), va é velocidade do ar (m/s), ts é a temperatura média da pele ( C) e Esw é a evaporação por secreção de suor (kcal/hr). No entanto, as variáveis Esw e ts podem ser encontradas na relação entre produção de calor do corpo e a área do corpo. Para o cálculo de balanço energético, analisa-se o balanço de calor e as trocas de energia envolvidas no processo térmico do corpo humano. As trocas de calor que acontecem no corpo humano devem tender a um balanço final igualitário, ou seja, o calor produzido pelo corpo (H) deve ser igual à soma do calor perdido por transpiração, evaporação do suor, respiração, perda de calor por convecção, entre outros. A Eq. 2 mostra a base para análise do balanço térmico. H-E d -E sw - E re -L=K=R+C Eq. (2) Onde: H é a produção interna de calor (kcal/hr), Ed é a perda de calor pela difusão do vapor de água através da pele (kcal/hr), Esw é a perda de calor através da evaporação do suor pela pele (kcal/hr), Ere é a perda de calor latente pela respiração (kcal/hr), L é a perda de calor pela respiração seca (kcal/hr), K é a condução de calor através da roupa (kcal/hr), R é a perda de calor pela radiação do corpo (kcal/hr) e C é a perda de calor através da convecção da parte externa do corpo (kcal/hr). Há maneiras de se calcular cada uma das variáveis físicas do corpo apenas utilizando dados tabelados de outras variáveis como taxa metabólica, resistência térmica das roupas e variáveis ambientais (temperatura, pressão, umidade) além de possíveis constantes (FANGER, 1970). Porém, ao analisar as variáveis consideradas como secundárias (podem ser encontradas a partir de outras variáveis físicas), a equação de balanço de calor se apresenta de acordo com a Eq. 3. M (1- η)-0,35[1,92t A s -25,3- p DU a ]- E SW -0,0023 M (44- p A DU A DU a )-0,0014 M (34- A DU t a )= t s-t cl 0,18I cl =3,4x10-8 f cl [(t cl + 273) 4 -(t mrt +273) 4 ]+ f cl h c (t cl -t a ) Eq. (3)

26 26 Onde: M é a taxa metabólica (kcal/hr), fcl é a razão entre a área do corpo coberta e a área do corpo nu (adimensional), hc é o coeficiente de transferência de calor pela convecção (kcal/hr m 2 C), ADU é a área de corpo nu (m 2 ), Icl é a resistência térmica das roupas (clo), ta é a temperatura do ar ( C), tmrt é a temperatura média radiante ( C), pa é a pressão do ar (mmhg), ts é a temperatura média da pele ( C), Esw é a evaporação por secreção de suor (kcal/hr) e tcl é a temperatura média externa ao corpo vestido ( C). Na Eq. 3, o termo η (eficiência mecânica) é uma relação entre trabalho externo e produção metabólica. Esse valor pode ser obtido através de tabelas que correlacionam atividade exercida pela pessoa e taxa metabólica, e varia entre 0 e 0,1. Fanger realizou seus estudos utilizando pessoas em situações de trabalho leve (escritório) onde se pode considerar η = 0. Para se considerar em conforto térmico, o primeiro requisito é que a Eq. 3 deve ser atendida, ou seja, que o corpo humano esteja com a temperatura interna constante e em equilíbrio térmico. Ao analisar melhor a Eq. 3, é visto que a igualdade na equação pode ser encontrada para vários valores das variáveis dentro de limites extremos. Porém, o fato da Eq. 3 ser atendida não comprova uma condição de conforto térmico. Os valores de temperatura da pele e de secreção de suor devem estar dentro de limites preestabelecidos. Para isso, o cálculo dessas variáveis pode ser feito através de equações que levam em consideração a produção interna de calor e a área do corpo da pessoa (FANGER, 1970) Voto médio predito (PMV) Como forma de prever a sensação térmica de um determinado local, Fanger criou o índice PMV. Com base no balanço térmico médio das pessoas em um determinado local, calcula-se qual a previsão de conforto médio (dentro da escala sétima) e, assim, tem-se uma ideia prévia de como será a sensação térmica das pessoas. Diferente de outros métodos, esse índice não oferece como resultado temperaturas ideais de trabalho e nem o arranjo ideal das variáveis, mas prevê de forma clara a escala de conforto.

27 27 Para o cálculo do PMV, Fanger (FANGER, 1970) utilizou uma equação que assume que o conforto térmico em uma certa atividade física é uma função da carga térmica do corpo. A carga térmica do corpo é basicamente a diferença entre a produção interna de calor e a perda de calor para o ambiente. A Eq. 4 mostra a equação completa para cálculo do PMV (FANGER, 1970). PMV= (0,352e -0,042( M A Du ) +0,032) [ M A Du (1-η)-0,35 [43-0,061 M A Du (1-η)- p a ] -0,42 [ M A Du (1-η)-50] -0,0023 M A Du (44-p a )-0,0014 M A Du (34- t a )-3,4x10-8 f cl [(t cl +273) 4 - (t mrt +273) 4 ]- f cl h c (t cl -t a )] Eq. (4) Onde: M é a taxa metabólica (kcal/hr), η é a eficiência mecânica, fcl a razão entre a área do corpo coberta e a área do corpo nu (adimensional), hc é o coeficiente de transferência de calor pela convecção (kcal/hr m 2 C), ADU é a área de corpo nu (m 2 ), ta é a temperatura do ar ( C), tmrt é a temperatura média radiante ( C), pa é a pressão do ar (mmhg), tcl é a temperatura média externa ao corpo vestido ( C). Os valores de temperatura da roupa e do coeficiente de transferência de calor por convecção podem ser encontrados por meio das Eqs. 5, 6 e 7. t cl =35,7-0,032 M A Du (1-η)- 0,18I cl [3,4x10-8 f cl [(t cl +273) 4 -(t mrt +273) 4 ]+f cl h c (t cl -t a )] (C ) Eq. (5) h c =2,05(t cl -t a ) 0,25, para 2,05(t cl -t a ) 0,25 >10,4 v Eq. (6) h c =10,4 v, para 2,05(t cl -t a ) 0,25 <10,4 v Eq. (7) Onde: M é a taxa metabólica (kcal/hr), η é a eficiência mecânica, fcl a razão entre a área do corpo coberta e a área do corpo nu (adimensional), hc é o coeficiente de transferência de calor pela convecção (kcal/hr m 2 C), ADU é a área de corpo nu (m 2 ),

28 28 ta é a temperatura do ar ( C), tmrt é a temperatura média radiante ( C), tcl é a temperatura média externa ao corpo vestido ( C), Icl é a resistência térmica das roupas (clo), v é a velocidade do ar (m/s). A equação do PMV estabelece um índice de sensação térmica, o qual Fanger disponibilizou em forma de tabelas com várias combinações possíveis de variáveis (atividade física, isolamento térmico de roupas, temperatura ambiente e velocidade relativa do ar). Essas tabelas sempre levam em consideração que a temperatura do ar seja igual à temperatura radiante média. Porém, Fanger também disponibilizou diversas tabelas de correção para situações como temperatura do ar diferente da temperatura média radiante, umidade diferente de 50%, entre outras Porcentagem real de pessoas insatisfeitas (PPD) Ao se analisar o conforto térmico das pessoas inseridas em um ambiente, verifica-se que mesmo que os cálculos resultem em um conjunto de variáveis favoráveis ao conforto, sempre existirão diferenças entre metabolismos e percepções térmicas que geram desconforto para alguns. Mesmo em ambientes que são considerados ideais ou perfeitos sempre haverá pessoas em desconforto térmico (FANGER, 1970). Ao analisar vários dados sobre sensação térmica de uma forma estatística, é possível verificar que o mínimo de pessoas insatisfeitas termicamente que se pode chegar em um ambiente com várias pessoas é de 5% (FANGER, 1970). São consideradas insatisfeitas aquelas pessoas cujos votos de conforto (PMV) não estão entre +1 e -1 na escala sétima. Fanger também estabelece certos limites de insatisfeitos, onde o número de insatisfeitos não deve ser maior que a metade do valor mínimo, ou seja, se o número predito de insatisfeitos for de 7,5%, o PMV deve estar entre -0,35 e +0,35. A Figura 2.1 mostra a relação existente entre a porcentagem de insatisfeitos e o voto médio previsto.

29 29 Figura 2.1: PPD em função do PMV calculado. Fonte: ASHRAE 55, Porcentagem mínima possível de insatisfeitos Para se conseguir uma porcentagem mínima de insatisfeitos, deve-se primeiramente analisar o valor previsto dos insatisfeitos. Sabe-se que o valor mínimo de insatisfeitos é de 5%, portanto, a diferença entre o valor atual de PPD e o valor ideal (5%) dirá o quão próximo do ideal o ambiente está. Algumas das variáveis que modificam essa diferença são a temperatura ambiente e a falta de uniformidade térmica entre os espaços do ambiente. Para tentar diminuir o valor previsto de insatisfeitos, modifica-se a temperatura do ambiente para que um novo valor seja calculado. Esse novo valor é chamado de Lowest Possible Percentage of Dissatisfied (LPPD), onde será o menor valor possível de insatisfeitos naquele ambiente utilizando a temperatura que proporcionará esse quadro. Fanger sugere que em salas que são utilizadas durante longos períodos por trabalhadores em condições normais o número de insatisfeitos não deva exceder 6% Gráfico de conforto Para se determinar os requisitos aceitáveis para o conforto térmico, a ASHRAE 55 disponibiliza um gráfico de zonas de conforto. O gráfico (Figura 2.2) é baseado no PMV e, por isso, utiliza as mesmas variáveis de entrada que o método.

30 30 Porém, o método gráfico é utilizado dentro de alguns limites impostos às variáveis, sendo eles: Taxas metabólicas entre 1,0 e 1,3; Resistência térmica das roupas entre 0,5 e 1,0 clo; Umidade relativa do ar entre 10 e 90%; Velocidades do ar menores que 0,2 m/s. Figura 2.2: Método gráfico para zonas de conforto. Adaptado e traduzido de ASHRAE 55, Como mostra a Figura 2.2, o gráfico possui zonas de conforto apenas para valores de clo de 0,5 ou 1,0. Para encontrar valores intermediários a ASHRAE 55 disponibiliza as Eqs. 8 e 9, onde é possível encontrar zonas de conforto para valores intermediários de resistência térmica das roupas utilizando uma interpolação linear entre os limites de 0,5 e 1,0. t min,icl = [(I cl-0,5 clo)t min, 1,0clo +(1,0 clo-i cl )t min,0,5clo ] 0,5 clo Eq. (8)

31 31 t max,icl = [(I cl-0,5 clo)t max, 1,0clo +(1,0 clo-i cl )t max,0,5clo ] 0,5 clo Eq. (9) Onde: tmax,icl é o limite superior da temperatura operativa para o valor de resistência térmica das roupas correspondente ( C), tmin,icl é o limite inferior da temperatura operativa para o valor de resistência térmica das roupas correspondente ( C) e Icl é a resistência térmica das roupas (clo). Mesmo com todas as variáveis dentro dos limites aceitáveis, a ASHRAE 55 considera que para as pessoas estarem na zona de conforto o PMV deve estar entre -0,5 e +0,5, diferente dos limites de +1 e -1 propostos originalmente por Fanger (1970). O método gráfico serve também como um auxílio visual para se saber como melhorar o conforto alterando a relação entre as variáveis. 2.2 Modelo Adaptativo Este modelo de estudo sobre conforto térmico se baseia principalmente na adaptação do homem ao ambiente em que está, onde após certo período de permanência no ambiente as percepções de conforto podem ser diferentes. O método adaptativo não se baseia na teoria de balanço energético proposto por Fanger (FANGER, 1970) e sim nas adaptações de comportamento feitas pelas pessoas para continuarem em conforto. A busca pelo conforto pode ocorrer basicamente de duas formas: pela adaptação da pessoa ao ambiente (mudança de postura ou roupa) ou a reestruturação do ambiente térmico para o conforto da pessoa. Esse último pode ser feito com abertura de janelas ou ajustando o sistema de ar-condicionado (HUMPHREYS, RIJAL, NICOL, 2013). Por se tratar de um modelo que depende do ambiente, é inevitável que as medições e as análises sejam feitas em campo. A norma europeia EN15251 utiliza como base o modelo adaptativo de Humphreys, Nicol e Roaf (2012) e a norma americana (ASHRAE55) utiliza o modelo de de Dear e Brager (2002). Para o estudo de conforto térmico, o modelo analítico utiliza principalmente dados de temperatura ambiente durante vários dias (externa às construções) e dados físicos das pessoas inseridas nos locais de estudo. Além dessas variáveis, dados

32 32 subjetivos são captados por meio de questionários pessoais. Em estudos recentes (FRANSSON, VÄSTFJÄLL, SKOOG, 2007), foi visto que os dados obtidos através de questionários têm muita importância no resultado final de conforto térmico. As respostas pessoais sobre como estavam as variáveis do ambiente (assim como seu conforto) podem diferir do resultado calculado a partir das variáveis obtidas em campo. Outro ponto visto pela pesquisa de Fransson, Västfjäll e Skoog (2007), foi que o corpo humano pode interpretar mais informações sensoriais do que as medições físicas feitas em campo. A pesquisa mostrou que a concentração de CO2 e de partículas no ar tem mais influência (de acordo com as respostas dos questionários) sobre o conforto térmico do que sobre a percepção da qualidade do ar. Essas percepções são de extrema importância para um melhor estudo de conforto, porém isso não exclui a necessidade de medições das variáveis físicas do ambiente interno e externo (temperatura). Essa pesquisa mostra que para obter a melhor previsão de conforto é necessário cruzar as informações objetivas mensuradas e as subjetivas (FRANSSON, VÄSTFJÄLL, SKOOG, 2007). Seguindo uma metodologia adaptativa, De Dear e Brager (2002) criaram um novo método e viraram uma referência do método adaptativo para a ASHARAE Standard 55. Para elaborar todo o banco de dados, além de obter as informações necessárias para o cálculo da temperatura de conforto pelo modelo adaptativo (temperatura externa, por exemplo) também foram medidas as variáveis necessárias para os cálculos do modelo analítico (umidade do ar, velocidade do ar, por exemplo). Com esses dados disponíveis e utilizando o conhecimento sobre as diferenças da sensibilidade térmica em ambientes com ar-condicionado e ventilação natural, de Dear e Brager (2002) analisaram os dois microclimas separadamente para verificar a aplicabilidade e confiabilidade dos modelos de conforto adaptativo e analítico em cada um dos microclimas. Ao cruzar os dados de temperatura de conforto com a temperatura média externa, os pesquisadores verificaram que o método analítico (PMV) foi incisivo na previsão de conforto em locais com ar-condicionado, onde demonstrou que mudanças de roupas e velocidade do ar (variáveis do PMV) conseguem explicar perfeitamente a relação entre conforto interno e variação do clima externo. Com isso, os autores chamaram o PMV de parcialmente adaptativo e desenvolveram um gráfico conforme mostra a Figura 2.3.

33 33 Figura 2.3: Temperaturas de conforto observadas (OBS) e temperaturas de conforto interno previstas para ambientes com ar-condicionado (tanto pelo modelo analítico quanto para o adaptativo). Fonte: DE DEAR, BRAGER, Ao cruzar os dados e comparar com locais com ventilação natural, o modelo analítico não foi capaz de prever com precisão o conforto interno, ou seja, mudanças como velocidade do ar e roupas por si só não são capazes de estabelecer a relação entre temperatura de conforto interna e clima externo. De Dear e Brager (2002) consideraram que a temperatura de conforto em locais com ventilação natural é muito influenciada pela mudança das expectativas térmicas que são resultantes das combinações de sensações percebidas pelas pessoas aliadas as diversidades térmicas nas edificações. O gráfico que demonstra essas relações pode ser visto na Figura 2.4.

34 34 Figura 2.4: Temperaturas de conforto observadas (OBS) e temperaturas de conforto interno previstas para ambientes naturalmente ventilados (tanto pelo modelo analítico quanto para o adaptativo). Fonte: DE DEAR, BRAGER, Um ponto importante sobre conforto térmico no modelo adaptativo é o enquadramento dos prédios com ventilação híbrida nas normas vigentes. Enquanto a norma europeia (EN15251) possui uma abordagem adaptativa sobre os prédios com ventilação híbrida, a ASHRAE 55 (2013) rotula prédios com esse tipo de ventilação como prédios que utilizam somente ar-condicionado e, com isso, prevê apenas a utilização do método analítico (PMV) para o cálculo do conforto térmico. Deuble e de Dear (2012) verificaram também que a utilização do método adaptativo se mostrou aplicável em prédios com ventilação híbrida e, especialmente, em prédios com ventilação natural. Os pesquisadores ainda recomendam o enquadramento de prédios híbridos como prédios que utilizam apenas ventilação natural, fazendo com que se possa utilizar o método adaptativo proposto pela ASHRAE 55 (2013) para o cálculo de conforto térmico Métodos de medição da temperatura externa e temperatura de conforto No modelo adaptativo, há sempre uma busca para se saber a correta relação entre a temperatura externa e a temperatura interna de conforto. Essa relação é um dos pontos chave para demonstrar que locais com diferentes temperaturas externas, a temperatura de conforto dentro de edificações varia de acordo com a adaptação ao

35 35 clima em que esse local está inserido. Essa relação serve de suporte para que projetistas de edificações saibam como se comporta a temperatura de conforto interna e, assim, sabem quando uma edificação pode funcionar apenas com ventilação natural ou se ela necessita de aquecimento/resfriamento em partes do ano. A relação entre clima externo e conforto térmico varia de acordo com o tipo de ventilação utilizado pelo local. Foi visto que em prédios com ventilação natural essa relação é mais dependente do que em prédios com sistemas de ar-condicionado (HUMPHREYS, RIJAL, NICOL, 2013). A temperatura neutra (ou preferida) dentro de edificações pode ser calculada a partir da temperatura externa de acordo com as Eqs. 10 e 11. Para locais com ventilação natural: T n =11,9+0,534T o Eq. (10) Onde: Tn é a temperatura neutra ( C) e To é a temperatura externa ( C). Para locais com ar-condicionado: T n =23,9+0,295(T o -22). exp [- [ T o ]2 ] Eq. (11) Onde: Tn é a temperatura neutra ( C) e To é a temperatura externa ( C). As Eqs. 10 e 11 são utilizadas para se encontrar a temperatura neutra e dependem basicamente da forma utilizada pelo pesquisador para encontrar a temperatura externa. As formas mais comuns abordadas em estudos mais recentes (HUMPHREYS, RIJAL, NICOL, 2013) são: Máxima e mínima diária (Tm): São medidas as temperaturas máximas e mínimas externas ao local (em horários que propiciem essas temperaturas) durante todo o período da pesquisa e, por fim, calculase a média;

36 36 Temperatura média mensal: Temperatura média mensal disponível em tabelas meteorológicas. Esses históricos meteorológicos são utilizados para avaliar o projeto e construção de edificações levando em consideração os meses em que serão necessários sistemas de condicionamento de ar. Média das temperaturas mínimas e máximas mensais: Utiliza as medições das temperaturas máximas e mínimas disponíveis em históricos meteorológicos para cálculo da média. Média exponencial ponderada da temperatura (Trm): Exponencialmente ponderada, essa média tem peso maior para temperaturas em dias mais recentes do que em dias mais distantes. Utiliza os dados das temperaturas médias diárias até o dia da pesquisa e é aconselhado para cálculos que avaliam o conforto. Os melhores resultados foram encontrados utilizando a Eq. 12. T rm (amanhã)=0,8*t rm (ontem)+0,2*t m (hoje) Eq. (12) Onde: Tm é a média entre a máxima e mínima diária ( C) e Trm é a média exponencial ponderada da temperatura ( C). Ao se analisar a Eq. 12, é visto que a soma dos coeficientes deve ser igual a um. O coeficiente que acompanha a temperatura do dia (hoje) na Eq. 12 é a diferença entre um valor α (que é o coeficiente de Trm) e 1. Esse valor α pode ser tratado como uma inércia térmica da construção aliada ao atraso de resposta às mudanças na temperatura sentidas pelas pessoas (HUMPHREYS, RIJAL, NICOL, 2013). O cálculo da média ponderada da temperatura mostra uma relação entre a temperatura e o tempo, onde reflete a dependência que a temperatura de conforto e a roupa utilizada (resistência térmica) têm com o passar do tempo (NICOL, HUMPHREYS, 2002). A variável α pode ser encontrada através de um cálculo que relaciona a meia vida de uma temperatura média exponencial ponderada com a inércia da temperatura. Essa inércia pode ser calculada pela Eq. 13.

37 37 = 0,69 1-α Eq. (13) Onde: é a meia vida de uma temperatura média exponencial ponderada (dias) e α é a inércia térmica. Quando se utiliza um α=0,8 (HUMPHREYS, RIJAL, NICOL, 2013), a relação mostra que uma mudança brusca na temperatura externa demoraria cerca de 3,5 dias para que a temperatura interna de conforto chegasse à metade desse mesmo valor. Mesmo com poucos estudos feitos sobre esse efeito, esse valor de α se apresenta na literatura como uma boa aproximação para os cálculos que o necessitam. Utilizando a média ponderada da temperatura para analisar temperatura de conforto em construções com ventilação natural, é possível encontrar pela Eq. 14 essa temperatura de conforto individual a partir dessa média ponderada. T conf =0,33T rm +18,8 Eq. (14) Onde: Tconf é a temperatura individual de conforto ( C) e Trm é a média ponderada das temperaturas diárias do início até o fim da pesquisa ( C). Diferente do modelo proposto por Humphreys, Rijal e Nicol (2013) que utiliza o banco de dados europeu (SCATs) para a norma europeia, o modelo da ASHRAE Standard 55 (2013) utiliza a proposta de de Dear e Brager (2002). Eles propuseram uma nova abordagem do método adaptativo a partir de dados coletados no mundo todo e disponíveis pela ASHRAE. Esse modelo é utilizado sobre certas circunstâncias como inexistência de sistemas de ar-condicionado (espaços de ventilação natural com abertura manual). Nessa abordagem, a temperatura externa seria medida normalmente em forma de temperatura externa de bulbo seco e não em uma média ponderada como é tratado no método adaptativo proposto por Humphreys, Rijal e Nicol (2013). O motivo seria a praticidade e o amplo conhecimento dessa forma de medição entre engenheiros e técnicos da área. A temperatura de bulbo seco foi calculada de forma similar à reta de regressão mostrada na Figura 2.3, mas foi recalculada baseada na nova temperatura externa, de acordo com a Eq. 15.

38 38 T conf =0,31T a,out +17,8 Eq. (15) Onde: Ta,out é a média mensal da temperatura externa de bulbo seco ( C) e Tconf é a temperatura de conforto individual ( C). Essa nova abordagem foi fundamental para resolver o problema vivenciado por de Dear e Brager (2002), onde havia um desvio entre modelo adaptativo e analítico para ambientes naturalmente ventilados. Esse desvio, demonstrado pelos gráficos de temperatura interna em função da temperatura externa para sistemas com arcondicionado e ventilação natural (Figuras 2.3 e 2.4), pode chegar até a 1,7 C dependendo da ocasião. Esse estudo feito por de Dear e Brager (2002) foi fundamental para a norma ASHRAE 55 (2013). A norma separa a análise de conforto em dois grandes grupos, sendo um deles os locais que funcionam somente com ar-condicionado e outros locais que funcionam somente com ventilação natural. A norma ASHRAE 55 também adota a média aritmética simples das médias diárias da temperatura (média das temperaturas diárias entre 7 e 30 dias consecutivos) como base no cálculo da temperatura operativa, mas também permite a utilização da média ponderada como cálculo da temperatura. No caso da utilização da média ponderada da temperatura como base do cálculo da temperatura operativa utilizada na norma europeia (HUMPHREYS, RIJAL, NICOL, 2013), a ASHRAE 55 permite a sua utilização desde que a curva da média ponderada da temperatura diminua continuamente para dias mais distantes. Esse decréscimo deve ser tal que o peso utilizado em um dia fique entre 0,6 e 0,9 do peso aplicado nos dias subsequentes. Ao utilizar esse método de cálculo da temperatura o limite máximo de dias de medição em sequência (30 dias para média simples ponderada) não é aplicado. A ASHRAE 55 disponibiliza também um cálculo mais simples da temperatura operativa. A Eq. 16 poderá ser usada somente em ocasiões em que os valores de velocidade do ar sejam baixos (até 1 m/s). T o =A.t ar +(1-A).t mrt Eq. (16)

39 39 Onde: tar é a temperatura do ar ( C), tmrt é a temperatura média radiante ( C) e A é uma função da velocidade do ar. A = 0,5 (para Var de 0,2 m/s), A = 0,6 (para Var de 0,2 a 0,6 m/s), A = 0,7 (para Var de 0,6 a 1 m/s) Sensibilidade térmica Mesmo conhecendo todas as temperaturas ideais (externa, interna, de conforto) e suas variações anuais é preciso entender o quanto as variações diárias de temperatura podem gerar de desconforto para as pessoas. Esse desconforto depende de vários fatores como roupa, radiação assimétrica, e, também, da sensibilidade que as pessoas possuem a essas variações. A sensibilidade está atrelada ao local em que se está inserido e também da adaptação da pessoa ao local. Análises já realizadas utilizando os dados disponíveis na ASHRAE Standard 55 mostraram que pessoas inseridas em locais com ventilação natural são cerca de 10% mais tolerantes a mudanças de temperatura do que pessoas em locais com ar-condicionado (HUMPHREYS, RIJAL, NICOL, 2013). Uma análise semelhante sobre sensibilidade em diferentes locais foi realizada por de Dear e Brager (2002), onde deixaram claro que o conforto térmico depende do contexto em que está inserido. Pessoas que estão acostumadas à utilização de arcondicionado com regularidade tendem a requerer temperaturas mais baixas e homogêneas (constantes) conseguidas pelo resfriamento mecânico, ou seja, o conforto térmico pode ser facilmente perdido se a temperatura se afasta daquela requerida para o conforto. Ao se analisar pessoas adaptadas à ventilação natural é facilmente visto que essas suportam uma variação maior da temperatura sem que saiam da zona de conforto térmico, pois as pessoas dependem e se acostumam com as variações do clima externo. Pessoas que possuem um maior controle sobre as ferramentas que modificam as condições térmicas tendem a ter uma resistência sobre uma variedade maior de temperaturas do que aquelas com pouco controle sobre o ambiente (DE DEAR, BRAGER, 2002). Em estudos anteriores, vários valores para a sensibilidade foram encontrados (independentemente do local em que estão inseridos) utilizando dados disponíveis do banco de dados da SCATs e da ASHRAE. Por exemplo, ao se analisar os dados da

40 40 SCATs foi encontrado um valor de 0,47/K e 0,49/K para os dados da ASHRAE (HUMPHREYS, RIJAL, NICOL, 2013). Em outras referências, Humphreys, Rijal e Nicol (2013) encontraram um valor de 0,5/K ao analisar as mesmas tabelas de dados, porém com metodologia e raciocínio diferentes. O que esses valores demonstram em sua simplicidade é que uma pessoa que está em um ambiente que tem uma variação de 4 Kelvin (temperatura operativa) no período da pesquisa terá uma mudança de 2 unidades (utilizando a relação de 0,5/K) na escala térmica da ASHRAE (escala sétima). Ao analisar as diferenças entre os modelos adaptativo e analítico quanto à sensibilidade das pessoas tem-se que o modelo adaptativo considera as pessoas mais sensíveis a mudanças da temperatura (0,5/K) do que o considerado por Fanger (1970) (0,33/K para pessoas sedentárias e com roupas de 0,6 clo). Essa diferença foi analisada por Humphreys, Rijal e Nicol (2013) e, embora não tenham dado razões concretas para essa diferença, ficou claro que os dados obtidos por Fanger nas câmeras climatizadas ficaram bem diferentes daqueles utilizados na vida cotidiana Curva de conforto Para melhor entendimento e visualização de como se comporta o conforto térmico de acordo com a variação da temperatura, faz-se o uso do gráfico de conforto curva de sino. Nele, é possível ver a relação entre a variação da temperatura operativa e a proporção de pessoas em conforto (entre -1 e +1 na escala ASHRAE) de forma mais clara. Na Figura 2.5 encontra-se uma curva de conforto retirada de um trabalho realizado por Humphreys, Rijal e Nicol (2013).

41 41 Figura 2.5: Exemplo de uma curva de sino de conforto. O eixo vertical sinaliza a proporção em conforto e o eixo horizontal sinaliza a variação da temperatura operativa de um dia de pesquisa. Fonte: (HUMPHREYS, RIJAL, NICOL, 2013). No outro viés do método analítico, de Dear e Brager (2002) elaboraram um gráfico de conforto térmico que serviu como base para a ASHRAE 55. Mesmo tendo a Eq. 19 como padrão, de Dear e Brager (2002) indicaram a utilização da equação apenas para temperaturas externas entre C, pois em temperaturas externas fora dessa escala as temperaturas de conforto não retratam o real conforto das pessoas. Para essas temperaturas fora da escala, os autores recomendaram a utilização do método PMV para prever o conforto. A Figura 2.6 mostra as temperaturas de conforto do modelo utilizado pela ASHRAE 55.

42 42 Figura 2.6: Temperatura operativa em função da temperatura externa. Adaptado e traduzido de ASHRAE 55, Trazendo essas ponderações para a ventilação híbrida, de Dear e Brager (2002) aconselham a utilização de ar-condicionado ou sistema HVAC apenas quando os limites de temperatura forem extrapolados (10-33 C) e, mesmo assim, recomendam que esses sistemas possam trabalhar dentro de uma variação de temperatura (que ainda configure zona de conforto térmico), configurando assim em uma grande economia de energia Cálculo da temperatura neutra A temperatura neutra representa uma temperatura individual onde cada pessoa analisada em uma dada edificação e em uma data específica e pode ser calculada a partir dos votos individuais de conforto (HUMPHREYS, RIJAL, NICOL, 2013). Para se calcular essa temperatura, é utilizada a Eq. 17. Tn=Top- Ts b Eq. (17)

43 43 Onde: Tn é a temperatura neutra ( C), Top é a temperatura operativa média ( C), Ts é a média das sensações térmicas obtidas pelos votos ( C) e b é o coeficiente de regressão (sensibilidade térmica). O conforto será alcançado quando no dia a temperatura operativa calculada se igualar à temperatura operativa no dia da pesquisa e quando a média dos votos de conforto for igual a média no dia da pesquisa Relação entre clima e conforto térmico interno O princípio do modelo adaptativo paira sobre a seguinte expressão: se uma mudança ocorre e gera um desconforto, as pessoas reagem de forma a restabelecer o conforto (NICOL, HUMPHREYS, 2002). Ou seja, para se encontrar o conforto devese entender a relação que existe entre as pessoas e o ambiente. Nesse mesmo trabalho, concluiu-se que o clima é a variável mais importante nesse contexto, pois a mesma determina inúmeros padrões sociais, culturais e, claro, térmico. Esses padrões influenciam as pessoas inseridas nesse clima a se adaptarem ao dia a dia desse ambiente e a sucessão de temperaturas. Para se avaliar a influência do clima externo no conforto interno das construções, deve-se primeiramente identificar a melhor forma de tratamento das temperaturas externas medidas. Entre as várias formas de medição (abordadas no item 2.2.1), foi visto que uma média exponencial ponderada (da média diária) é a melhor forma de se encontrar a temperatura predominante (HUMPHREYS, RIJAL, NICOL, 2013). Esse tipo de cálculo (aliado à média diária com maior peso para a mínima diária) fornece um resultado que leva em consideração a temperatura dos últimos dias e a diferença diária de temperatura. Ao analisar as temperaturas operativas de diversas pesquisas com suas respectivas temperaturas externas predominantes, Humphreys et al. (2013) encontraram relações distintas entre construções que operam sem ar-condicionado e construções que operam com ar-condicionado. Na primeira relação, foi visto que quando a temperatura externa é baixa, o sistema de controle aumentou a temperatura interna acima da temperatura externa e quando a temperatura externa é alta, o sistema diminuiu a temperatura interna a fim de igualar à temperatura externa (em

44 44 alguns casos, a temperatura interna ficou abaixo da externa). Na segunda relação (construções com sistema de ar-condicionado), Humphreys et al. (2013) verificaram que a temperatura neutra depende do clima externo à construção e tem sua dependência aumentada entre 10 C e 30 C, como visto na Figura 2.7. É visível pela Figura 2.7 que com o aumento da temperatura externa, aumenta a temperatura de conforto (mesmo com ar-condicionado). Figura 2.7: Temperatura neutra e temperatura externa predominante (em C). Fonte: HUMPHREYS, RIJAL, NICOL, Uma ponderação importante sobre o conforto adaptativo e o clima externo é mostrado pela Figura 2.7, onde é visto que o conforto térmico varia de acordo com o clima. De acordo com novas pesquisas, a utilização de sistemas de ar-condicionado onde a temperatura operativa acompanha as mudanças do clima (temperatura externa) não aumenta o desconforto dos ocupantes se comparado com sistemas de ar-condicionado que utilizam temperaturas constantes. Sistemas que não possuem temperaturas constantes preestabelecidas podem apresentar um grande racionamento de energia (NICOL, HUMPHREYS, 2002). Ao se calcular a temperatura de conforto a partir da temperatura externa pode parecer apenas uma aproximação grosseira do real valor. Não levar em consideração variáveis importantes como umidade, movimento do ar, taxa metabólica e resistência térmica da roupa (considerados no modelo analítico) não é um erro e muito menos uma aproximação. Algumas dessas variáveis são um reflexo da temperatura externa

45 45 (taxa metabólica e roupas, por exemplo) assim como algumas ações adaptativas (mudanças na postura, por exemplo) que buscam o conforto térmico. Ao se analisar o conjunto (ações adaptativas e clima) foi verificado que encontrar a temperatura de conforto utilizando somente a temperatura externa (em situações reais, em campo) é totalmente possível (NICOL, HUMPHREYS, 2002) Relação entre pessoas e as edificações Em um trabalho realizado por Nicol e Humphreys (2002) foi feita uma relação entre o conforto das pessoas dependendo do tipo de edificação e do tipo de controle que as pessoas tinham acesso. Se as pessoas não possuem controle sobre o sistema de ar-condicionado (central), significa que estão acostumadas a um valor de temperatura constante e qualquer alteração nessa temperatura poderá gerar desconforto. Se as pessoas possuem algum acesso ao controle de temperatura (seja em locais com ar-condicionado ou ventilação natural), elas estão mais acostumadas a se adequarem à variação da temperatura e, portanto, são menos sensíveis a mudanças na temperatura. Um termo utilizado pelos autores em seu estudo foi oportunidade adaptativa, ou seja, oportunidades oferecidas pela construção afetarão o conforto das pessoas nela inseridas. Possibilidade de abrir janelas, fechar cortinas e acionar sistemas de ventilação ou ar-condicionado são algumas dessas oportunidades adaptativas que influenciam a interação entre homem e prédio. Quanto maior for essa oportunidade, maiores serão as chances para os ocupantes modificarem suas condições para se adequarem ao ambiente Amplitude das condições de conforto Quando se analisa a adaptação do ser humano ao meio, é inevitável que o ser humano se comporte e se modifique de acordo com o clima em que está inserido. Ao se analisar pela abordagem adaptativa, é possível que a variação da temperatura interna de um local seja um reflexo das ações humanas sobre o sistema para diminuir o desconforto térmico. Ou seja, a adaptação térmica da pessoa não só depende da

46 46 temperatura em que estão inseridos, mas também das possibilidades de mudanças que o meio oferece. Ao se analisar o conforto térmico nesse contexto, é possível verificar que existe na verdade uma zona de conforto. Uma pessoa que está inserida em um ambiente onde não existe a possibilidade de trocas de roupas, mudança de atividade e nem alteração no movimento do ar, essa zona é próxima ao valor de ± 2 C (NICOL, HUMPHREYS, 2002). Em situações em que as oportunidades adaptativas forem mais altas, esse valor pode ser estendido. Essa mesma zona de conforto foi analisada por de Dear e Brager (2002), onde foram estipulados os limites máximos e mínimos da variação da temperatura de conforto dentro dos limites de 80 a 90% de aceitabilidade térmica. Para isso, os autores utilizaram a relação comumente utilizada entre voto médio e insatisfação térmica (PMV-PPD). Essa relação indica que um grande grupo que expressou um voto médio de ±0,5 (ou ±0,85) pode expressar 10 (ou 20%) de pessoas insatisfeitas, ou seja, não estão dentro da categoria de conforto (-1,0 e +1 dentro da escala sétima). Ou seja, transportando essas informações para a equação de temperatura de conforto (Eq. 19), as edificações com ventilação natural produzem uma zona de conforto de 5 C para 90% de aceitabilidade e 7 C para 80%, onde a temperatura central é a temperatura ideal de conforto. 2.3 Síntese do capítulo Esse capítulo teve como propósito esclarecer os métodos existentes, analisar suas formas de utilização e resultados encontrados em trabalhos científicos. Por mais que os métodos analítico e adaptativo sejam opostos no âmbito do cálculo do conforto térmico, foi visto que vários trabalhos (principalmente aqueles feitos em locais com arcondicionado) tiveram resultados próximos quando comparados os métodos. Por mais que o método analítico seja restritivo quanto à variação de vários parâmetros físicos, projetistas ainda o utilizam para prever o conforto dos usuários e de sistemas de condicionamento de ar. Porém, a utilização demasiada de sistemas de ar-condicionado pode acarretar aumento da sensibilidade térmica e do consumo de energia elétrica.

47 47 Como foi mostrado neste capítulo, os métodos adaptativos garantem que o conforto térmico seja alcançado com a utilização de ventilação natural em uma grande faixa de temperatura. Ou seja, significa alcançar o conforto térmico com uma maior flexibilidade na temperatura de conforto e sem a utilização de sistemas de arcondicionado. Pode se dizer que o ponto mais importante do conforto térmico se encontra na interação entre homem e ambiente. Mesmo que essa relação esteja desfavorável para as pessoas, se elas tiverem oportunidades adaptativas ao seu alcance essa relação tenderá ao equilíbrio.

48 48 3 MÉTODO Nessa parte do trabalho será apresentado o método utilizado para realização das medições em campo, tratamento dos dados e a aplicação das equações do método adaptativo e do método analítico. Esses dados em questão foram coletados entre os meses de março de 2014 e outubro de 2014 para que fosse possível captar informações durante boa parte do ano. 3.1 Clima de Florianópolis Na revisão bibliográfica, foi visto um grande enfoque nas características que se deve analisar na relação entre o homem e o ambiente. Saber a dinâmica do ambiente de estudo assim como suas principais características e informações geográficas são fundamentais para entender melhor o resultado final do conforto térmico. Florianópolis é uma cidade que se encontra em uma ilha no sul do Brasil. Com coordenadas 27º35 48 Sul e 48º32 57 Oeste, a cidade se encontra inserida em uma zona bioclimática 3 (NBR , 2005) onde há o clima subtropical úmido com as quatro estações do ano bem definidas. A Figura 3.1 mostra a localização geográfica e classificação climática de Florianópolis.

49 49 Figura 3.1: Classificação climática do Brasil. Fonte: Alexei Nowatzki (2015). O clima subtropical, classificado como mesotérmico úmido, é o encontrado na cidade de Florianópolis. Com a inexistência de uma estação seca, a chuva se distribui bem durante o ano, onde as precipitações de chuva são mais frequentes entre os meses de janeiro e março e menos frequentes entre junho e agosto, com médias pluviométricas anuais de 1500 mm. As médias anuais de temperatura e umidade relativa do ar ficam entre 21ºC e 85%, respectivamente, onde no mês mais quente a média das temperaturas mais altas varia entre 21,8 e 28,5ºC e no mês mais frio de 13,3 a 20,4ºC. É possível verificar pelas Figuras 3.2 e 3.3 o comportamento das temperaturas (máximas e mínimas do ar) e da umidade do ar ao longo do ano. Mesmo com estações do ano bem definidas e vento predominante do quadrante norte, constantes rajadas de vento do quadrante sul fazem as condições climáticas mudar repentinamente.

50 Umidade relativa externa (%) Umidade absoluta externa (kg/kg) Temperatura do ar externo (ºC) Máxima Média Mínima 5 0 jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez Mês Figura 3.2: Médias mensais da temperatura do ar externo ao longo do ano na região de Florianópolis. Fonte: Ministério da Agricultura e Reforma Agrária, Normas Climatológicas, Umidade relativa Umidade absoluta jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez Mês 0,020 0,018 0,015 0,013 0,010 0,008 0,005 0,003 0,000 Figura 3.3: Médias mensais da umidade relativa e absoluta do ar externo ao longo do ano na região de Florianópolis. Fonte: Ministério da Agricultura e Reforma Agrária, Normas Climatológicas, Edifícios estudados Os edifícios estudados neste trabalho são de três empresas públicas de Florianópolis que possuem salas de escritório compartilhadas entre várias pessoas. Para facilitar menções futuras, os prédios foram nomeados como prédio A, prédio B e prédio C. As características mais relevantes sobre os prédios são:

51 51 Prédio A: Possui um sistema de ar-condicionado central controlado automaticamente com praticamente todas as fachadas com vidro. Por ser um prédio selado, não há possibilidade de abertura de janela pelas pessoas. O controle de entrada de luz externa pode ser feito por meio de fechamento/abertura de persianas. Muitas salas são compartilhadas por várias pessoas (50 pessoas) onde não há divisórias entre elas. Prédio B: As salas são compartilhadas por poucas pessoas (5 a 12 pessoas) onde existe a possibilidade de ligar/desligar os sistemas de ar-condicionado (split ou janela) da sala ou de abrir/fechar as janelas. Grande parte das salas possuem persianas ou cortinas nas janelas para regular a entrada da luminosidade externa. O sistema de condicionamento é híbrido. Prédio C: As salas são compartilhadas por poucas pessoas (3 a 10 pessoas) com sistemas de ar-condicionado (split ou janela) local. As pessoas têm o controle sobre as janelas do prédio, sobre o ar-condicionado local e das persianas/cortinas quando houver. O sistema de condicionamento também é híbrido. 3.3 Variáveis ambientais Para realizar essa etapa do trabalho foram utilizados dois confortímetros, um disponibilizado pelo Laboratório de Eficiência Energética em Edificações (LabEEE) e outro pelo Laboratório de Conforto Ambiental (LABCON). Esses equipamentos foram feitos de acordo com as especificações internacionais ISO 7726 (1998). Esses aparelhos são munidos de sensores de temperatura do ar, sensores de umidade relativa do ar, sensores de velocidade do ar e sensores de temperatura de globo. Todos os sensores foram devidamente calibrados no Laboratório de Meios Porosos e Propriedades Termofísicas (LMPT) na UFSC. Os confortímetros utilizados possuem os mesmos sensores e as mesmas formas de leitura, se diferenciando apenas no computador utilizado para a leitura dos dados. Para garantir uniformidade entre as medições e conformidade com as recomendações da ISO 7726 (1998), todos os sensores foram devidamente posicionados nos locais de medição de forma que ficassem o máximo possível em um local comum a todos e o mais centralizado possível. Como o alvo da pesquisa são pessoas que trabalham em ambiente de escritório compartilhado e que trabalham

52 52 sentadas, os sensores foram colocados a uma altura de aproximadamente 60 cm do solo (equivalente à altura do abdômen das pessoas), utilizando-se de um tripé, que garantia estabilidade, travamento da posição e conformidade com normas vigentes. Um computador que utiliza o sistema operacional Windows realizou a leitura dos sensores e armazenou a média das informações a cada minuto. Nas Figuras 3.4 e 3.5 é possível ver imagens do confortímetro SENSU (LABEEE) e do tripé que sustenta os sensores. Figura 3.4: Painel de controle Confortímetro SENSU

53 53 Figura 3.5: Suporte com os sensores do Confortímetro Para garantir uma maior confiabilidade das medições, o confortímetro foi ligado sempre de 30 a 40 minutos antes do início dos questionários a fim de eliminar o máximo possível de erros. Esses erros podem ocorrer pela falsa medição causada por estabilização de sensores e/ou por falsa sensação térmica das pessoas que acabaram de entrar na sala e ainda não se adaptaram ao clima. 3.4 Questionário Muitos dados não ambientais são de extrema importância para os cálculos de conforto térmico. Roupas utilizadas, sensação térmica, desconforto localizado, movimentação atípica durante turno de trabalho e ingestão de bebidas quentes (ou frias) são alguns exemplos de variáveis que precisam ser monitoradas para entender e prever o conforto das pessoas. Para que isso fosse possível, um questionário eletrônico foi desenvolvido em plataforma Java pelo LabEEE. O questionário propiciou ao usuário uma ampla gama de escolhas que cobre desde perguntas rotineiras feitas por outros pesquisadores até perguntas de caráter inovador como percepção de ar em condições impróprias (ar pesado/parado) e umidade do ar percebida pelas pessoas.

54 54 O questionário é composto por várias perguntas que procuram entender a relação entre as pessoas e o ambiente em que estão situadas. Para que o questionário compreenda também a adaptação da pessoa durante o dia de trabalho, o questionário foi fracionado em seis etapas que se intercalam por períodos de vinte minutos (tempo controlado automaticamente pelo questionário). Na primeira etapa das seis que compõem o questionário foram captadas informações básicas como nome da empresa, idade, peso, altura, gênero, tempo que trabalha no local e na empresa, vestimentas, tempo diário de trabalho e descrição do tipo de atividade realizada como mostra a Figura 3.6. Figura 3.6: Questionário de conforto térmico do LabEEE Essa etapa permite obter informações sobre o valor de resistência térmica das roupas aliada à resistência causada pelas cadeiras e taxa metabólica correspondente à atividade exercida. Para fazer a correlação entre roupas e valor clo (resistência térmica) assim como atividade exercida e taxa metabólica foram utilizados dados tabelados pela ASHRAE 55 (2013). Para o valor final de clo, foi considerado que todas

55 55 as pessoas estavam usando roupas de baixo (0,04 clo) e sentadas em cadeiras padrão de escritório (0,10 clo). Esses valores foram adicionados à resistência térmica final das pessoas que varia de acordo com cada relação de vestimentas informada via questionário. Em outra janela (Figura 3.7), mas ainda na primeira das seis etapas do questionário, as pessoas responderam sobre seu estado de humor, condição física, saúde, se pratica atividades físicas, se é fumante, preferências de conforto e tempo de exposição ao ar-condicionado. Figura 3.7: Questionário de conforto Passada a primeira etapa do questionário, as próximas cinco etapas (idênticas entre si) foram respondidas em intervalos de vinte minutos. As perguntas nessas etapas compreenderam sensação térmica (escala sétima), preferência, aceitabilidade e conforto térmico do ambiente térmico (caso esteja desconfortável, possibilita que a

56 56 pessoa marque o local do corpo que se encontra em desconforto térmico. A Figura 3.8 mostra parte do questionário referente à sensação e aceitabilidade térmica. Figura 3.8: Questionário de conforto 3.5 Protocolo Experimental Após consulta prévia nos locais propícios à pesquisa, selecionou-se um local que seja um escritório público em Florianópolis. Nas salas escolhidas, as medições foram realizadas em dois turnos (manhã e tarde) com inícios às 8h30 e às 13h30 aproximadamente. Antes do horário de início de aplicação dos questionários, o confortímetro era alocado em um espaço na sala considerando a posição das pessoas e dos equipamentos de ar-condicionado. Após isso, o aparelho foi ligado (cerca de 30 minutos antes da medição) e uma série de anotações foram feitas. Foram realizadas medições para saber o tamanho da sala e um desenho simplificado da sala com a localização das pessoas, dos sistemas de ar-condicionado, janelas, paredes com

57 57 vidros, portas e outros aspectos relevantes a pesquisa. Concomitantemente, foram entregues cartões com números para os participantes da pesquisa. Esses números foram anotados tanto no desenho da sala (localização) quanto no questionário. Isso possibilitou um melhor entendimento sobre alguns aspectos das respostas recolhidas pelo questionário. A coleta de dados começou com uma breve explicação sobre o trabalho realizado e sobre as perguntas dos questionários. As pessoas foram instruídas a não modificarem seus hábitos diários pela pesquisa, ou seja, deveriam sintam-se livres para modificar o ambiente (ligar sistema de ar-condicionado, abrir janelas, persianas) ou a vestimenta como se fosse um dia normal de trabalho. Junto com essa explicação, foi informado um horário de início do questionário e esse era colocado no programa do questionário (cada usuário coloca em seu programa) para que todos iniciassem ao mesmo tempo. Minutos antes do início do questionário (e obedecendo o tempo de 30 min de estabilização dos sensores) o confortímetro inicia a gravação dos dados físicos do ambiente. Durante o período da pesquisa, o pesquisador fica no local para sanar eventuais dúvidas e monitorar o confortímetro. Caso a sala tenha pontos onde a temperatura ou a velocidade do ar não sejam uniformes, medições pontuais foram feitas e anotadas no croqui da sala. A Figura 3.9 mostra de forma sucinta as etapas do protocolo experimental. Figura 3.9: Protocolo experimental