Conforto Ambiental: Térmico e Acústico

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Conceitos e Grandezas do Conforto Ambiental Térmico

Conforto Térmico - Conceitos e Grandezas do Conforto Ambiental Térmico

Primeiro, qual a definição de conforto térmico?

- Esse conceito está diretamente relacionado ao esforço realizado pelo organismo para manter o balanço térmico e assim sendo, se faz necessário conhecer a termorregulação humana e o balanço térmico do corpo humano.

- Para Schimd (2005), conforto térmico é o estado em que um indivíduo não tem vontade de mudar a sua interação térmica com o meio em que está inserido; e essa neutralidade térmica é o estado físico no qual todo calor gerado pelo organismo, através do metabolismo, é trocado na mesma proporção com o ambiente ao seu redor, não havendo acúmulo e nem perda excessiva do calor, mantendo a temperatura corporal constante. Por tanto, o conforto térmico pode ser definido com o estado da mente que expressa satisfação do homem com o ambiente térmico.

- Frota e Schiffer (2001) apresentam que a "máquina do corpo humano" é mantida a uma temperatura de ordem de 37° C, podendo sofrer variações de 32° C e 42° C, já em estado de doença/ enfermidade.

-

Condicionantes que tem relação direta com o conforto térmico:

+ Variáveis Humanas

- Metabolismo gerado pela atividade física

- Resistência térmica oferecida pela vestimenta

- Questões subjetivas: sexo, Idade, raça, hábitos alimentares, peso e altura

É importante saber qual a função do edifício ou do espaço para prever o nível de atividade realizado no seu interior - objetivo: tirar premissas sobre a sensação de conforto térmico.

+ Variáveis ambientais

- Temperatura do ar

- Temperatura radiante média

- Umidade relativa do ar

- Velocidade do ar

ASHRAE 55 (última revisão publicada em 2017) trata unicamente das condições térmicas ambientais para a ocupação humana (ASHRAE 55 - Thermalenvironmentalconditions for humanoccupancy).

A Norma Regulamentadora NR°17 (Ergonomia) do antigo Ministério do Trabalho e Emprego, atualmente incorporado ao Ministério da Economia, pertence a um grupo de normas que devem ser seguidas em todo o território nacional. A norma foi criada pensando em diminuir o risco ergonômico atrelado ao ambiente de trabalho e que poderia dar origem a doenças ocupacionais graves, que estão diretamente relacionadas à atividade desempenhada pelo trabalhador ou às condições de trabalho às quais ele está submetido.

A parte dois da NBR 16401, instalações de ar-condicionado, sistemas centrais e unitários, revisada em 2006 e publicada pela última vez em 2008 (ABNT, 2008). Há discussões mais recentes que sugerem um projeto de revisão da NBR 16401-2 e que tem a previsão de conter as seguintes partes: Parte 1 - Projeto das instalações, Parte 2 - Parâmetros de conforto térmico e Parte 3 - Qualidade do ar interior. Esta revisão, ainda, não tem valor normativo e trata-se de uma revisão recente de Janeiro de 2021.

ISO 7726/ 1998 - Ergonomia do ambiente térmico refere-se a instrumentos para medir grandezas físicas. Descreve instrumentos para medida de conforto térmico em ambientes fechados e abertos.

ISO 7730/ 2005 - Ambientes térmicos moderados refere-se à determinação dos índices PMV e PPD e especificações das condições para o conforto térmico, que descreve como calcular o índice da percentagem de pessoas insatisfeitas com o ambiente (PPD), que é a percentagem de pessoas que gostariam que o ambiente estivesse mais quente ou mais frio.

Relação entre o Voto Médio Estimado e a sensação térmica

Sensação térmica - VME

Muito frio - -3

Frio - -2

Pouco frio - -1

Neutro - 0

Pouco calor - 1

Calor - 2

Muito calor - 3

Metabolismo

O que é metabolismo? É o processo de produção de energia interna a partir de elementos combustíveis orgânicos e apenas 20% dessa energia é transformada em potencialidade de trabalho. 80% dessa energia é transformada em calor para ser dissipada pelo organismo e manter o equilíbrio da temperatura do corpo.

O metabolismo pode ser expresso em W/m2 de pele ou em Met, unidade do metabolismo cujo valor unitário corresponde a uma pessoa relaxada.

1 Met = 58,15W/m2 de área de superfície corporal.

Atividade - MET

Dormindo - 0,7

Sentado (quieto) - 1,0

Em pé sem esforço - 1,2

Andando em superfície plana sem carga 2 km/h - 1,9

Andando em superfície plana sem carga 5 km/h - 3,4

Limpando a casa - 1,7 à 3,4

Professor - 1,6

Trabalho leve em bancada e sentado - 1,1

Vestimenta

A vestimenta equivale a uma resistência térmica interposta entre o corpo e o meio, ou seja, ela representa uma barreira para as trocas de calor por convecção.

Funciona como isolante térmico, pois mantém junto ao corpo uma camada de ar mais aquecido ou menos aquecido , conforme seja mais ou menos isolante, conforme seu ajuste ao corpo e a porção do corpo que cobre.

As vestimentas também reduzem a sensibilidade da pele.

Sua resistência térmica depende do tipo de tecido, da fibra, do ajuste ao corpo e deve ser medida através das trocas secas relativas a quem usa.

Sua unidade é o "clo", originado de "clothes".

1 clo = 0,155m2.°C/W = terno completo

O índice de resistência térmica (I) para a vestimenta de uma pessoa será, segundo a ISO 7730 (1994), o somatório de: (imagem ilustrativa no bloco 3)

Quanto maior a resistência térmica da roupa, tanto menor serão suas trocas de calor com o meio.

Vestimenta - CLO

Calcinha, sutiã e cueca - 0,03

Camiseta de baixo - 0,09

Camisa manga curta - 0,15

Camisa manga comprida - 0,25

Vestido leve - 0,15

Calça fina - 0,20

Calça média - 0,25

Sapatos - 0,04

Jaqueta - 0,35

Meia fina - 0,03

Meia grossa - 0,05

Temperatura do ar

É a principal variável de conforto.

É a condição que determina o fluxo de calor que passa de uma substância para outra.

O fluxo de calor desloca-se do corpo com maior temperatura para o corpo com temperatura mais baixa. Esta condição de deslocamento de calor está baseada na tendência do corpos em manter a estabilidade ou o equilíbrio térmico.

A temperatura do ar é normalmente medida por termômetros.

A distribuição da temperatura do globo recebe grande influência da radiação solar.

As quantidades de radiação variam em função da latitude, da época do ano e do período do dia.

Temperatura radiante média

É determinada utilizando-se valores de temperatura do ar (temperatura ambiente), velocidade do ar e temperatura do globo.

A temperatura do globo é medida utilizando-se um termômetro de globo. Ele consiste em um globo negro, em cujo centro é colocado um sensor de temperatura.

A temperatura radiante média representa a temperatura uniforme de um ambiente imaginário no qual a troca de calor por radiação é igual ao ambiente real não uniforme.

Umidade relativa do ar

A umidade é caracterizada pela quantidade de vapor d'água contido no ar. Este vapor se forma pela evaporação da água processo que supões a mudança do estado líquido para o gasoso, sem modificação da sua temperatura.

A umidade relativa do ar resulta da evaporação da água contida nos mares, rios, lagos e na terra, bem como da evapotranspiração dos vegetais.

A umidade do ar atua diretamente na capacidade da pele evaporar o suor. A baixa umidade do ar permite que este absorva a umidade da pele mais rapidamente, resfriando-a num menor tempo.

Em altas umidades relativas há mais dificuldades em evaporar o suor, aumentando a sensação de desconforto térmico.

ara o conforto térmico, a umidade relativa do ar entre 30% e 70% é considerada satisfatória.

A alta umidade durante dias quentes faz a sensação térmica aumentar, ou seja, a pessoa tem a impressão de que está fazendo mais calor, devido a redução da eficácia da transpiração da pele, e assim reduzindo o resfriamento corporal.

Velocidade do ar

A velocidade do ar em ambientes internos costuma ser abaixo de 1m/s.

Ela ocorre em ambientes internos sem necessariamente a ação direta do vento.

O ar se desloca pela diferença de temperatura no ambiente: o ar quente sobe e o ar frio desce (convecção natural).

Quando o ar se desloca por meios mecânicos, como um ventilador, o coeficiente de convecção aumenta, aumentando a sensação de perda de calor (convecção forçada).

O deslocamento do ar também aumenta os efeitos da evaporação no corpo humano, retirando a água em contato com a pele com mais eficiência e assim, reduzindo a sensação de calor.

A medição da velocidade do ar é realizada com anemômetros.

A ação do vento é sentida pelas pessoas como força e como velocidade.

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Cap. 2 - Arquitetura Bioclimática e Estratégias de Aplicação em Projeto

Ao projetar um ambiente construído, um espaço habitável, estamos influenciando modos de agir, de viver e conviver com o meio.

Bioclimatologia: Estuda a influência dos fatores no clima sobre o desenvolvimento dos organismos vivos.

Arquitetura Bioclimática: Projeto levando em consideração as condições climáticas, utilizando os recursos disponíveis na natureza (sol, vegetação, chuva, vento) para minimizar os impactos ambientais e reduzir o consumo energético.

Relação Conforto Térmico + Eficiência Energética

Portanto, conhecer os dados climáticos de um local permite identificar os períodos de maior probabilidade de desconforto e, consequentemente definir as estratégias que devem ser incluídas no projeto para compensar essas condições.

Para falar sobre a caracterização do clima, é necessário reconhecer quais são as variáveis climáticas: temperatura, umidade relativa do ar, radiação solar, nebulosidade, chuvas ou precipitações pluviométricas, a pressão atmosférica, os ventos, entre outros.

As variáveis climáticas são medidas em estações climáticas e representam uma média, mensal de registros no decorrer de vários anos. Esses "históricos" são chamados de normais climatológicas, e as variáveis registradas diferem de estação para estação.

Orientação da edificação: Boa orientação deve levar em conta a trajetória solar na fase de concepção projetual. Quero sol? Onde sim? Onde encontrar ao longo do ano? Equilíbrio entre vistas, luz solar, radiação solar e ventilação natural.

Aquecimento Solar Passivo: A utilização da radiação solar direta para aquecimento da edificação.

- Direto: Através das aberturas ou superfícies envidraçadas.

- Indireto: Inércia térmica, componentes construtivos de alta capacidade térmica.

Tempo e clima:

O tempo é a variação diária das condições atmosféricas.

O clima é a condição média do tempo em uma dada região, baseada em medições (normalmente durante 30 anos).

+ O clima pode ser dividido em três escalas distintas porém indissociáveis: Macro climática; Meso climática e micro climática;

- Macroclima: Suas varáveis são quantificadas em estações meteorológicas.; Podem descrever as características gerais de uma região em termos de sol, nuvens, temperatura, ventos, umidade e precipitações; Esse critérios, no entanto, não são suficientes para compreender as exigências climáticas próximas à edificação; Macroclimas do Brasil - Tropical, equatorial, semi-árido, tropical atlântico, tropical altitude e subtropical;

- Mesoclima: Escala mais próxima da edificação; Alguns tipos de mesoclima podem ser identificados facilmente: o litoral, os campos, as florestas, os vales, as cidades e as regiões montanhosas;

- Microclima: Equivale à um desvio climático de características reconhecíveis, em que se leva em consideração o efeito antrópico sobre o entorno, assim como a influência que suas modificações exercem sobre o espaço urbano; Evidencia-se quando fatores climáticos locais interferem no contexto macroclimático; Esta é a principal escala climática que pode ser manipulada pelo arquiteto e urbanista;

Variações climáticas:

A temperatura do ar é resultado dos fluxos de massa de ar e da radiação solar, medida em graus Celsius (°C), Fahrenheit (°F) ou Kelvin (K).

Os ventos, medidos em m/s, relacionam-se à distribuição da pressão do ar, ao longo do ano e de suas estações, influenciado pelos elementos do entorno e tem variação significativa nas diferentes escalas do clima.

A umidade relativa do ar, em porcentagem (%), descreve a umidade presente no ar em relação ao máximo de umidade que ar é capaz de acumular à determinada temperatura.

A radiação solar corresponde a ondas eletromagnéticas curtas que tem origem nos raios solares, ou seja, é a energia emitida pelo sol em todas direções. Essa medida é realizada em superfície horizontal, por meio de um sensor de radiação, e os dados são coletados em unidades de potência, watts por metro quadrado (W/m2).

Projeto Bioclimático:

Irmãos Olgyay, 60's, delimitou a relação entre o clima e o projeto arquitetônico.

Criaram a carta bioclimática, diagrama que mostra a conexão entre o clima e o conforto humano, pensando na adequação da arquitetura ao clima local.

Carta Bioclimática Olgyay:

Carta bioclimática Givoni

Considera temperatura interna;

Corrigi limitações e é a mais adequada para países em desenvolvimento;

As estratégias bioclimáticas são alternativas ou soluções que influenciam a edificação; assim como o seu processo e sistema construtivo, a sua forma, os materiais e os componentes utilizados, buscando no projeto estratégias que sejam ideais e com propriedades adequadas às variáveis climáticas externas.

Resfriamento evaporativo:

Considerados um dos mais antigos e eficientes métodos para refrigeração.

Estratégia lizada para aumentar a umidade relativa do ar e diminuir a sua temperatura.

- Direto: Uso de vegetação, fontes de água, ou outros recursos que resultem na evaporação da água diretamente no ambiente que se deseja resfriar.

- Indiretos: Tanques de água sombreados executados sobre a laje de cobertura.

Ventilação Natural:

Estratégia bioclimática passiva mais antiga que se conhece.

Renovar o ar no interior os ambientes, melhorando questões de salubridade e conforto térmico.

Promove resfriamento psicofisiológico resfriamento convectivo.

Não basta ter uma abertura para ocorrer... Deve-se analisar as dimensões das aberturas, os diferenciais de pressão, suas posições na geometria, entre outros fatores...

Brises

Brise-soleil é um dispositivo arquitetônico utilizado para impedir a incidência direta de radiação solar no interior de um ambiente, podendo também ter múltiplas funções.

Sombreamento:

Não apenas com brises, mas com a própria arquitetura, com vegetação, com a topografia...

Vegetação:

Estratégias como a inserção vegetativa nas proximidades dos edifícios e o uso de telhado e parede verde são caminhos possíveis para a melhoria da temperatura.

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Cap.3 - Zoneamento Bioclimático e o Estudo da Geometria Solar

Água: A utilização de corpos de água funciona como uma fonte natural de refrigeração a partir do processo de evaporação.

Estratégias Ativas: Se define por estratégias que dependem de uma fonte de energia, como ar-condicionado, ventilador...

Mas como saber quais estratégias adotar?: Zoneamento Bioclimático e o Estudo da Geometria Solar

+ Zoneamento Bioclimático Brasileiro:

- Divisão do território brasileiro em 8 zonas bioclimáticas.

- Resultante da análise de dados climáticos obtidos entre 1931 a 1990.

- Classificados por meio da Carta Bioclimática de Givoni.

- Definido na NBR 15.220 - Parte 3: Zoneamento bioclimático brasileiro e diretrizes construtivas para habitações unifamiliares de interesse social.

- Apresenta cidades cujos climas foram classificados, segundo os parâmetros e condições de conforto para tamanho e proteção de aberturas (janelas), vedações externas (paredes e coberturas) e estratégias de condicionamento térmico passivo.

Assim, entendemos que o território brasileiroor ter o seu clima mapeado de acordo com as condicionantes climáticas, que não obedecem ao mapeamento político, ou divisão em estados ou regiões econômicas, é possível relacioná-los por meio de tabelas; estas indicam as estratégias e diretrizes construtivas bioclimáticas recomendadas para cada local onde será projetada e construída uma edificação.

Lembre-se de que, para conhecer as estratégias bioclimáticas recomendadas para cada cidade brasileira de maneira simplificada, é possível consultar a norma NBR 15220 (Parte 3), na qual estão descritas as cidades, relacionando-as às suas respectivas zonas bioclimáticas.

Geometria da Insolação: Para proteger um edificação ou espaço da radiação solar, seja com elementos construídos, seja com vegetação, é necessário determinar a posição do Sol, para o local em questão, na época do ano em que se deseja barras os seus raios diretos.

Assim, recorre-se à algumas noções da Geometria da Insolação, que possibilitará determinar, graficamente, os ângulos de incidência do Sol, em função da latitude, da hora e da época do ano.

Movimentos da Terra: Os movimentos da Terra são os movimentos simultâneos realizados pela Terra no espaço. Os principais são:

+ Rotação: A Terra gira em torno de si mesma, em torno de seu eixo imaginário. A duração da rotação é de 24 horas.

+ Translação: O movimento elíptico que a Terra realiza ao redor do Sol. O movimento dura em média de 365 dias e 6 horas.

Movimento de Translação: A translação da Terra é o movimento elíptico que a Terra realiza ao redor do Sol. Em decorrência do movimento elíptico, ocorrem variações durante o ano quanto à distância entre o Sol e a Terra.

Essa variações recebem o nome de afélio (quando aumenta a distância entre o Sol e a Terra) e periélio (quando se encontram mais próximos). Outro fator determinante é que a Terra percorre a sua trajetória em um plano inclinado em 23°27´ em relação ao Equador.Este ângulo define a posição dos trópicos.

Assim, os dois hemisférios (Norte e Sul) recebem quantidades distintas de radiação solar ao longo do ano, caracterizando as estações do ano. O aquecimento é diferenciado pela latitude.

As estações são caracterizadas pelos solstícios de verão e de inverno e pelos equinócios de primavera e de outono.

+ Equinócio: Ocorrem quando os raios solares incidem perpendicularmente sobre a linha do Equador, tendo o dia e a noite a mesma duração na maior parte dos lugares da Terra. Daí o nome "equinócio" (noites iguais aos dias).

- 23/03 - Equinócio de outono no hemisfério sul.

- 21/09 - Equinócio de primavera no hemisfério sul.

+ Solstício: No dia 21 de junho, os raios solares incidem perpendicularmente sobre o trópico de câncer, no hemisfério norte. No hemisfério sul, acontece o solstício de inverno, com a noite mais longa do ano, marcando o início do inverno. Já no dia 21 de Dezembro os raios solares estão exatamente perpendiculares ao trópico de capricórnio, no hemisfério sul. É o solstício de verão no hemisfério sul. Nesse dia, a parte sul do planeta está recebendo maior quantidade de luz solar que a parte norte, propiciando o dia mais longo do ano e o início do verão.

Trajetória Aparente do Sol: Para um observador (A), situado em uma dada altitude da Terra, esta apresentará ser um grande plano e, ao olhar para os corpos celestes, terá a impressão de que se situam em uma superfície esférica, da qual ele é o centro. Esta superfície imaginária, onde os astros são representados por suas projeções, domina-se esfera celeste. A intersecção dessa esfera celeste com o plano horizontal no qual o observador se imagina apoiado será a linha do horizonte.

Esse observador localizado em um ponto qualquer da superfície do globo terrestre terá a impressão de que é o Sol que se movimenta ao redor da Terra, ao longo do dia e ano - o movimento diário do Sol é percebido na esfera celeste como uma circunferência. Isso é decorrente dos movimentos de rotação e translação de Terra e da inclinação do eixo da Terra em relação ao plano da eclíptica. Esse efeito é denominado "Trajetória aparente do Sol".

Assim, um observado situado em um local do globo terrestre verá o Sol se mover ao redor da Terra, variando de posição em função da época do ano e da hora do dia. Considerando-se um determinado instante fixo, a inclinação dos raios será diferente para observadores situados em latitudes distintas.

+ Latitude 0° (Equador): A duração dos dias é igual à das noites para o observador localizado na linha do Equador.

+ Latitude 23°27´ (Trópico de Capricórnio) : para esta situação geográfica, o Sol apresenta a peculiaridade de estar a pino no solstício de verão ao meio dia, ou seja, a altura solar é a máxima possível (90°).

Azimute e Altura Solar: A localização do Sol na abóboda celeste pode ser identificada através de dois ângulos: a altura solar e o azimute.

+ Azimute: É o ângulo que a projeção do Sol faz com a direção norte.

+ Altura Solar: É o ângulo que o Sol faz com o plano horizontal.

Ambos os ângulos variam conforme a latitude do local, hora do dia e dia do ano.

A projeção horizontal do raio de Sol é o azimute para àquela hora e dia do ano.

O ângulo vertical formado entre a projeção e o raio de Sol, é a altura solar.

O azimute solar é medido no sentido horário à partir do norte geográfico (azimute zero).

A altura solar é medida a partir do plano horizontal (0°) até o zênite (90°).

Cartas Solares: Os diagramas solares ou cartas solares podem ser interpretados como a projeção das trajetórias solares ao longo da abóboda celeste durante todo o ano. A projeção estereográfica, é a mais utilizada.

Para traçar os diagramas solares, considera-se a Terra fixa e o Sol percorrendo a trajetória diária da abóboda celeste, variando de caminho em função da época do ano. Nela, vê-se os limites da trajetória anual que consistem nos solstícios de inverno e de verão, enquanto a linha do meio indica o equinócio.

Na prática, utilizar cartas solares cuja variação da latitude representada, com relação à real, seja até por volta de 3°, não resulta em desvios significativos.

Aplicações Práticas dos Diagramas Solares: Para saber exatamente qual é o azimute e a altura solar em cada horário desejado ao longo de um ano inteiro, é preciso saber interpretar o diagrama solar para o local de projeto. A carta solar é uma ferramenta de auxílio ao projeto bastante útil, pois diz a posição exata do Sol num determinado momento. Pode-se saber, por exemplo, se o Sol vai penetrar por uma abertura, se vai ser sombreado por uma edificação vizinha e se deve ou não ser sombreado por proteções solares para determinada orientação.

+ Horários de Insolação: Pode-se obter os horários de insolação sobre superfícies horizontais e verticais segundo a orientação determinada.

+ Sombreamento do Entorno: Um diagrama solar pode ser utilizado para a determinação do sombreamento que um edifício faz no seu entorno.

+ Penetração da Luz Solar: Com um diagrama solar, pode-se também desenhar a penetração solar em um ambiente para dias e horários especificados. Este procedimento é útil quando se quer que Sol incida diretamente em certo ponto do ambiente, ou quando se quer evitar que o Sol penetre em uma certa abertura.

Horários de Insolação: Toma-se como referência a carta solar para altitude 24°. Tendo-se uma superfície vertical orientada, por exemplo, a NE, marcam-se na carta solar as linhas que definem a fachada e a sua normal, a qual apontará para NE.

A área hachurada da carta solar corresponde à projeção da região da abóboda celeste que se situa atrás da superfície NE em questão. Isso significa que o Sol não atingirá essa superfície quando estiver nessa região da abóboda celeste.