DETERMINAÇÃO DA TEMPERATURA DE NEUTRALIDADE EM SALAS DE AULA DO ENSINO SUPERIOR PARA AS ZONAS BIOCLIMÁTICAS DO ESTADO DE MATO GROSSO

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1 PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO STRICTO SENSU MESTRADO EM CIÊNCIAS AMBIENTAIS KAREN WROBEL STRAUB DETERMINAÇÃO DA TEMPERATURA DE NEUTRALIDADE EM SALAS DE AULA DO ENSINO SUPERIOR PARA AS ZONAS BIOCLIMÁTICAS DO ESTADO DE MATO GROSSO CUIABÁ 2016

2 KAREN WROBEL STRAUB DETERMINAÇÃO DA TEMPERATURA DE NEUTRALIDADE EM SALAS DE AULA DO ENSINO SUPERIOR PARA AS ZONAS BIOCLIMÁTICAS DO ESTADO DE MATO GROSSO Dissertação apresentada à UNIC, como requisito parcial para obtenção do título de Mestre em Ciências Ambientais. Orientador: Prof. Dr.-Ing Marlon Leão CUIABÁ 2016

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4 KAREN WROBEL STRAUB DETERMINAÇÃO DA TEMPERATURA DE NEUTRALIDADE EM SALAS DE AULA DO ENSINO SUPERIOR PARA AS ZONAS BIOCLIMÁTICAS DO ESTADO DE MATO GROSSO Dissertação apresentada à UNIC, no Mestrado em Ciências Ambientais, área de concentração em Dinâmica Ambiental, como requisito parcial para a obtenção do título de Mestre conferido pela Banca Examinadora formada pelos professores: Prof. Dr.- Ing Marlon Leão UNIC Prof. Dr. Carlo Ralph De Musis UNIC Profª. Dra. Luciane Cleonice Durante UFMT Prof. Dr. Ernesto Kuchen Universidad Nacional de San Juan Cuiabá, 26 de Fevereiro 2016.

5 AGRADECIMENTOS A Deus, pela força espiritual nos momentos difíceis e por colocar pessoas tão especiais em meu caminho; Aos meus pais Sandra Luzia Wrobel Straub e José Luiz Straub, pela contribuição na formação do meu caráter, pelo amor incondicional, apoio, incentivo, auxílio no desenvolvimento da pesquisa e dedicação da vida toda; Ao meu irmão Igor Willian Wrobel Straub, que sempre esteve ao meu lado, mesmo nos momentos difíceis me ouvindo e me apoiando; Ao Rodrigo Marengo Schneider, que foi meu companheiro durante todo o período de faculdade, especialização, e por fim mestrado, me dando muito amor e carinho, entendendo minhas ausências e me apoiando sempre; A minha vó Maria Aparecida Camargo Wrobel, que sempre me fez presente em suas orações, pelo amor incondicional; Aos meus amigos e colegas, que participaram efetivamente da minha vida acadêmica e também aqueles que me distraíram dela, por todo amor, carinho e compreensão, deixando minha vida mais alegre, em especial a: Camila Isernhagen de Almeida, Jordana Bicudo, Josiane do Espírito Santo Santana, Luís Antônio Shigueharu Ohira, Alex Cesar dos Santos, Bruno Santos Abdala, Cátia Balduíno Ferreia, Guilherme Garrido, Michel Saraiva Pacheco, Samira Amorim Pereira, e Anne Maiara Seidel Luciano; Ao meu orientador Marlon Leão, pela oportunidade, amizade, dedicação e significativo aprendizado durante todo este período; Aos professores membros da banca: Marta Cristina de Jesus Albuquerque Nogueira, Carlo Ralph De Musis, Ernesto Kuchen e Luciane Cleonice Durante, pelas preciosas contribuições; A todos os professores do Programa de Ciências Ambientais da UNIC e do Programa de Física Ambiental da UFMT em especial Carlo Ralph De Musis e Osvaldo Borges Pinto Junior; A UNEMAT, por acolher-me como discente e docente, e aos professores e alunos desta instituição, em especial: Arnaldo Taveira Chioveto, João Carlos Machado Sanches, Érika Borges Leão, Luís Antônio Shigueharu Ohira, André Luiz Machado, Anne Maiara Seidel Luciano, Giovani Vinicius Merlin, Waniel Aparecido Félix Coutinho, Daniela Augusta Pereira Goto e Caroline Indayara Leite Milhorança.

6 i SUMÁRIO LISTA DE FIGURAS... iii LISTA DE TABELAS... v LISTA DE QUADROS... vii RESUMO... viii ABSTRACT... ix 1. INTRODUÇÃO PROBLEMÁTICA JUSTIFICATIVA REVISÃO BIBLIOGRÁFICA CONFORTO TÉRMICO Importância do Conforto Térmico Variáveis do Conforto Térmico Variáveis Pessoais Taxa Metabólica Isolamento Térmico das Roupas Utilizadas Variáveis Ambientais Temperatura do Ar Velocidade do Ar Temperatura Média Radiante Umidade Relativa do Ar Parâmetro de influência sobre o Conforto Térmico Neutralidade Térmica Limites da Temperatura da Pele e Suor Desconforto Localizado Assimetria de Radiação Térmica Correntes de Ar Diferenças na Temperatura do Ar no Sentido Vertical Contato com Pisos Aquecidos ou Resfriados Parâmetros Subjetivos Avaliação do Conforto Térmico Estudos de Câmaras Climatizadas... 23

7 ii Voto Médio Predito PMV Porcentagem de Pessoas Insatisfeitas - PPD Estudos de Ambientes Reais Determinação da Temperatura de Neutralidade Estudos em Ambientes Escolares Normas de Conforto Térmico ZONEAMENTO BIOCLIMÁTICO BRASILEIRO ÁREA DE ESTUDO O ESTADO DE MATO GROSSO Cáceres Cuiabá Primavera do Leste Sinop MATERIAIS E MÉTODOS CARACTERIZAÇÃO DOS AMBIENTES DE PESQUISA INSTRUMENTAÇÃO Datalogger HD Sensor para medição de temperatura e umidade relativa do ar Termômetro de globo negro Anemômetro omnidirecional de fio quente QUESTIONÁRIOS APLICADOS COLETAS DE DADOS TRATAMENTO DOS DADOS DETERMINAÇÃO DA TEMPERATURA DE NEUTRALIDADE Temperatura Operativa Votos de Sensação Térmica e Preferência Térmica APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS CONSIDERAÇÕES FINAIS SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEXO A... 90

8 iii LISTA DE FIGURAS Figura 1 Exemplos de estudos em câmaras climatizadas Figura 2 - Escala Sétima ASHRAE, ou escala de sete pontos Figura 3 - Porcentagem de pessoas insatisfeitas (PPD) em função do voto médio predito (PMV) Figura 4 - Mapa climático do Brasil Figura 5 - Mapa das Zonas Bioclimáticas Brasileiras Figura 6 - Mapa das unidades climáticas do estado de Mato Grosso Figura 7 Zoneamento bioclimático segundo NBR para o estado de Mato Grosso Figura 8 - Localização do Campus A em Cáceres MT Figura 9 - Localização do Campus B em Cáceres MT Figura 10 - Localização do Campus em Cuiabá MT Figura 11 - Localização do Campus D em Cuiabá - MT Figura 12 - Localização do Campus E em Primavera do Leste MT Figura 13 - Localização do Campus F em Sinop MT Figura 14 - Localização do Campus G em Sinop MT Figura 15 - Datalogger HD 32.1 com sensores instalados Figura 16 - Datalloger HD Figura 17 - Sonda combinada: temperatura e umidade relativa do ar Figura 18 - Termômetro de Globo Negro Figura 19 - Anemômetro omnidirecional de fio quente Figura 20 - Posicionamento do HD 32.1 no centro da sala de aula em Sinop MT. 56 Figura 21 - Comparação entre os valores calculados do PMV e a sensação térmica real emitida no questionário Figura 22 - Comparação entre os valores calculados de PPD e a porcentagem de insatisfeitos reais obtida através do questionário Figura 23 - Correlação entre sensação real e porcentagem de insatisfeitos real Figura 24 - Correlação entre PMV e sensações reais obtidas através dos questionários Figura 25 - Correlação entre temperatura operativa e isolamento térmico das roupas Figura 26 - Regressão entre voto de sensação térmica e temperatura operativa para a zona bioclimática 08 na estação de chuva Figura 27 - Regressão entre voto de sensação térmica e temperatura operativa para a zona bioclimática 08 na estação de seca Figura 28 - Regressão entre voto de sensação térmica e temperatura operativa para a zona bioclimática 07 na estação de seca Figura 29 - Regressão entre voto de sensação térmica e temperatura operativa para a zona bioclimática 07 na estação de chuva... 75

9 Figura 30 - Regressão entre voto de sensação térmica e temperatura operativa para a zona bioclimática 06 na estação de chuva Figura 31 - Regressão entre voto de sensação térmica e temperatura operativa para a zona bioclimática 06 na estação de seca Figura 32 - Regressão entre voto de sensação térmica e temperatura operativa para a zona bioclimática 05 na estação de chuva Figura 33 - Regressão entre voto de sensação térmica e temperatura operativa para a zona bioclimática 05 na estação de seca iv

10 v LISTA DE TABELAS Tabela 1- Taxa metabólica em função da atividade desempenhada... 8 Tabela 2 Isolamento da vestimenta Tabela 3 Isolamento da vestimenta por peça Tabela 4 - Adição típica à vestimenta quando o usuário está sentado em uma cadeira Tabela 5- Métodos para determinação do conforto térmico Tabela 6 - Normas vigentes para avaliação do conforto térmico e seus parâmetros. 33 Tabela 7- Classificação bioclimática das cidades do Mato Grosso Tabela 8 - Classificação bioclimática das cidades estudadas do Mato Grosso Tabela 9 - Especificações técnicas temperatura e umidade relativa do ar Tabela 10 - Especificações técnicas do termômetro de globo negro Tabela 11 - Especificações técnicas do anemômetro de fio quente Tabela 12 - Resumo da coleta de dados na estação de chuva Tabela 13 - Determinação de A em função da velocidade do ar Tabela 14 - Caracterização da amostra estudas para as quatro zonas bioclimáticas.. 61 Tabela 15 - Apresentação das principais variáveis, por zona bioclimática, para o período da chuva Tabela 16 - Apresentação das principais variáveis, por zona bioclimática, para o período da seca Tabela 17 - ANOVA da regressão entre voto de sensação térmica e temperatura operativa para a zona bioclimática 8 na estação de chuva Tabela 18 - Testes de normalidade dos resíduos da regressão para determinação da Tn da zona 08 na estação da chuva Tabela 19 - ANOVA da regressão entre voto de sensação térmica e temperatura operativa para a zona bioclimática 8 na estação de seca Tabela 20 - Testes de normalidade dos resíduos da regressão para determinação da Tn da zona 08 na estação da seca Tabela 21 - ANOVA da regressão entre voto de sensação térmica e temperatura operativa para a zona bioclimática 7 na estação da seca Tabela 22 - Testes de normalidade dos resíduos da regressão para determinação da Tn da zona 07 na estação da seca Tabela 23 - ANOVA da regressão entre voto de sensação térmica e temperatura operativa para a zona bioclimática 7 na estação da chuva Tabela 24 - Testes de normalidade dos resíduos da regressão para determinação da Tn da zona 07 na estação da chuva Tabela 25 - ANOVA da regressão entre voto de sensação térmica e temperatura operativa para a zona bioclimática 6 na estação da chuva Tabela 26 - Testes de normalidade dos resíduos da regressão para determinação da Tn da zona 06 na estação da chuva... 77

11 Tabela 27 - ANOVA da regressão entre voto de sensação térmica e temperatura operativa para a zona bioclimática 6 na estação da seca Tabela 28 - Testes de normalidade dos resíduos da regressão para determinação da Tn da zona 06 na estação da seca Tabela 29 - ANOVA da regressão entre voto de sensação térmica e temperatura operativa para a zona bioclimática 5 na estação da chuva Tabela 30 - Testes de normalidade dos resíduos da regressão para determinação da Tn da zona 05 na estação da chuva Tabela 31 - ANOVA da regressão entre voto de sensação térmica e temperatura operativa para a zona bioclimática 5 na estação da seca Tabela 32 - Testes de normalidade dos resíduos da regressão para determinação da Tn da zona 05 na estação da seca Tabela 33 - Temperatura de neutralidade por zona bioclimática do estado de Mato Grosso vi

12 vii LISTA DE QUADROS Quadro 1 - Questões para caracterização da amostra Quadro 2 - Questão para identificação do tempo de permanência na sala de aula Quadro 3 - Questões sobre sensação e preferência térmica Quadro 4 - Questões referentes à ingestão de líquidos e alimentos, e realização de atividades Quadro 5 - Questões para levantamento do vestuário utilizado pelo estudante... 55

13 viii RESUMO STRAUB, K. W. Determinação da Temperatura de Neutralidade em Salas de Aula do Ensino Superior para as Zonas Bioclimáticas do Estado de Mato Grosso. Cuiabá, Dissertação (Mestrado) Pós-Graduação em Ciências Ambientais, Universidade de Cuiabá. A neutralidade térmica é a condição em que uma pessoa não prefira nem mais calor nem mais frio no ambiente ao seu redor, fator condicionante para atingir o conforto térmico. Tendo em vista que Mato Grosso é um estado com significativas variações climáticas ao longo de seu território e escassez de diretrizes sobre o conforto térmico, evidenciou-se a necessidade de estudos específicos. As instituições de ensino superior abrigam grande quantidade de ocupantes por longos períodos e tendo em vista que a aprendizagem está diretamente relacionada às condições de conforto dos estudantes verificou-se a importância da realização de estudos de conforto térmico nesse tipo de edificação. Esse trabalho propôs determinar a temperatura de neutralidade de salas de aula de edificações do ensino superior para as zonas bioclimáticas do estado de Mato Grosso. A metodologia baseou-se na aplicação de questionários para verificação de variáveis pessoais e, na medição de variáveis climáticas por meio de sensores específicos. Através do questionário os alunos emitiram votos de sensação e preferência térmica, assim como forneceram informações sobre suas vestimentas e atividades exercidas anteriormente. Simultaneamente ocorreram as medições das variáveis climáticas que consistiram no registro da temperatura do ar, temperatura do termômetro de globo, umidade relativa e velocidade do ar. A pesquisa foi realizada nos períodos seco e chuvoso totalizando 64 medições 1151 questionários. Com base nos dados coletados, e posterior tratamento dos mesmos, através de uma análise de regressão de mínimos quadrados entre a temperatura operativa e o voto de sensação térmica ajustaram-se equações para a determinação da temperatura de neutralidade por zona bioclimática para cada estação, chuva e seca. Palavras-chave: conforto térmico, abordagem adaptativa, pesquisa de campo.

14 ix ABSTRACT STRAUB, K. W. Determination of the Neutral Temperature in Higher Education Classrooms for the State of Mato Grosso s Bioclimatic Zones. Cuiabá, Dissertation (Masters) Masters in Environmental Sciency, University of Cuiabá. The thermal neutrality is a condition where a person prefers neither warmer nor colder in their environment, conditioning factor to achieve thermal comfort. Considering that Mato Grosso is a state with significant climate variations over its territory and there is a lack of guidelines on thermal comfort, it became clear the need for specific studies. Higher education institutions are home to a large number of occupants for long periods and, taking into consideration that their learning capability is directly related to the comfort conditions it demonstrate the importance of conducting thermal comfort studies in this type of building. This work propose to evaluate the neutral temperature for classrooms in four bioclimatic zones of the state. The methodology is based on questionnaires for verification of personal variables, and measurement of climatic variables by specific sensors. Through the questionnaires, students issue votes for their sensation and for their thermal preference, additionally, information about their clothing and which activities were carried out previously were acquired. Simultaneously, measurements of climatic variables that consisted of record air temperature, globe thermometer temperature, relative humidity and air velocity were obtained. The survey were conducted during the dry and rainy totaling 64 cycles of measurement and 1151 questionnaires. Based on the collected data and subsequent processing of data by an ordinary least square regression analysis between the operating temperature and thermal sensation voting, eight equations for the determination of the neutral temperature of bioclimatic area for each season, wet and dried were adapted. Keywords: thermal comfort, adaptive approach, field research.

15 1 1. INTRODUÇÃO 1.1. PROBLEMÁTICA Os primeiros estudos realizados acerca da interferência das condições térmicas no rendimento de trabalhadores foram desenvolvidos em 1916 pela Comissão Americana de Ventilação. Inicialmente as pesquisas de conforto térmico eram desenvolvidas em câmaras climatizadas com controle de todas as variáveis, mais tarde surgiu a linha adaptativa em que as pesquisas passaram a ser realizadas em ambientes reais. As análises em campo mostraram haver desvios entre os resultados obtidos a partir das realizadas em câmaras climatizadas, possibilitando também conhecer a influência das variáveis sobre o estado de conforto ou ainda identificar novas variáveis, como hábitos e culturas que afetam a habilidade de adaptação do ser humano. Os índices de conforto variam em relação à temperatura média da região onde cada estudo é desenvolvido, observando ainda que a aclimatação, ou habilidade de adaptação, afeta a temperatura de neutralidade dos ambientes estudados. Verifica-se a importância da determinação da temperatura de neutralidade para regiões específicas, visto que em um mesmo país existem regiões que apresentam condições climáticas muito diferentes e consequentemente habitantes com sensibilidade térmicas diferentes, justamente devido à condição de aclimatação do ser humano. Ressalta-se que pesquisas realizadas sobre temperatura de neutralidade são aplicáveis para condições específicas o que contribui para a inexistência de zonas de conforto e temperatura de neutralidade em diversas regiões. O Estado de Mato Grosso possui um extenso território com grandes variações climáticas e os mais diversos tipos de edificações, carecendo de zonas de conforto térmico e temperatura de neutralidade definidas. As edificações de ensino superior abrigam grande quantidade de ocupantes por longos períodos. Sendo a condição térmica uma das principais falhas encontradas em ambientes escolares e tendo em vista que a aprendizagem está diretamente

16 2 relacionada às condições de conforto dos estudantes, verifica-se a importância de parâmetros para alcançar um ambiente termicamente confortável. A ausência de zonas de conforto e temperatura de neutralidade conhecida contribui para edificações de baixo desempenho, no que diz respeito à condição térmica do ambiente provocando gastos muitas vezes desnecessários com refrigeração. 1.2 JUSTIFICATIVA As pesquisas no Brasil sobre desempenho da edificação estão estreitamente relacionadas às exigências da nova norma NBR :2013. Esta norma contempla, entre outros aspectos, questões acerca do desempenho térmico e eficiência energética na edificação. A norma apresenta padrões mínimos como o de transmitância térmica, capacidade térmica e de aberturas para ventilação, fatores que influenciam diretamente nas condições térmicas do ambiente. Apesar de esses parâmetros serem de extrema importância para projetar um ambiente termicamente confortável, nem sempre são suficientes para determinação de uma temperatura de neutralidade. Devido ao clima quente e úmido do Estado de Mato Grosso destaca-se a relevância da pesquisa, visto que as variáveis climáticas de temperatura, velocidade do ar e umidade influenciam diretamente a sensação de conforto térmica dentro de ambientes construídos. Sendo que instituições ensino superior abrigam grande quantidade de ocupantes por longos períodos e que a aprendizagem está diretamente relacionada às condições de conforto dos estudantes, verifica-se a importância da pesquisa em edificações desse tipo. A definição de uma temperatura de neutralidade para instituições de ensino superior contribui para o estabelecimento de um ambiente termicamente confortável, o que se mostra de suma importância, pois segundo Bernadi (2001) condições de desconforto térmico podem ser responsáveis por sonolência, aumento do suor, além de alterações dos batimentos cardíacos, o que pode tanto a longo, quanto em curto prazo comprometer a saúde dos estudantes, além de interferir no processo de aprendizagem.

17 3 Em outro aspecto, a determinação da temperatura de neutralidade está diretamente relacionada com a redução de consumo de energia, pois edificações com bons desempenhos térmicos utilizam menos do sistema de climatização artificial. Contribuindo de forma efetiva para redução do consumo de energia e, dessa forma, fomentando o desenvolvimento sustentável. Dito isso, pode-se ressaltar o quão impactante os resultados serão para o desenvolvimento sustentável do estado de Mato Grosso, contribuindo efetivamente nos aspectos econômicos, sociais, ambientais, científico e tecnológico. Estes fundamentos dão origem a este trabalho, que tem por objetivo geral determinar a temperatura de neutralidade de salas de aula de edificações do ensino superior para as zonas bioclimáticas do estado de Mato Grosso. Para que o objetivo geral fosse alcançado foi necessário determinar os objetivos específicos, sendo estes o levantamento das variáveis pessoais e ambientais considerando estudantes do ensino superior em ambiente de sala de aula; obter os votos de sensação e preferência térmica dos estudantes com relação ao ambiente térmico experimentado; comparar os índices voto médio predito (PMV) e porcentagem de pessoas insatisfeitas (PPD), desenvolvidos por Fanger (1970), com as sensações relatadas e a porcentagem de insatisfeitos reais verificada na pesquisa de campo. Os resultados obtidos servirão como indicadores na definição de estratégias a serem utilizadas por profissionais da área de desempenho térmico das edificações, com o objetivo de aumentar o conforto do usuário e/ou diminuir o consumo de energia.

18 4 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1. CONFORTO TÉRMICO Entende-se como conforto ambiental o conjunto de fatores, térmico, visual, acústico, ergonômico e qualidade do ar, que interfere na sensação de conforto de ocupantes de um determinado ambiente. Todos esses fatores são de extrema importância para garantir um ambiente agradável e saudável aos seus ocupantes, entretanto, segundo Kowaltowski et al (2002) de modo geral os ambientes escolares, objeto da pesquisa, apresentam como principais falhas observadas em suas pesquisas o conforto térmico e a funcionalidade. O conforto térmico tem sido alvo de diversas pesquisas há muitos anos, com o objetivo principal de entender o seu funcionamento verificando quais as variáveis, fatores e índices podem interferir, e de que forma isso afeta a saúde e produtividade humana. Segundo a ASHRAE STANDARD 55 (2004), conforto térmico em ingles that condition of mind which expresses satisfaction with the thermal environment and is assessed by subjective evaluation. Que traduzido é definido como que a condição de espírito que manifesta a sua satisfação com o ambiente térmico e é avaliado por avaliação subjetiva. Essa definição, que trata da condição da mente, está mais relacionada ao aspecto subjetivo dos ocupantes de um determinado ambiente, entretanto, a satisfação com o ambiente térmico leva ao entendimento de que as condições físicas do ambiente e do ocupante também interferem nessa sensação de conforto. Corroborando a isso Rohles 1 apud Xavier (1999) adverte que na maioria dos estudos de conforto térmico, a temperatura do corpo, chamada por ele de condição do corpo, e as sensações relatadas pelas pessoas, que seriam então a condição da mente, devem ser analisadas conjuntamente. E, a partir disso, o autor argumenta 1 ROHLES, F. H. "Temperature or Temperament: A Psychologist looks at Thermal Comfort". ASHRAE Transactions. Atlanta: v. 86, n. 1, p , 1980.

19 5 ainda que os estudos convencionais não levam em contar apenas a condição da mente, mas também, e de uma maneira bem acentuada, a condição do corpo. A NBR (ABNT, 2005), traz como definição de conforto térmico... a satisfação psicofisiológica de um indivíduo com as condições térmicas do ambiente. Com base nessa discussão podemos dizer que o conforto térmico pode ser avaliado sob três aspectos principais: biofísicos, fisiológicos e psicológicos. Os fatores biofísicos dizem respeito às trocas de calor entre os ocupantes e o meio. Fatores fisiológicos estão relacionados à resposta fisiológica do organismo devido à exposição à determinada condição térmica. E, os fatores psicológicos são aqueles que variam em função da percepção de cada ocupante, em detrimento do humor, experiências ou costumes adquiridos ao longo da vida de cada um. Frota; Schiffer (2001) identificam os aspectos mencionados anteriormente como sendo índices de conforto. Para os autores a condição de conforto térmico está relacionada a diversas variáveis, e essas variáveis quando analisadas conjuntamente dão origem aos índices de conforto térmico. Entretanto, muitos autores sugerem que esses índices não são suficientes para determinar um ambiente confortável, havendo, portanto, a necessidade de entender o conceito e a importância do conforto térmico para tornar a avaliação o mais próxima possível das influências reais sobre o mesmo Importância do Conforto Térmico Os estudos relacionados ao conforto térmico tem como premissa a satisfação do ocupante com relação à temperatura do ambiente, entretanto, Silva (2002) ressalta que o conforto térmico não é um conceito exato, que se possa determinar uma temperatura exata. Ou ainda que se possa determinar a partir de variáveis quantificáveis como temperatura do ar, velocidade do ar, e umidade, ou não quantificáveis como estado mental, hábitos, educação e cultura. As preferências de conforto das pessoas podem variar bastante conforme a sua aclimatização particular ao ambiente local. Lamberts et al. (2014) sugere que a importância do estudo do conforto térmico está baseada em três fatores principais. Sendo eles a satisfação do homem,

20 6 no que diz respeito a sentir-se termicamente confortável, a performance humana, que o autor destaca de apesar de as investigações não serem conclusivas a esse respeito, os estudos mostram que o desconforto por frio ou calor reduz o desempenho. E, por fim, a conservação de energia relacionada diretamente ao não desperdício da mesma, tendo em vista que ao conhecer os parâmetros relativos ao conforto térmico dos ocupantes em seus ambientes, reduz-se os gastos com calefação e refrigeração muitas vezes desnecessários. Em se tratando de satisfação Baker; Standeven (1996) relacionam a satisfação das pessoas com a capacidade que elas possuem de se adaptar ao ambiente. Segundo eles todos os organismos vivos possuem a característica da irritabilidade, que é a sensibilidade às atividades de adaptação complexa para promover trocas no ambiente. Corroborando os preceitos apresentados por Lamberts et al. (2014), no que diz respeito à performance humana, Grzybowski (2004) ressalta que o calor excessivo provoca efeitos sobre o indivíduo, deixando-o cansado, reduzindo sua atenção e aumentando as tendências de ocorrerem erros e acidentes. Para a autora as atividades intelectuais, manuais e perceptivas, geralmente apresentam um melhor rendimento quando realizadas em situação de conforto térmico. Em ambientes escolares é importante garantir a condição de conforto aos alunos, visto que estes estão expostos a diversos estímulos diferentes durante as aulas, sendo que a insatisfação térmica com o ambiente pode interferir no processo de aprendizagem (DIAS, 2009). Segundo Nicol (1993) a importância do conforto térmico pode ser exprimida por três pontos fundamentais, a satisfação, a economia de energia e o estabelecimento de padrões, sendo que os dois primeiros coincidem com os princípios apresentados pelo primeiro autor, diferenciando-se então no que diz repeito ao estabelecimento de padrões. Para o autor o estabelecimento de padrões é um dos motivos que destacam a importância do conforto térmico, que, como visto anteriormente, está relacionado à temperatura interna. Ele aponta ainda que se as temperaturas internas refletissem as temperaturas externas, poderia se esperar também uma redução no consumo de energia.

21 7 Diante da busca pelas condições ambientais de conforto, sabe-se que, devido às variações fisiológicas entre as pessoas, não se pode estabelecer as condições de conforto térmico a todos os ocupantes do ambiente. Dessa forma, as condições de conforto criadas em um ambiente devem atender a um grupo, ou seja, condições nas quais a maior porcentagem das pessoas se encontre em conforto térmico (LAMBERTS et al., 2014) Variáveis do Conforto Térmico De acordo com Lamberts (2014), as variáveis que influenciam na sensação de conforto térmico e são utilizadas nos cálculos analíticos são seis: atividade desempenhada pelo ocupante, isolamento térmico das roupas utilizadas, temperatura do ar, temperatura radiante média, velocidade do ar e pressão parcial do vapor de água no ar ambiente. Sendo que as duas primeiras variáveis citadas tratam-se das pessoais, e as demais se tratam das variáveis ambientais. Além disso, Santos (2008) aponta que variáveis como sexo, idade, raça, hábitos alimentares, peso e altura também podem exercer influência sobre a sensação de conforto de cada pessoa e, portanto, devem ser consideradas Variáveis Pessoais As variáveis pessoais que afetam diretamente a condição de conforto térmico encontram-se normalmente tabeladas e normatizadas, correspondendo às atividades realizadas (taxa metabólica) e à vestimenta utilizada pelo ocupante durante a avaliação Taxa Metabólica Para Grandi (2006) é a quantidade de energia liberada pelo corpo para o desempenho de atividade. Ou ainda, de acordo com a ISO 8996 (ISO,1990) é conversão de energia química em energia mecânica, medindo então o gasto energético da carga muscular resultando em um índice numérico de atividade.

22 8 Esse índice é expresso em unidade met, sendo que 1 met corresponde a 58,2 W/m². Esse valor, segundo Xavier (1999), é correspondente à energia produzida por unidade de área superficial do corpo para uma pessoa sentada em repouso. A área superficial de uma pessoa é em média 1,8 m², sendo 1,7 para mulher e 1,9 para homem. A ISO 7730 (ISO, 2005) traz os valores dessa variável na tabela B.1 de seus anexos, os valores podem ser verificados na Tabela 1 que segue. Tabela 1- Taxa metabólica em função da atividade desempenhada Atividades Taxas Metabólicas W/m² Met Deitado, reclinado 46 0,8 Sentado, relaxado 58 1,0 Atividade sedentária (escritório, 70 1,2 residência, escola, laboratório) Atividade leve em pé (compras, 93 1,6 laboratório, indústria leve) Atividade média em pé (balconista, 116 2,0 trabalho doméstico, em maquinas) Andando em nível: 2 Km/h 110 1,9 3 Km/h 140 2,4 4 Km/h 165 2,8 5 Km/h 200 3,4 Fonte: Adaptado da ISO 7730 (2005) A taxa metabólica aumenta não somente conforme a intensidade da atividade desempenhada, mas também, em função de outras variáveis, como a fisiologia da pessoa e as características ambientais do local. Além da tabela apresentada, os valores das taxas metabólicas também podem ser encontrado nas tabelas ASHRAE (2013). Entretanto, a ISO 8996 (ISO, 1990) sugere que a determinação da taxa metabólica seja feita através do consumo de oxigênio e dos batimentos cardíacos. Como já discutido anteriormente durante o desenvolvimento de atividades o corpo humano libera energia para o meio. Segundo Lamberts et al. (2012) essa liberação de energia, ou calor, acontece para que não haja um superarquecimento do corpo, já que o mesmo é homotérmico. Ele aponta ainda que a temperatura interna do corpo humano é praticamente constante, e que a variação se dá entre 35 e 37 C.

23 9 Portanto, a avaliação da taxa metabólica é extremamente importante para a determinação do conforto térmico, já que o corpo humano sofre variação da temperatura interna em função da atividade que esteja executando. É importante destacar que o mesmo admite pequenas oscilações na temperatura interna, mas sob variações maiores pode sofrer stress térmico Isolamento Térmico das Roupas Utilizadas A sensação de conforto térmico está diretamente relacionada, entre outros fatores, à roupa utilizada, já que esta pode impedir, ou dificultar a troca de calor entre o corpo humano e o meio. Para Lamberts (2002), essa dificuldade de troca de calor por convecção equivale à resistência térmica, servindo como isolante térmico que mantém uma camada de ar, entre a roupa e o corpo, que pode ser mais ou menos aquecida. A vestimenta reduz a sensibilidade do corpo em relação às variações de temperatura e à velocidade do ar, esse isolamento produzido pela vestimenta depende do tipo de tecido, da espessura do mesmo, do tipo de material e do ajuste ao corpo humano. Sua representação convencional é Icl e a unidade de medida denominada de clo equivale a 0,155 m².k/w (FROTA; SCHIFFER, 2001). As resistências de várias peças de roupas de materiais diferentes foram determinadas por Fanger (1970) através de manequins aquecidos, esses valores encontram-se disponíveis nas normas e manuais ISO 7730 (2005), ISO 9920 (2007) e ASHRAE (2013). Os valores de alguns conjuntos de roupas típicos podem ser verificados na Tabela 2 e estão disponíveis na versão 2013 do ASHRAE Handbook. Entretanto, destaca-se que apesar de a tabela apresentada trazer diversos conjuntos comuns, muitos deles não são utilizados costumeiramente em algumas regiões, principalmente no que diz respeito ao Brasil, para isso encontram-se disponíveis também na versão 2013 do ASHRAE os valores de isolamento por peça de roupa que podem ser somadas aos conjuntos de roupas já configurados. Portanto, os valores do Icl da Tabela 2 só devem ser utilizados quando os conjuntos das peças de roupas corresponderem razoavelmente às peças utilizadas na realidade, quando isso não acontecer recorre-se aos valores apresentados na Tabela 3

24 10 referente ao isolamento térmico proporcionado individualmente para cada peça, podendo dessa forma determinar-se o valor do Icl para conjuntos diferentes destes já configurados. Descrição da Vestimenta Calças Saias/ Vestidos Tabela 2 Isolamento da vestimenta Valores para Conjuntos de Roupas Típicos Roupas Inclusas Icl (clo) Calça + Camisa manga curta 0,57 Calça + Camisa manga longa 0,61 #2 + Paletó 0,96 #2 + Paletó + Colete + Camiseta 1,14 #2 + Suéter manga longa + Camiseta 1,01 #5 + Paletó + Ceroula 1,30 Saia na altura dos joelhos + Camiseta manga curta 0,54 (sandálias) Saia na altura dos joelhos + Camiseta manga longa + 0,67 Combinação íntima Saia na altura dos joelhos + Camisa manga comprida + 1,10 Meia combinação íntima + Suéter manga comprida Saia na altura dos joelhos + Camisa manga longa + Meia 1,04 combinação íntima + Paletó Saia no comprimento do tornozelo + Camisa manga 1,10 comprida + Paletó Shorts Shorts + Camisa manga curta 0,36 Macacão manga comprida + Camiseta 0,72 Macacões Macacão + Camisa manga comprida + Camiseta 0,89 Macacão isotérmico + Roupa íntima comprida (térmicocorpo 1,37 todo) Atlética Calça de moleton + Blusa de moleton manga longa 0,74 Pijamas Camisa manga longa de pijama + Calça de pijama + 0,96 Roupão ¾ (chinelos, sem meias) Fonte: Adaptado do ASHRAE (2013) É importante ressaltar que todos os conjuntos de roupa, exceto onde indicado entre parênteses, incluem sapatos, meias, calcinhas e cuecas, e todos os conjuntos de saias/vestidos incluem meia-calça, sem meias adicionais. A Tabela 3 a seguir traz os valores em clo do isolamento térmico proporcionado por peça de roupa utilizada, em função da superfície que a mesma é capaz de cobrir, do tipo de material da qual é feita e de sua espessura.

25 11 Tabela 3 Isolamento da vestimenta por peça Descrição de Roupa Icl Descrição da Roupa Icl Roupas Íntimas Vestidos e Saias Sutiã 0,01 Saia (fina) 0,14 Calcinha 0,03 Saia (grossa) 0,23 Cueca Masculina 0,04 Vestido fino, sem mangas 0,23 Camiseta 0,08 Vestido de malha, com 0,27 mangas Meia combinação Íntima 0,14 Vestido curto de algodão 0,29 (estilo camisa) Roupa Íntima Longa (Ceroulas) 0,15 Vestido comprido com 0,33 mangas (fino) Combinação Íntima 0,16 Vestido comprido com 0,47 mangas (grosso) Ceroula Completa (corpo todo) 0,2 Suéters Calçados Colete/Suéter sem mangas 0,13 (fino) Meia Soquetes 0,02 Colete/Suéter sem mangas 0,22 (grosso) Meia-calça fina/meias 7/8 0,02 Suéter manga longa (fino) 0,25 Sandálias/Chinelos 0,02 Suéter manga longa (grosso) 0,36 Sapatos 0,02 Paletós e Coletes Sapatos semi abertos (pantufas, 0,03 Colete (fino) 0,1 sapatos de couros Meias médias (algodão) 0,03 Colete (grosso) 0,17 Meias compridas (algodão) 0,06 Paletós (fino) 0,36 Botas 0,1 Paletó (grosso) 0,44 Camisas e Blusas Paletó fechado (fino) 0,42 Blusa sem mangas 0,12 Paletó fechado (grosso) 0,48 Camisa manga curta esportiva (estilo pólo) 0,17 Pijamas e Robes Camisa social manga curta 0,19 Camisola curta, sem mangas (fino) 0,18 Camisa social manga longa 0,25 Camisola comprida, sem 0,2 mangas (fino) Camisa de flanela manga longa 0,34 Vestido manga curta de 0,31 hospital Moletom manga longa 0,34 Roupão de verão curto (fino) 0,34 Calças e Macacões Pijama manga curta (fino) 0,42 Shorts curto 0,06 Camisola de inverno comprida 0,46 (grosso) Shorts comprido 0,08 Robe manga longa de verão 0,48 Calça (fina) 0,15 Pijama de manga comprida (grosso) 0,57

26 12 Calça (grossa) 0,24 Robe manga comprida de inverno Calça Moleton 0,28 Macacão (jardineira) 0,3 Macacão (fechado) 0,4 Fonte: Adaptado do ASHRAE (2013) 0,69 Outro aspecto importante sobre os valores apresentados é que estes se aplicam a uma pessoa que esteja em pé, já que uma postura sentada resultaria em um decréscimo no isolamento térmico da vestimenta devido à compressão das camadas de ar na roupa. Esse decréscimo pode ser compensado pelo isolamento proporcionado pela cadeira Lamberts et al. (2014) e este efeito causado pela isolamento da cadeira pode ser verificado na Tabela 4. Tabela 4 - Adição típica à vestimenta quando o usuário está sentado em uma cadeira Válido para conjuntos de roupa com isolamento variando entre 0,5 clo < Icl < 1,2 clo Cadeira simples 0,00 clo Cadeira metálica 0,00 clo Cadeira de madeira com braços 0,00 clo Banco de madeira +0,01 clo Cadeira de escritório padrão +0,10 clo Cadeira executiva +0,15 clo Fonte: LAMBERTS et al. (2014) Variáveis Ambientais De acordo com Deprot (2002) existem algumas variáveis ambientais que implicam na resposta humana ao ambiente térmico e que contribuem para os processos de troca de calor entre o corpo humano e o meio, sendo elas: temperatura do ar, temperatura média radiante, velocidade do ar e a umidade relativa Temperatura do Ar Dentre as variáveis ambientais relacionadas, a de maior influência sobre o conforto térmico é a temperatura do ar, para Santos (2008) a sensação de conforto baseia-se na perda de calor do corpo para o meio, pela diferença existente entre a temperatura da pele e do ar relacionada com outros mecanismos termorreguladores.

27 13 Percebe-se que a perda do calor produzido pelo corpo durante atividades é menor quando a temperatura do ar é maior e vice-versa, funcionando como uma espécie de gangorra para manter o equilíbrio da temperatura corporal. O mesmo acontece em um ambiente, quando há diferença de temperatura entre dois pontos ocorre a movimentação do ar, chamada de convecção natural, de forma que a porção de ar mais quente torna-se mais leve e sobe, enquanto a massa de ar mais fria torna-se mais pesada e desce proporcionando uma sensação de resfriamento do ambiente (COSTA, 1991). A variável temperatura do ar pode ser medida através de sensores de expansão líquidos ou sólidos, termômetros elétricos, de resistência variável ou termopares (XAVIER, 1999). Lamberts et al. (2000) aponta que a temperatura do ar é definida por um balanço energético entre a radiação solar incidente e o coeficiente de absorção da superfície, a condutividade e capacidade térmica do solo que determina a transmissão de calor por condutividade, e perdas por evaporação convecção e radiação Velocidade do Ar Segundo Lamberts et al (2014) a velocidade do ar é um parâmetro definido por sua magnitude e direção e no caso de ambientes térmicos considera-se a magnitude do vetor velocidade do fluxo no ponto de medição considerado, como velocidade efetiva. O autor descreve ainda que um fluxo de ar pode ser representado pela velocidade média, que é a média das velocidades instantâneas em um dado intervalo de tempo, ou ainda pelo desvio padrão das velocidades, que é obtido através da Equação 1. Equação 1 Sendo: : desvio padrão das velocidades; : número de medições; : velocidade instantânea do ar; : velocidade média do ar.

28 14 Em se tratando de velocidade do ar, relaciona-se esta diretamente à ventilação dos ambientes e para Frota; Schiffer (2001) essa ventilação pode ocorrer de forma natural ou forçada, sendo que a natural acontece de acordo com dois princípios, por diferença de pressão ou por efeito chaminé. A velocidade do ar é uma variável difícil de medir justamente em função das rápidas flutuações em intensidade e direção em um curto intervalo de tempo, os equipamentos utilizados para esse tipo de medição são os anemômetros. Lamberts et al. (2014) aponta que de maneira geral a velocidade do ar pode ser determinada ou pela utilização de um instrumento omnidirecional, que é sensível à magnitude da velocidade, independente de sua direção, ou ainda utilizando três sensores direcionais, e nesse caso a velocidade do ar pode ser determinada pela Equação 2. Equação 2 Sendo: : velocidade do ar; : velocidade do ar na direção do eixo x; : velocidade do ar na direção do eixo y; : velocidade do ar na direção do eixo z. Nos casos em que o fluxo é unidirecional é possível a utilização de um sensor que seja sensível a só uma direção, e então os principais anemômetros utilizados são: anemômetros de copos e anemômetros de fios quentes. Santos (2008) descreve que a velocidade do ar em ambientes internos costuma ser abaixo que 1m/s sem necessariamente a ação direta do vento. Isso se dá em função do deslocamento do ar pela diferença de temperatura no ambiente, onde o ar quente sobe e o ar frio desce, tratando-se de convecção natural, como apresentado anteriormente. É importante destacar que o deslocamento do ar está intimamente ligado à sensação térmica de conforto já que este aumenta a evaporação no corpo humano, retirando a água em contato com a pele com mais eficiência e assim, reduzindo a sensação de calor, quando em ambientes mais aquecidos, ou ainda intensificando a sensação de frio quando em ambientes menos aquecidos.

29 Temperatura Média Radiante Segundo Lamberts et al. (2014), a temperatura média radiante pode ser definida como sendo a temperatura uniforme de um ambiente imaginário no qual a transferência de calor por radiação do corpo humano é equivalente à transferência de calor por radiação em um ambiente real não uniforme. O termômetro de globo negro é o instrumento mais frequentemente utilizado para a determinação da temperatura média radiante através dos valores observados da temperatura de globo, da temperatura do ar e da velocidade do ar ao redor do globo. Mas, pode ser determinada também a partir de valores medidos das temperaturas das paredes vizinhas, de suas dimensões e posições em relação à pessoa, relativos ao cálculo do fator de forma geométrico (GRANDI, 2006). Para a determinação da temperatura média radiante através das medições realizadas com o termômetro de globo padronizado utilizam-se: a Equação 3, quando constatado que a ventilação no ambiente se dá através da convecção natural, e a Equação 4 para o caso de convecção forçada (LAMBERTS et al., 2014). Equação 3 Equação 4 Sendo: : temperatura média radiante; : temperatura do termômetro de globo; : velocidade do ar; : temperatura do ar. A determinação de qual equação deve ser utilizada depende do tipo de ventilação, por isso torna-se necessário o cálculo do coeficiente de troca de calor por convecção do globo, a Equação 5 é utilizada para o cálculo do coeficiente para convecção natural e a Equação 6 convecção forçada, de forma que a que apresentar maior coeficiente como resultado determina o tipo de ventilação e, portanto, qual deverá ser a equação utilizada no cálculo da temperatura média radiante.

30 16 Equação 5 Equação 6 Sendo: : coeficiente de troca de calor por convecção; : temperatura termômetro de globo; : temperatura do ar; : velocidade do ar; : diâmetro correspondente do globo em centímetros. A temperatura radiante média é muito importante na avaliação do conforto térmico, pois, além dos fatores já explicitados, através dela é possível calcular outros parâmetros essenciais à avaliação, como a temperatura operativa do ambiente que será abordada mais a frente Umidade Relativa do Ar A umidade pode ser caracterizada como sendo a quantidade de vapor d água contido no ar, sendo que este vapor se forma através da evaporação da água, que é o processo no qual esta passa do estado líquido para o gasoso sem alteração da sua temperatura (LAMBERTS et al., 2006). Para Frota; Schiffer (2001) o ar está saturado quando a quantidade de vapor d água chega ao valor máximo suportável pelo ar a certa temperatura, quando ultrapassado este limite, ocorre a condensação, processo no qual a água passa do estado gasoso para o líquido. Os autores definem como umidade absoluta o peso de vapor d água contido em uma unidade de massa de ar e a umidade relativa como sendo a relação entre a umidade absoluta do ar e a umidade absoluta do ar saturado para a mesma temperatura, representada usualmente em forma de porcentagem. A umidade do ar conjuntamente com a velocidade do ar intervém na perda de calor por evaporação e como aproximadamente 25% da energia térmica gerada pelo organismo são eliminados sob a forma de calor é importante que as condições ambientais favoreçam estas perdas, no caso de desconforto por calor. Entretanto, se o

31 17 ar estiver saturado, a evaporação não é possível, o que faz a pessoa começar a ganhar mais calor quando a temperatura do ar for superior a da pele, e no caso em que o ar esteja seco, as perdas de calor continuam mesmo com temperaturas mais elevadas (LAMBERTS et al., 2005). Varejão-Silva (2006) destaca que a umidade pode ser expressa pela pressão parcial do vapor de água do ar úmido, que corresponde a pressão que o vapor de água poderia exercer se ocupasse sozinho todo o volume ocupado pelo ar úmido, quando na mesma temperatura. A determinação da umidade do ar pode ser realizada através da utilização de um psicrômetro, equipamento que mede simultaneamente a temperatura de bulbo seco, ou do ar e a temperatura de bulbo úmido aspirado, e das relações psicrométricas constantes da ISO 7726 (ISO,1996), cartas pscicrométricas ou ainda estimadas utilizando as equações apropriadas (XAVIER, 1999) Parâmetro de influência sobre o Conforto Térmico Para que um indivíduo esteja em estado de conforto térmico é imprescindível que alguns fatores fisiológicos e ambientais sejam atendidos, sendo eles: a neutralidade térmica ou balanço térmico, temperatura da pele e suor e o desconforto localizado (LAMBERTS et al., 2014) Neutralidade Térmica Os conceitos de neutralidade térmica e conforto térmico são costumeiramente confundidos. Segundo Fanger (1970), neutralidade térmica trata-se da condição em que uma pessoa não prefira nem mais calor nem mais frio no ambiente a seu redor. De acordo com Tanabe (1984) apud Lamberts et al. (2014) 2, neutralidade térmica é a condição da mente que expressa satisfação com a temperatura do corpo como um todo. 2 LAMBERTS, R.; XAVIER A. A.; GOULART, S.; VECCHI, De R.. Conforto térmico e stress térmico. UFSC. Florianópolis SC, 2014.

32 18 Apesar de essa definição confundir-se ligeiramente à de conforto térmico, para Fanger (1970) na verdade a neutralidade térmica é a primeira condição para se atingir o conforto térmico. Ressalta-se que essa condição, embora necessária, não é suficiente, pois existem muitas outras variáveis ambientais e pessoais que, mesmo satisfazendo a situação de balanço térmico, pode não fornecer conforto à pessoa. A condição de neutralidade térmica pode ser atendida então quando o corpo encontra-se em equilíbrio termicamente, isso pode ser identificado através da equação de balanço de energia proposta pela ASHRAE (1997). Equação 7 Sendo: : taxa metabólica de produção de calor, (W/m²); : taxa de eficiência mecânica (W/m²); : taxa total de perda de calor pela pele (W/m²); : taxa total de perda de calor através da respiração (W/m²); : perda de calor sensível pela pele (convecção + radiação) (W/m²); : taxa de perda de calor total por evaporação do suor (W/m²); : taxa de perda de calor latente por convecção (W/m²); : taxa de perda de calor latente por evaporação (W/m²). Para Lamberts et al. (2012), o corpo humano é um sistema termodinâmico, que produz calor e interage continuamente com o ambiente para alcançar o balanço térmico. A troca de calor que acontece entre o corpo e o meio é constante e influenciada pelos mecanismos de adaptação fisiológica, condições ambientais e fatores individuais, como discutido anteriormente. O autor aponta que a sensação de conforto térmico está diretamente relacionada ao esforço realizado pelo organismo para manter o balanço térmico, e por isso, a importância de entender o seu funcionamento Limites da Temperatura da Pele e Suor O limite da temperatura da pele e a taxa de secreção do suor, de acordo com os estudos realizados por Fanger (1970), são as únicas variáveis fisiológicas que influenciam o balanço térmico e, portanto, o conforto térmico de uma pessoa.

33 19 Segundo Lamberts et al. (2014), esses parâmetros variam em função do tipo de atividade desempenhada pelo indivíduo, se este estiver desempenhando uma atividade e estiver suando mais ou menos que os estudos de Fanger (1970) mostraram, ou ainda que a temperatura da pele estiver acima ou abaixo dos valores que esses estudos identificaram, muito provavelmente a pessoa não estará em conforto térmico. O autor aponta que essas condições podem ser exprimidas pelas equações que seguem: Equação 8 Equação 9 Sendo: : temperatura média da pele ( C); taxa de secreção do suor (W/m²); parâmetros empíricos, em função da atividade desempenhada. A ASHRAE (1997) traz as expressões para determinação da temperatura média da pele e da taxa de secreção do suor, em função da atividade realizada, valores esses que forneceriam conforto térmico, quando as outras condições, neutralidade térmica e desconforto localizado, estivessem verificadas. Essas expressões são resultado das análises de regressão utilizadas por Rohles e Nevins, em aproximadamente 1600 estudantes e são exprimidas pelas Equações 10 e 11. Equação 10 Equação 11 Sendo: : taxa metabólica, através da atividade desempenhada (W/m²). Segundo Xavier (1999) através da expressão do balanço de energia, e das expressões empíricas para determinação da temperatura média da pele e taxa de secreção de suor, Fanger em 1970 desenvolveu um método analítico para a determinação do conforto térmico, este método será apresentado posteriormente neste trabalho.

34 Desconforto Localizado Como discutido anteriormente as condições para se atingir o conforto térmico baseiam-se na neutralidade térmica do corpo humano, nas taxas de temperatura da pele e suor e por fim ao desconforto localizado. Este último, como o próprio nome sugere, trata-se do incômodo sentido por uma pessoa em algum local específico do corpo, segundo Grandi (2006) isto pode ocorrer em função da assimetria de radiação térmica, de correntes de ar indesejáveis, diferenças na temperatura do ar no sentindo vertical, ou contato com pisos aquecidos ou resfriados. Lamberts et al. (2014) destaca que as pessoas são mais sensíveis ao desconforto localizado quando o corpo como um todo está mais frio que estaria na condição de neutralidade térmica, e são menos sensíveis quando o corpo está mais quente que estaria na condição de neutralidade térmica Assimetria de Radiação Térmica A assimetria de radiação térmica pode ser definida como a diferença de radiação que chega a diferentes partes do corpo humano, e isso pode causar a sensação de desconforto, mesmo que as outras condições estejam atendidas. Segundo Lamberts et al. (2014) a radiação térmica pode não ser uniforme devido à janelas frias, superfícies não isoladas, bocas de fornos, calor gerado por máquinas entre outros, e destaca que isto pode interferir drasticamente na aceitabilidade térmica do ambiente, já que pesquisas realizadas nessa área demonstraram que quanto mais acentuada era a assimetria de radiação, mais as pessoas encontravam-se insatisfeitas com o ambiente. Xavier (1999) ressalta que a análise da assimetria de radiação é muito importante quando da utilização de painéis resfriados ou aquecidos para alcançar o conforto térmico, já que os mesmos podem provocar certo desconforto localizado.

35 Correntes de Ar O desconforto causado por correntes de ar indesejáveis acontece predominantemente quando a sensação térmica das pessoas já está abaixo de neutro, e isso pode ser um problema em ambientes ventilados. Quando as correntes de ar tornam-se incômodas acentuando a sensação de frio, a reação natural das pessoas é aumentar a temperatura interna, e muitas vezes isso pode levar o ambiente a uma condição geral de desconforto térmico. Segundo Lamberts et al. (2014), o movimento do ar interfere no conforto térmico devido a sua influência nos processos de troca de calor do corpo com o meio por convecção e por evaporação. Podendo ser benéfica quando o aumento da velocidade do ar provocar uma desejável aceleração nos processos de perda de calor do corpo, ou prejudicial quando a perda de calor é indesejável e provoca o resfriamento excessivo do corpo com um todo, ou de uma de suas partes. Assim, podemos dizer que em climas quentes e úmidos a ventilação é um fator preponderante na obtenção do conforto térmico já que através dela é possível diminuir o desconforto causado pelo calor através do processo de evaporação do suor Diferenças na Temperatura do Ar no Sentido Vertical Quando da diferença na temperatura do ar no sentido vertical, onde a temperatura do ar no nível da cabeça é diferente daquela ao nível do tornozelo, o corpo humano fica sujeito a certo desconforto localizado, em grande parte das edificações a temperatura do ar normalmente aumenta com a altura em relação ao piso, isso acontece também em função da movimentação natural das massas de ar quente e fria. ASHRAE 55 (2010) apud Lamberts et al. (2014) 3 aponta que a diferença de temperatura permitida entre a altura da cabeça e dos pés deve ser inferior a 3 C, essa diferença é denominada de gradiente de temperatura vertical. 3 LAMBERTS, R.; XAVIER A. A.; GOULART, S.; VECCHI, De R.. Conforto térmico e stress térmico. UFSC. Florianópolis SC, 2014.

36 Contato com Pisos Aquecidos ou Resfriados O desconforto local nos pés pode ser identificado quando o piso estiver aquecido ou resfriado em relação à temperatura do ar no ambiente A temperatura do piso está diretamente relacionada ao material utilizado na sua confecção e ainda às características construtivas da edificação. Assim como quando sujeitos às correntes de ar, o ser humano quando em contato com pisos resfriados, tende a aumentar a temperatura do ambiente, o que pode provocar o aumento na sensação de desconforto térmico Parâmetros Subjetivos As condições de conforto térmico dependem, portanto, de diversas variáveis, Frota; Schiffer (2001) afirmam que o ocupante deve estar apropriadamente vestido e sem problemas de saúde ou de aclimatação para a avaliação do conforto térmico. É importante ressaltar que as condições ambientais capazes de proporcionar sensação de conforto em determinados ocupantes podem não ser suficientes para o conforto de outros. Para Xavier (1999), os parâmetros subjetivos são aqueles inerentes à natureza humana e às diferenças entre as pessoas. Ele aponta que são dois os de maior interesse nos estudos de conforto térmico: as sensações e preferências térmicas, estando estes diretamente relacionados às diferenças entre conforto e neutralidade térmica Avaliação do Conforto Térmico Com o objetivo de alcançar o conforto térmico vários métodos de avaliação foram sendo desenvolvidos ao longo do tempo, considerando-se as variáveis climáticas que influenciam diretamente na sensação de conforto, além dos índices de conforto, biofísicos, fisiológicos e subjetivos. As metodologias mais conhecidas para avaliação do conforto térmico no Brasil são: índice de temperatura efetiva, índice de conforto equatorial, o método de Olgyay, a carta bioclimática de Givoni, o método de Fanger e o método da

37 23 ASHRAE. A Tabela 5 traz as variáveis utilizadas em cada um dos métodos citados anteriormente para determinação do conforto térmico. Tabela 5- Métodos para determinação do conforto térmico Métodos Variáveis Método de Olgyay e Givoni Temperatura de bulbo seco e umidade relativa do ar Temperatura Efetiva e índice Temperatura, umidade e velocidade do ar de Conforto Equatorial Método de Fanger e Método Temperatura, umidade, velocidade do ar, calor ASHRAE radiante, tipo de atividade e vestimenta. Fonte: Adaptado de Giampaoli, /s.d./ 4 apud GrzybowskI (2004) Segundo Lamberts et al. (2014), tratando-se dos aspectos relativos ao conforto térmico, são encontradas duas abordagens diferentes: a primeira, mais conhecida como estática, representa uma linha mais racional da avaliação das sensações térmicas humanas e onde considera que o homem é um simples receptor passivo do ambiente térmico; a segunda, conhecida como adaptativa, considera que o homem é um agente ativo, ou seja, que interage com o ambiente de acordo com suas sensações e preferências térmicas. Essas abordagens são resultados de dois grandes grupos de pesquisas na área do conforto térmico, sendo a primeira realizada em câmaras climatizadas e a segunda proveniente de estudos em ambientes reais Estudos de Câmaras Climatizadas Segundo Humphreys 5 (1992) apud Xavier (1999), a câmara climatizada é um local especialmente construído onde todas as variáveis, temperatura do ar, temperatura das superfícies, radiação térmica, umidade e velocidade do ar, podem ser totalmente controladas pelos pesquisadores. Outro aspecto relevante, é que os voluntários participam da pesquisa na câmara, com roupas padronizadas e realizando as mesmas atividades. Dentro da câmara os voluntários são questionados a respeito 4 GIAMPAOLI,E. Temperaturas extremas. São Paulo: Hygro-them, /s.d./. 5 HUMPHREYS, M. A. Energy Efficient Building. Oxford, Editado por Roaf, S. e Hancock, M. -Blackwell Scientific Publications, Cap. 1: Thermal Comfort in the Context of Energy Conservation.

38 24 das condições térmicas, que vão sendo ajustadas ao longo do tempo, até se atingir a condição de neutralidade térmica, ou ainda de conforto. A Figura 1 traz exemplos de estudos em câmaras climatizadas, a primeira imagem trata-se de estudos realizados com ocupantes em uma câmara climatizada por Olesen, 1982, a segunda de manequim térmico dentro de câmara climatiza (CIOP/PIB), e a ultima traz a medição de conforto com o dressman dentro de um veículo (FRAUNHOFER). Figura 1 Exemplos de estudos em câmaras climatizadas Fonte: Lamberts et al. (2014) Uma das pesquisas mais conhecidas em câmaras climatizadas foi a realizada pelo pesquisador Ole Fanger, na Dinamarca. Ele desenvolveu diversos estudos na linha analítica sendo que suas equações e métodos têm sido utilizados mundialmente e serviram de base para elaboração de normas internacionais bastante importantes, que utilizam os índices PMV Predicted Mean Vote e PPD Percentage of Dissatisfied para avaliação do conforto térmico. Entretanto, segundo Lamberts et al. (2014), a utilização do modelo estático desenvolvido por Ole Fanger como um modelo universal tornou-se discutível, já que o mesmo considera os limites confortáveis de temperatura como sendo limites universais, e ainda que os efeitos de um determinado ambiente térmico acontecem exclusivamente pelas trocas de calor do corpo com o meio, enquanto na verdade a manutenção da temperatura interna de um ser humano necessita de certa resposta fisiológica.

39 Voto Médio Predito PMV A equação do PMV, Equação 12, foi obtida por análise de regressão entre a carga térmica e a sensação de mais de 1300 pessoas em câmaras climatizadas, para quatro situações de atividades distintas. A sensação térmica era determinada através dos votos emitidos pelas pessoas sobre a escala sétima. Equação 12 Sendo: PMV: voto médio estimado, ou sensação analítica de conforto térmico, (adimensional); M: taxa metabólica de produção de calor em função da atividade, (W/m²); L: carga térmica atuando sobre o corpo, (W/m²). FANGER (1970) definiu a carga térmica sobre o corpo como sendo a diferença entre o calor gerado pelo organismo e o calor dissipado ao ambiente, entretanto para situações reais, não permanentes, a carga térmica é dada pela diferença entre a geração do calor pelo organismo e a perda do mesmo através de trocas com o ambiente, portanto, a carga térmica é dada pela equação 13. Sendo: Equação 13 : carga térmica atuando sobre o corpo; : taxa metabólica, produção orgânica de calor; : pressão de vapor no ar; : temperatura do ar; : Razão de área do corpo vestido e corpo nu; : temperatura superficial das roupas; : temperatura média radiante; : Coeficiente de convecção entre ar e roupas.

40 26 Segundo Lamberts et al. (2014) a escala sétima da ASHRAE, como ficou conhecida, ou escala de sete pontos, utilizada nos estudos de Fanger é empregada até hoje na determinação real das sensações térmicas das pessoas, e pode ser verificada na Figura 2. Figura 2 - Escala Sétima ASHRAE, ou escala de sete pontos Fonte: Lamberts et al. (2014) Porcentagem de Pessoas Insatisfeitas - PPD Segundo Kuhen et al. (2011) o índice PPD é obtido com base em um modelo matemático desenvolvido por Fanger a partir de experimentos com pessoas em câmaras climatizadas. Esse modelo corresponde a uma amostra de pessoas submetidas a um mesmo ambiente térmico predefinido, enquanto a temperatura varia entre 18,9 C e 32,2 C, já os demais parâmetros físicos e fisiológicos que afetam o conforto, umidade, velocidade do ar, vestimenta e níveis de atividade metabólica permaneciam constantes. Lamberts et al. (2014) destaca que o índice PPD estabelece a quantidade estimada de pessoas insatisfeitas termicamente, e ele se baseia na porcentagem de um grande grupo de pessoas que gostariam que o ambiente estivesse mais quente ou mais frio, demonstrando isso através do voto na escala sétima de ASHRAE, com votos +3, +2, -1, -2.

41 27 Segundo o autor o PPD pode ser determinado analiticamente utilizando a Equação 14, ou ainda utilizando a Figura 3. Sendo: : porcentagem de pessoas insatisfeitas; : voto médio estimado. Equação 14 Figura 3 - Porcentagem de pessoas insatisfeitas (PPD) em função do voto médio predito (PMV) Fonte: ASHRAE 55 (2004) Xavier (1999) destaca que o modelo do PMV, para uma situação plena de conforto em que o PMV = 0, o PPD resultante é da ordem de 5%, e como o PPD representa a porcentagem de pessoas insatisfeitas com o ambiente térmico, as pessoas restantes encontram-se termicamente neutras ou confortáveis, levemente aquecidas ou levemente com frio, com votos de sensação térmica de +1, 0 ou Estudos de Ambientes Reais Ao longo do tempo as pesquisas passaram a ser desenvolvidas não só em câmaras climatizadas, mas também em ambientes reais, essa abordagem então chamada de adaptativa, baseia-se na avaliação do conforto térmico de ocupantes de ambientes reais sem a interferência do pesquisador em qualquer uma das variáveis, sejam de ordem biofísica, ambiental ou pessoal, em que o ocupante demonstra sua

42 28 sensação e/ou preferência térmica por meio de escalas apropriadas, sendo a de uso mais comum a escala sétima já apresentada anteriormente. De acordo com Humphreys (1976) o interesse no estudo do modelo adaptativo pode ser identificado por duas razões principais: a primeira por ter se verificado resultados de estudos em câmaras climatizadas que divergem dos encontrados em ambientes reais; e a segunda pela constatação de que a população apresenta uma capacidade de se adaptar ao lugar em que vive e em detrimento disso aceita um intervalo de temperatura muito superior do que a proposta pela abordagem estática. Kuchen; Fisch (2009) afirmam que usuários adaptam-se a espaços com condições térmicas constantes definidas por um operador e que, portanto, esses antecedentes justificam a necessidade de elaborar um modelo de conforto variável em função de aspectos locais, próprios do edifício e dos usuários, corroborando à linha de pesquisa adaptativa. De acordo com Kuchen (2011) diversos trabalhos de campo mostram a combinação entre fatores ambientais e não ambientais e sua influência sobre o conforto térmico em ambientes reais de trabalho, e por isso vários autores, Hellwig; Bischof (2006); Boestra (2006); Raue et al.(2004); Nicol; Humphreys (2002); De Dear (2004) defendem que o emprego de normas como a ISO 7730, que se baseia no modelo analítico de Fanger, apresenta desvios que são próprios do método de obtenção do mesmo. Lamberts et al. (2014) aponta que a abordagem adaptativa considera fatores além dos físicos e psicológicos que interagem na percepção térmica, levando em consideração os conceitos de aclimatação, sendo que os fatores considerados podem incluir características inerentes à demografia (gênero, idade, classe social), contexto (composição da edificação, estação, clima) e cognição (atitudes, preferências e expectativas). Segundo o autor são três os mecanismos de adaptação utilizados pelo corpo humano para se defender dos efeitos do clima. Sendo classificados em ajustes comportamentais, ajustes fisiológicos e ajustes psicológicos. O primeiro trata das ações conscientes e inconscientes das pessoas para se adaptar como troca de roupas, mudança de atividade, ajuste da postura, ou ainda abrir e fechar janelas, ligar ventiladores entre outras ações. O segundo, ajustes

43 29 fisiológicos, diz respeito às mudanças fisiológicas das pessoas em função das características climáticas às quais estão expostas, ainda podem ser subdividido em adaptação genética e aclimatação. E por fim, os ajustes psicológicos, que estão diretamente relacionados às expectativas criadas, e ainda pode ser comparada à noção de hábito, exposição repetida, que leva a uma diminuição da intensidade da sensação térmica evocada anteriormente. É importante ressaltar que embora a abordagem adaptativa tenha surgido posteriormente à estática e leve em consideração mais variáveis e fatores que possam afetar a sensação de conforto, o objetivo das duas abordagens é muito próximo, alcançar a condição de conforto térmico em ambientes reais Determinação da Temperatura de Neutralidade Como discutido anteriormente, umas das condições para se atender o conforto térmico é que o indivíduo esteja em neutralidade térmica, ou seja, não prefira nem mais calor, nem mais frio. As Pesquisas realizadas na linha adaptativa tendem a encontrar valores estimados de temperatura em que os ocupantes do ambiente se sintam confortáveis, denominada usualmente de temperatura de neutralidade. A temperatura de neutralidade pode ser encontrada analiticamente através dos dados de PMV e PPD de Fanger, entretanto os pesquisados da abordagem adaptativa defendem que existem divergências entre os valores encontrados utilizando o método de Fanger e os valores encontrados em ambientes reais, conforme citado anteriormente. Muitas pesquisas têm sido realizadas nesse sentido. Oseland (1994), em pesquisa realizada no Reino Unido, objetivou determinar a temperatura de neutralidade, comparando os votos médios preditos, utilizando o PMV de Fanger com as sensações relatadas por moradores de casas no período de verão e inverno. Verificou que em ambas as estações os limites apontados pelos moradores foram superiores aos calculados. Humphreys (1976) realizou uma revisão dos parâmetros até então existentes, e concluiu que os índices de conforto variavam em relação à temperatura média da região onde cada estudo era desenvolvido, observando que a aclimatação afetava a

44 30 temperatura de neutralidade, ao contrário do que mostravam os estudos de Fanger, que não sugeriam que a aclimatação afetasse os requisitos de conforto térmico. A partir deste estudo verifica-se a importância da determinação da temperatura de neutralidade para regiões específicas, visto que em um mesmo país existem regiões que apresentam condições climáticas muito diferentes e consequentemente habitantes com sensibilidade térmicas diferentes, justamente devido à condição de aclimatação do ser humano. Brager; Dear (2006) trazem as principais pesquisas realizadas nos últimos anos em ambientes climatizados artificialmente. Dear; Auliciems (1985) em Melbourne no verão encontraram uma temperatura de neutralidade de 20,3 C, em Brisbane também no verão a temperatura de neutralidade foi de 24,4 C. Os autores ainda determinaram a temperatura de neutralidade em Darwin no período de seca que foi de 25,2 C e no chuvoso de 28,9 C. Dear; Fountain (1994) em pesquisa realizada em Townsville verificaram a temperatura de neutralidade para estação seca de 19,4 C enquanto que para chuva de 27 C. E Dear et al. (1991) determinou para Singapure a temperatura de neutralidade de 27,4 C. Kuchen et al. (2011) desenvolveu uma ferramenta para avaliar o conforto térmico em espaços de trabalho de edifícios de escritório, através de uma pesquisa realizada em trinta edifícios na Alemanha, que consistiu em medições e questionários realizados no local. E com a correlação dos dados objetivos e subjetivos foi possível desenvolver um modelo estatístico para determinação da temperatura de neutralidade, que foi de 23,3 C, sendo menor do que a encontrada utilizando o modelo de Fanger. Araújo (1996), em seus estudos de campo realizados em Natal, no Rio Grande do Norte, em ambientes escolares, verificou limites de temperaturas confortáveis entre 25,1 C a 28,1 C. Xavier (1999) realizou uma pesquisa no estado de Santa Catarina, em ambiente escolar com o objetivo de determinar através de correlações estatísticas índices e parâmetros de conforto térmico para aquela região, e verificou um intervalo de aceitabilidade térmica variando de 20ºC a 26ºC. Segundo o autor se comparado a outros trabalhos já realizados no país houve divergência nos resultados, e que isso se

45 31 dá principalmente em função da capacidade de adaptação das pessoas aos diferentes climas. Em pesquisa realizada no Mato Grosso do Sul por Andreasi; Lamberts (2006) com voluntários em atividades sedentárias em ambientes ventilados naturalmente, verificaram um intervalo de aceitabilidade térmica que variou de 23 C à 31 C. Grande parte das pesquisas realizadas na linha adaptativa tende a considerar o maior número possível de variáveis, parâmetros e fatores que possam afetar o conforto térmico e confrontar às sensações, percepções e preferências dos indivíduos estudados, e, através de todos esses dados, estabelecer correlações estatísticas que gerem modelos matemáticos para determinação da temperatura de neutralidade Estudos em Ambientes Escolares Para Bueno (2006) a universidade pode e deve desempenhar um papel fundamental na consolidação do conceito e da prática de responsabilidade social, e, nesse sentindo, a pesquisa traz como proposta promover a interação da universidade com a sociedade, visto que através dos resultados obtidos torna-se possível a promoção de técnicas construtivas mais eficientes, e que venham atender as necessidades da população no que diz respeito ao conforto térmico. Apesar das pesquisas relacionadas ao conforto térmico que vêm sendo desenvolvidas serem realizadas em edificações de funções variadas, dentre as que mais comumente são objetos de pesquisas podemos citar, residências, habitações de interesse social, escritórios, indústrias com ambientes térmicos diferenciados, os ambientes escolares, escolas e universidades também têm sido alvo de pesquisa mais recentemente. Grzybowski (2004) afirma que a sala de aula de maneira geral e o que nela ocorre sempre foram assunto de muito interesse para administradores, pais e professores, e ainda ressalta que o ambiente físico de aula pode ser um instrumento educacional poderoso, constituindo-se em um fator de influência indireta sobre o comportamento dos professores e alunos. Segundo Nogueira et al. (2005) o ensino-aprendizagem nas escolas pode ser afetado diretamente pelas condições ambientais tendo em vista que as reações

46 32 fisiológicas dos alunos dependem do clima, o que pode prejudicar a qualidade do ensino, principalmente quando expostos a ambientes não adequados com elevadas temperaturas. Segundo Heimstra; McFarling apud Grzybowski (2004) 6 para melhorar a eficiência do ambiente educacional, e consequentemente propiciar a elevação no nível de aprendizagem, é extremamente importante o aumento do conforto físico e sensorial dos indivíduos que utilizam a sala de aula. Para isso, é necessário uma arquitetura escolar que tenha como preocupação o atendimento às necessidades de conforto térmico, proporcionando um ambiente agradável e que favoreça o aprendizado (NOGUEIRA; NOGUEIRA, 2003). Coutinho Filho et al. (2007) ressalta que o excesso de calor dificulta a concentração e pode causar inquietação, podendo ainda afetar o desempenho dos estudantes, que aliada à baixa umidade pode provocar sonolência e aumento de suor. Esses fatores podem causar estresse térmico e ao longo do tempo causar doenças mais complexas. Os fatores citados aliados à importância do conforto térmico para ambientes de uma forma geral justificam os estudos em instituições de ensino, principalmente de nível superior, visto que estes ambientes abrigam um grande número de ocupantes por longo período de tempo e que necessitam de um ambiente confortável principalmente no que diz respeito à temperatura, para desenvolver as atividades eficientemente Normas de Conforto Térmico No que diz respeito ao método de avaliação do conforto térmico, ou determinação do mesmo, o Brasil não possui normalização vigente. As principais normas foram elaboradas pela International Organization for Standardization ISO, e pela American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inc. ASHRAE, sendo que as duas são baseadas nos estudos realizados em câmaras 6 GRZYBOWSKI, G.T. Conforto térmico nas escalas públicas em Cuiabá MT: estudo de caso. Dissertação (Mestrado) Pós-Graduação em Física e Meio Ambiente, Universidade Federal de Mato Grosso, Cuiabá, 2004.

47 33 climatizadas a Tabela 6 traz as principais normas vigentes bem como suas descrições. Tabela 6 - Normas vigentes para avaliação do conforto térmico e seus parâmetros Norma Descrição ISO 7730/ Ergonomics of Esta norma propõe um método de determinação the thermal environment -- da sensação térmica e o grau de desconforto das Analytical determination and pessoas expostas a ambientes térmicos moderados interpretation of thermal e especifica condições térmicas aceitáveis para o comfort using calculation of the PMV and PPD indices and local thermal comfort criteria. conforto, trazendo também informações sobre desconforto térmico localizado, condições em estado não estacionário e adaptação. ISO 7726/1998-Ergonomics of the thermal environment - Instruments for measuring physical quantities. ASHRAE Standard Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy. ISO 8996/2004 Ergonomics of the thermal environment Determination of metabolic rate. ISO 9920/2007 Ergonomics of the thermal environment Estimation of thermal insulation and water vapour resistance of a clothing ensemble. Seu objetivo principal é a definição dos parâmetros e orientação com relação às medições dos parâmetros físicos de ambientes térmicos, tanto ambientes moderados, para análise do conforto térmico, como ambientes extremos para análise de stress térmico. Objetivo principal de determinar condições térmicas aceitáveis em espaços naturalmente ventilados. Para usar este método, os espaços devem possuir janelas operáveis que podem ser abertas pelos ocupantes. Esta norma especifica diferentes métodos para a determinação e medição da taxa de calor metabólico, no contexto da ergonomia do ambiente de trabalho. Esta norma especifica métodos para a estimativa das características térmicas, resistência à perdas de calor seco e à perda por evaporação, em condições de estado estacionário para um traje de roupa. Fonte: A autora (2015) 2.2. ZONEAMENTO BIOCLIMÁTICO BRASILEIRO Durante algum tempo vêm sendo realizados diversos estudos a respeito do clima buscando-se uma melhor forma de caracterizá-lo e classificá-lo de acordo com características comuns. Segundo Maitelli (2005) uma região climática é qualquer porção da superfície terrestre sob elementos climáticos e características climáticas similares.

48 34 Segundo Lamberts (1997) para caracterizar o clima das diversas regiões do globo, este é dividido em zonas de climas similares, chamadas regiões climáticas. No Brasil, dada a sua grande extensão territorial e a sua localização entre dois trópicos, Segundo IBGE (2015) vários tipos diferentes de clima são identificados, como pode ser observado na Figura 4. Figura 4 - Mapa climático do Brasil. Fonte: IBGE (2014) Já a norma NBR (ABNT, 2003) estabeleceu uma subdivisão das condições climáticas brasileiras para projetos e esta subdivisão foi denominada zoneamento bioclimático brasileiro e compreende oito zonas diferentes, homogêneas quanto ao clima. Sendo que a NBR (ABNT, 2013) utiliza a mesma classificação para verificação do desempenho de edificações habitacionais. A Figura 5 mostra o zoneamento bioclimático brasileiro.

49 35 Figura 5 - Mapa das Zonas Bioclimáticas Brasileiras Fonte: NBR (ABNT, 2003) Para a classificação das zonas bioclimáticas foram avaliadas 330 cidades brasileiras, que foram agrupadas de acordo com aspectos semelhantes ao clima e as estratégias bioclimáticas recomendadas. A classificação bioclimática reforça a necessidade de estudos específicos no que diz respeito à temperatura de neutralidade para o conforto térmico, visto que, como um mesmo estado pode apresentar características climáticas diferentes, e, portanto a população deve reagir de forma diferente às diversas condições climáticas.

50 36 3. ÁREA DE ESTUDO 3.1. O ESTADO DE MATO GROSSO O Estado de Mato Grosso possui uma área de ,292 Km² e a população estimada pelo censo de 2014 do IBGE de pessoas, possui um total de 141 municípios sendo a cidade de Cuiabá sua capital. Está localizado na região Centro Oeste (IBGE, 2014), e apresenta em seu território dois climas diferentes, Equatorial e Tropical Brasil Central, conforme Figura 04. Entretanto, Maitelli (2005) afirma que devido a existência de muitas variações, temperatura, precipitação, vegetação, solo, topografia, latitude, altitude, além das alterações na superfície de fontes naturais ou de atividades humanas, e muitas vezes da insuficiência de dados meteorológicos torna-se difícil uma classificação climática satisfatória. De acordo com a autora, as classificações climáticas que se destacam são as apresentadas por Arthur Strahler e Wladimir Köppen. Segundo a classificação de Strahler, o Estado de Mato Grosso apresenta dois climas, Equatorial Quente-úmido e Tropical Seco-úmido. Sendo que no norte do Estado o clima é tipicamente equatorial quente-úmido com totais pluviométricos médios acima de 2000 mm anuais, com estação chuvosa estendendo-se até meados do outono e pequena amplitude térmica anual. Na porção centro-sul do estado, o clima é do tipo tropical seco-úmido, com elevada concentração de chuva entre os meses de outubro e março, seguindo um semestre com diminuição acentuada da chuva entre abril e setembro e apresentando maior amplitude térmica anual. Segundo a classificação de Köppen o estado de Mato Grosso apresenta na porção setentrional, área de mata de transição e floresta tropical o clima tropical chuvoso de Floresta (Af) quente úmido caracterizado por apresentar de 1 a 3 meses de seca. Na porção centro-sul do estado apresenta clima tropical de savana (Aw) quente-semiúmido, caracterizado por apresentar de 4 a 5 meses secos. Maitelli (2005) ressalta que, com base em dados meteorológicos recentes, o Zoneamento Socioeconômico-ecológico de Mato Grosso apresentou outra classificação climática para o estado. Sendo esta considerada mais detalhada e

51 37 apropriada para pesquisas acadêmicas, planejamento governamental e projetos em todas as esferas. Segundo Tarifa (2011) o clima do Estado de Mato Grosso foi dividido em três unidades: I - Clima Equatorial Continental Úmido, com estação seca definida da Depressão Sul-Amazônica, II - Clima Subequatorial Continental Úmido, com estação seca definida do Planalto dos Parecis e III - Clima Tropical Continental Alternadamente Úmido e Seco das chapadas, planaltos e depressões de Mato Grosso, sendo que todas elas ainda são divididas em sub unidades, que dependem de suas semelhanças climáticas. Segundo o autor, o Clima Equatorial Continental Úmido abrange a faixa de latitude entre aproximadamente 7 30 S e 11 /12 S e a longitude entre 51 e 61 WGr. Uma das características mais relevantes desta unidade é que existe a definição da estação seca, considerada uma seca moderada, outra característica é a existência de um elevado excedente hídrico, superior a mm, com total anual médio de chuva superior a mm. Constatando-se uma faixa relativamente extensa de unidades climáticas de transição para os climas tropicais continentais, alternadamente úmido e seco. No Clima Subequatorial Continental Úmido verifica-se o aumento da intensidade da seca estacional (entre 300 e 350mm) combinado com excedentes entre 800 e mm, criando uma extensa faixa de transição climática dentro do Planalto dos Parecis. Sendo que o aumento da altitude média (300 a 400 m) e da latitude diminui o aquecimento, baixando a variação das temperaturas médias anuais entre 24,8 e 24,0 C. No entanto, os totais anuais médios ficam entre1.600 e mm. Tarifa (2011) ressalta que esta transição climática é constituída também de duas subunidades a IIA, do médio rio Arinos e rio do Sangue, IIB1 e IIB2, no médio rio Xingu. O Clima Tropical Continental Alternadamente Úmido e Seco do estado de Mato Grosso apresenta como a mais importante característica, a repetição e alternância quase cíclica do movimento estacional quente e úmido, que conferem a esta realidade climática um grande espectro de uso e exploração dos recursos climáticos. A Figura 6 mostra a divisão do estado de Mato Grosso nas três unidades climáticas e suas respectivas subunidades aqui mencionadas.

52 38 Figura 6 - Mapa das unidades climáticas do estado de Mato Grosso Fonte: Camargo (2011), p.57. De acordo com a classificação das zonas bioclimáticas brasileiras da NBR (ABNT, 2003) o estado de Mato Grosso apresenta 5 zonas bioclimáticas, das 8 zonas presentes no país. As cidades que foram classificadas no estado podem ser verificadas na Tabela 7 bem como a zona bioclimática as quais pertencem. Tabela 7- Classificação bioclimática das cidades do Mato Grosso UF Cidade Zona Bioclimática MT Cáceres 8 MT Cuiabá 7 MT Diamantino 7 MT Meruri 6 MT Presidente Murtinho 3 MT Vera 5 Fonte: Adaptado do anexo A da NBR (ABNT, 2003)

53 39 Como Mato Grosso apresenta uma grande variedade de zonas bioclimáticas, e sabendo que o objetivo é determinar uma temperatura de neutralidade capaz de atender à condição de conforto para todo o Estado, torna-se necessário a verificação da temperatura de neutralidade em cada zona bioclimática, para posterior análise e generalização estadual. Tendo em vista que o objeto de estudo da presente pesquisa são as edificações de ensino superior, a escolha das cidades se deu em função da existência de instituições do ensino superior, bem como da proximidade das cidades que foram classificadas pela NBR (ABNT, 2003). Segundo o zoneamento bioclimático, Cuiabá pertencente à zona 7, Cáceres à zona 8, Vera à zona 5. Entretanto, devido a indisponibilidade de instituições de ensino superior a pesquisa foi realizada na cidade de Sinop e em virtude da proximidade entre ambas. Meruri está classificado na zona 6 que foi representada pela cidade de Primavera do Leste também em virtude da inexistência de universidades na região. E por fim, a cidade de Presidente Murtinho foi classificada como zona 3, entretanto esta zona está localizada próxima a uma reserva indígena o que possivelmente contribuiu para uma classificação diferenciada nessa área, tendo em vista que a maioria das cidades classificadas na zona 3 dizem respeito a locais com temperaturas médias anuais mais amenas. Portanto, em virtude dessa característica e da inexistência de instituições de ensino superior naquela região não foram coletados os dados para a zona 3. Essa adaptação pode ser verificada na Figura 6. A Tabela 8 traz a representação das cidades onde foram realizadas as pesquisas bem como as zonas bioclimáticas às quais pertencem adotadas para esta pesquisa e de acordo com a Figura 7. Tabela 8 - Classificação bioclimática das cidades estudadas do Mato Grosso UF Cidade Zona Bioclimática MT Cáceres 8 MT Cuiabá 7 MT Primavera do Leste 6 MT Sinop 5 Fonte: A autora (2015)

54 40 Figura 7 Zoneamento bioclimático segundo NBR para o estado de Mato Grosso Fonte: Adaptado de Sanches (2011) Cáceres A cidade Cáceres está localizada a 216,8 km da capital Cuiabá de latitude Sul e longitude de Oeste, e altitude de 176 metros. Possui área territorial de ,408 km² e uma população estimada de habitantes conforme o censo realizado em 2014 pelo IBGE (IBGE, 2014). A pesquisa realizada em Cáceres aconteceu em duas edificações de ensino superior, nominadas de Campus A e Campus B, conforme Figuras 8 e 9 respectivamente.

55 41 Figura 8 - Localização do Campus A em Cáceres MT Fonte: Google Earth (2015) Figura 9 - Localização do Campus B em Cáceres MT Fonte: Google Earth (2015)

56 42 Cáceres apresenta temperatura média anual de 22,6 C, com mínima de - 3,5 C, em 1975, e máxima de 41,8 C. Sua precipitação média anual é de 1370 mm, sendo que apresenta um período chuvoso que vai de outubro a março, os demais meses o clima fica muito seco, com a umidade relativa do ar chegando a 10% (IBGE, 2014) Cuiabá A cidade de Cuiabá, capital do estado de Mato Grosso, está localizada 15º35 56 latitude Sul e 56º06 01 longitude Oeste, com altitude de 165 metros acima do nível do mar, variando em sua área urbana de 146 a 250 metros. Apresenta área da unidade territorial de 3.495,424 km² e população estimada segundo o censo de 2014 do IBGE de habitantes (IBGE, 2014). As Figuras 10 e 11 trazem, respectivamente, a localização das instituições de ensino superior estudadas em Cuiabá nomeadas de Campus C e Campus D. Figura 10 - Localização do Campus em Cuiabá MT Fonte: Google Earth (2015)

57 43 Figura 11 - Localização do Campus D em Cuiabá - MT Fonte: Google Earth (2015) Segundo o Instituto Nacional de Meteorologia (INMET, 2014) Cuiabá apresenta temperatura média anual de 26 C com máxima registrada em 2010 de 42,3 C e mínima de 3,3 C em 1975 e precipitação média anual de 1387,7mm Primavera do Leste A cidade de Primavera do Leste está localizada a 244,4 km da capital Cuiabá, de latitude Sul e longitude Oeste, e altitude de 636 metros. Apresenta área territorial de 5.471,644 km², população estimada de habitantes segundo IBGE (2014). A Figura 12 traz a localização da instituição de ensino superior estudada em Primavera do Leste, nomeada de Campus E. Primavera do Leste apresenta temperatura média que v a 24 C com máxima entre 2 C e 34 C e mínima entre 10 C e 19 C com precipitação média anual de 2000 mm, com intensidade máxima de dezembro a abril (SILVA, 2013).

58 44 Figura 12 - Localização do Campus E em Primavera do Leste MT Fonte: Google Earth (2015) Sinop O Município de Sinop situa-se a 472 km da capital, Cuiabá, localizado na região norte do Mato Grosso, latitude 11º50 53 Sul, longitude 55º38 57 Oeste e encontra-se a 384m de altitude acima do nível do mar. Apresenta extensão territorial de 3942,231 km², população estimada de habitantes segundo IBGE (2014). Segundo o INMET (2014) Sinop apresenta precipitação média anual de mm, com maior intensidade nos meses de janeiro, fevereiro e março. Sua temperatura média anual é de 24ºC. As Figuras 13 e 14 trazem, respectivamente, a localização das instituições de ensino superior estudadas em Sinop, nomeadas de Campus F e Campus G.

59 45 Figura 13 - Localização do Campus F em Sinop MT Fonte: Google Earth (2015) Figura 14 - Localização do Campus G em Sinop MT Fonte: Google Earth (2015)

60 46 4. MATERIAIS E MÉTODOS Buscando-se atingir os objetivos do presente trabalho, determinação da temperatura de neutralidade em salas de aula, de instituições de ensino superior, artificialmente climatizadas para as zonas bioclimática do estado de Mato Grosso, a pesquisa foi realizada em duas etapas principais: pesquisas de campo e obtenção dos índices e tratamento estatístico dos dados. Para o seu desenvolvimento foi utilizado o conceito Spot-Monitoring, que é fruto de uma pesquisa de doutorado de Kuchen (2008), realizado na Alemanha. O Spot-Monitoring apresenta por objetivo desenvolver uma sondagem pontual sobre as condições térmicas em espaços reais, em conjunto com a percepção térmica que os ocupantes têm destes espaços. O método consiste em esquemas de medições e perguntas simultâneas aos usuários. Os dados foram coletados no período chuvoso e no período de seca em cada uma das cidades, tendo em vista que o estado de Mato Grosso é caracterizado por apresentar essas duas estações bem definidas CARACTERIZAÇÃO DOS AMBIENTES DE PESQUISA A pesquisa foi realizada em quatro cidades, Cáceres, Cuiabá, Primavera do Leste e Sinop, e em sete instituições de ensino diferentes sendo quatro instituições publicas e três privadas. A escolha dos ambientes da pesquisa deu-se em função dos acordos de cooperação concedidos. Tendo em vista que a maior parte das edificações de ensino no estado de Mato Grosso possuem sistemas de climatização artificiais, optou-se por avaliar apenas edificações com esse tipo de estratégia de climatização, portanto as sete instituições apresentavam ar condicionado em todas as salas de aula avaliadas. Para o desenvolvimento da pesquisa tornou-se necessário a classificação dos ambientes estudados, salas de aula, caracterizando-os em homogêneo ou heterogêneo. Segundo a ISO 7726 (ISO, 1998) é considerado homogêneo do ponto de vista bioclimático o ambiente que em um dado momento a temperatura do ar, a radiação, a

61 47 velocidade do ar e umidade possam ser consideradas uniformes no espaço ao redor do ocupante. O ambiente deve ser classificado ainda como estacionário ou não com relação ao ocupante, e de acordo com a ISO 7726 (ISO, 1998), é considerado como estacionário quando as variáveis físicas usadas para descrever o nível de exposição ao calor para a pessoa seja praticamente independente do tempo. Através da avaliação preliminar das salas de aula, estas foram classificadas como: homogêneas e estacionárias, permitindo a aplicação dessa metodologia de avaliação de conforto térmico. Todas as salas de aula avaliadas apresentavam equipamento de ar condicionado do tipo split, caracterizados por serem divididos em dois módulos, e em boas condições de uso. O posicionamento dos equipamentos era alternado nas salas de aulas, não havendo, portanto, um padrão de influência das correntes de ar provocadas por ele, garantindo certa aleatoriedade. Por questões éticas e do acordo firmado entre as instituições, as informações tais quais respectivos nomes, pessoas responsáveis e imagens não foram divulgadas, ficando a aluna do mestrado responsável pela garantia da veracidade dos dados e de manter as informações confidenciais em local seguro. Diante disso as edificações foram identificadas por letras (A, B, C, D, E, F e G), conforme verificado anteriormente na caracterização da área de estudo INSTRUMENTAÇÃO Para a coleta das variáveis climáticas ambientais, temperatura do ar, temperatura radiante média, umidade relativa e velocidade do ar, foi utilizado um conjunto de sensores, que conectados a um datalogger, armazenavam as leituras realizadas para posterior transferência para o computador. A Figura 15 mostra o equipamento montado com as sondas utilizadas, além de outras sondas que também poderiam ser conectadas ao datalogger, mas que não foram utilizadas nesta pesquisa.

62 48 Figura 15 - Datalogger HD 32.1 com sensores instalados. Fonte: Manual HD Datalogger HD 32.1 O armazenamento dos dados coletados foi realizado através do datalloger HD 32.1, o instrumento tem oito entradas para sondas modulo SICRAM, e os ajustes de calibração são memorizados internamente. O HD 32.1 possui capacidade de armazenamento de 64 blocos com registros para oito entradas, sendo que o intervalo de armazenamento pode ser configurado podendo ser de 15s, 30s, 1, 2, 5, 10, 15, 20, 30 minutos e 1 hora. A Figura 16 mostra o datalloger utilizado, e em seguida observa-se sua descrição.

63 49 Figura 16 - Datalloger HD32.1 Fonte: A autora (2015) Sensor para medição de temperatura e umidade relativa do ar Para avaliação da temperatura e umidade relativa do ar utilizou-se uma sonda combinada, a qual pode ser verificada na Figura 17 e suas especificações técnicas na Tabela 9. Tabela 9 - Especificações técnicas temperatura e umidade relativa do ar Tipo de Sensor Pt100 película fina para temperatura e sensor de capacidade para umidade relativa. Incerteza de Medição: Temperatura Umidade relativa Range de medição: Temperatura Umidade relativa 1/3 DIN +/- 2,5% -10 C 80 C 5%RH 98%RH Conexão 7 fios mais modulo SICRAM Conector 8-polos fêmea DIN45326 Comprimento do cabo 2 metros Fonte: A autora (2015)

64 50 Figura 17 - Sonda combinada: temperatura e umidade relativa do ar Fonte: Manual do HD Termômetro de globo negro Para a determinação da temperatura radiante média utiliza-se a temperatura do termômetro de globo negro, que pode ser verificado na Figura 18, sendo que suas especificações técnicas são apresentadas na Tabela 10. Tabela 10 - Especificações técnicas do termômetro de globo negro Tipo de Sensor Pt100 sonda de termômetro globo D=150 mm de acordo com ISO ISO 7726 Incerteza de Medição: Temperatura Classe 1/3 DIN Range de medição: Temperatura C Conexão 4 fios mais modulo SICRAM Conector 8-polos fêmea DIN45326 Comprimento do cabo 2 metros Fonte: A autora (2015)

65 51 Figura 18 - Termômetro de Globo Negro Fonte: Manual do HD Anemômetro omnidirecional de fio quente A velocidade do ar foi determinada utilizando-se um anemômetro de fio quente, que pode ser observado na Figura 19, sendo que suas especificações técnicas constam na Tabela 11 que segue. Tabela 11 - Especificações técnicas do anemômetro de fio quente Tipo de Sensor Sonda omnidirecional de fio quente, NTC 10 Kohm Incerteza de Medição: +/- 0,02 m/s (0,05 1 m/s) +/-0,1 m/s (1 5 m/s) Range de medição: 0,05 5 m/s 0 C 80 C Conexão 7 fios mais modulo SICRAM Conector 8-polos fêmea DIN45326 Comprimento do cabo 2 metros Fonte: A autora (2015)

66 52 Figura 19 - Anemômetro omnidirecional de fio quente Fonte: Manual do HD QUESTIONÁRIOS APLICADOS Para a realização da coleta dos dados subjetivos, opinião dos ocupantes sobre o ambiente térmico, foi utilizado um questionário semelhante ao utilizado em outras pesquisas de avaliação de conforto térmico (KUCHEN et al., 2011). Estes são específicos para essa metodologia e foram desenvolvidos em associação com o instituto de psicologia da Otto-von-Guericke-Universität de Magdeburg na Alemanha e adaptado para o desenvolvimento desta pesquisa. O modelo com o conjunto de questões utilizadas encontra-se no Anexo A. As questões relativas à idade, sexo e peso, apresentadas no Quadro 1, dizem respeito à caracterização das amostras pesquisadas, e influem na verificação da representatividade da amostra, com relação ao universo populacional que se está estudando.

67 53 Quadro 1 - Questões para caracterização da amostra Fonte: A autora (2015) A questão referente ao tempo de permanência na sala de aula, Quadro 2, tem o objetivo de avaliar possíveis discrepâncias entre as respostas dos ocupantes em função da adaptação ao clima do ambiente ao relacioná-la ao tempo que o ocupante permanece nesse mesmo ambiente, sob as mesmas condições climáticas, tendo em vista que quanto mais tempo o ocupante permanecer no mesmo ambiente mais adaptado ele estará àquelas condições climáticas. Quadro 2 - Questão para identificação do tempo de permanência na sala de aula Fonte: A autora (2015). Durante a aplicação dos questionários foi explicado aos estudantes que o tempo de permanência se referia ao tempo total que eles permaneciam dentro da sala de aula, sendo assim contabilizadas as permanências em outros períodos do dia, além do horário em que estava sendo realizada a medição. As sensações e preferências térmicas, verificadas nas questões 1 e 2, Quadro 3, itens principais da coleta de dados subjetivos, exprimem as sensações das pessoas com o ambiente térmico nos momentos das medições. Quadro 3 - Questões sobre sensação e preferência térmica Fonte: A autora (2015). As respostas a ambas as questões, ou seja, o respectivo preenchimento das escalas de sensações e de preferências permite através do cruzamento de seus dados,

68 54 o conhecimento mais profundo sobre o grau de desconforto a que está sujeito o aluno. Ressaltou-se que essas sensações e preferências não eram referentes ao que os estudantes achavam do local normalmente, porém, como o estavam sentindo naquele momento especificamente. A questão referente à ingestão recente de líquidos ou alimentos permite avaliar possíveis influências nas taxas metabólicas, assim como a questão seguinte que trata da realização de atividades diferentes das esperadas em sala de aula, instantes antes da realização da medição, ambas podem ser verificadas no Quadro 4. Quadro 4 - Questões referentes à ingestão de líquidos e alimentos, e realização de atividades Fonte: A autora (2015). Ambas as questões foram necessárias visto que no ambiente universitário o controle sobre a presença dos alunos nas aulas é diferenciado e, portanto não havia garantia de que todos os alunos apresentassem no momento da medição a mesma taxa metabólica o que poderia vir a influenciar nas suas percepções com relação ao ambiente térmico. O conhecimento sobre o vestuário utilizado pelo aluno é preponderante para a estimativa da resistência térmica que está se oferecendo às trocas de calor entre o corpo e o ambiente. E ainda para a verificação de como se comportam os alunos com relação às características das roupas utilizadas nas diferentes zonas bioclimáticas estudas. Para isso utilizou-se a questão 5 que pode ser observada no Quadro 5. A conscientização das pessoas que responderam os questionários, sobre a importância dos dados subjetivos coletados, faz parte integrante da operacionalização e sucesso de qualquer pesquisa de campo.

69 55 Quadro 5 - Questões para levantamento do vestuário utilizado pelo estudante Fonte: A autora (2015). No presente estudo, por se buscar a verificação de parâmetros em situação real, essa importância é ainda mais clara, sendo que ela foi, juntamente com os objetivos da pesquisa, explanada aos alunos em horário anterior ao início de cada medição. A explicação aos alunos abrangeu todos os tópicos constantes no questionário, o tempo utilizado para explicação foi em torno de 5 minutos, podendo ser superior nos casos em que os alunos apresentaram alguma dúvida. Durante a explicação dos questionários o equipamento previamente posicionado, permaneceu em aclimatação, para posterior início das medições COLETAS DE DADOS Após a montagem do equipamento, o mesmo foi posicionado na primeira sala de aula avaliada e permaneceu em aclimatação por um período de 15 minutos, tendo em vista as diferentes condições climáticas entre o exterior e interior das salas de aula. Nas demais salas de aula avaliadas em sequência, o equipamento ficou posicionado para aclimatação durante os 5 minutos utilizados para a explicação do questionário. Tendo em vista que as salas de aula avaliadas eram próximas, e que as condições climáticas entre elas eram semelhantes, reduziu-se o tempo de aclimatação. Após o respectivo preparo e aclimatação dos equipamentos