Conforto Térmico

É o estado mental que expressa a satisfação do homem com o ambiente térmico que o circunda. O desconforto, pelo contrário, vem com a sensação de calor ou frio, quando o corpo não consegue dissipar o calor produzido por seu metabolismo para manter sua temperatura interna, ou perde calor demais para o ambiente. Quanto maior for o trabalho do organismo para manter sua temperatura interna, maior será a sensação de desconforto.
A norma internacional para averiguar o conforto térmico em ambientes é a ISO 7730 (1994).

O homem é um ser homotérmico, isto é, pode manter relativamente constante dentro de certos limites a temperatura corporal interna, independente da temperatura ambiente. Portanto, deverá haver permanente e imediata eliminação do excesso de calor produzido por seu metabolismo para que a temperatura do corpo possa ser mantida constante.

O controle da temperatura corporal é realizado por um sistema chamado de termorregulador que comanda, por meio da vasodilatação e vasoconstrição, a quantidade de sangue que circula na superfície do corpo, possibilitando, respectivamente, maior ou menor troca de calor com o meio.

Mecanismos de termo-regulação

A PELE é o principal órgão termo-regulador do organismo humano.

  • Reação ao calor

    No tempo quente, o corpo não consegue dissipar o calor produzido devido a alta temperatura do meio, então os vasos sanguíneos se dilatam, aumentando o volume de sangue sob a pele, assim o calor pode mais facilmente se transferir daí para a superfície da pele e escapar para o ambiente por convecção e radiação. Se isso ainda não for suficiente, as glândulas sudoríparas expelem o suor na superfície da pele que ao evaporar retiram o calor.

  • Reação ao frio

    No tempo frio, o corpo encontra dificuldade de manter seu calor, devido a baixa temperatura do meio, os vasos sanguíneos se contraem, diminuindo o volume de sangue sob a pele e o ritmo cardíaco, provocando arrepios e tremores. Tremer é um processo mecânico para gerar calor e os pelos eriçados colaboram na retenção de uma camada de ar junto à pele e o ar é um bom isolante térmico.

Trocas térmicas entre o corpo e o ambiente

A quantidade de calor que o corpo deve dissipar tem a ver com a atividade que ele está executando no momento. Esse calor será dissipado para o meio através de trocas térmicas envolvendo:

    • Trocas Secas

      (calor sensível – em função das diferenças de temperatura entre o corpo e o ambiente):

Convecção: O processo de remoção de calor por convecção ocorre quando o ar apresenta temperatura inferior à do corpo e o corpo transfere calor pelo contato com o ar frio circundante. O aquecimento do ar provoca seu movimento ascensional. À medida que o ar quente sobe, o ar frio ocupa seu lugar, completando-se, assim, o ciclo de convecção. Se a temperatura do ar for exatamente igual à temperatura da superfície do corpo, não haverá troca térmica por esse processo. Se a temperatura do ar for mais elevada do que a da superfície do corpo, o ar cederá calor para o corpo, invertendo-se o mecanismo.

Radiação: É o processo pelo qual a energia radiante é transmitida da superfície quente
para a fria por meio de ondas eletromagnéticas que, ao atingirem a superfície fria, transformam-se em calor. A energia radiante é emitida continuamente por todos os corpos que estão a uma temperatura superior a zero absoluto. Isso equivale dizer que uma pessoa num ambiente está continuamente emitindo e recebendo energia radiante, e o diferencial entre a energia recebida e a emitida é que define se o corpo é aquecido ou resfriado por radiação. Dessa forma, se a temperatura das paredes de um ambiente for inferior à da pele de um homem, este perderá calor por radiação. Se as paredes estiverem mais quentes que a pele, a temperatura do corpo aumentará por efeito da radiação. A radiação térmica não depende do ar ou de qualquer outro meio para se propagar, e a quantidade de energia radiante emitida por um corpo depende de sua temperatura superficial.

A perda de calor por irradiação e condução só é possível para o corpo humano quando a temperatura do ar está menor do que a temperatura da pele, que é metabolicamente regulada para em torno 33°C.

    • Trocas úmidas

      (calor latente – envolve mudança de fase, o suor de líquido passa para gasoso através da evaporação):

Evaporação – Acima de 33°C de temperatura ambiente, a evaporação do suor é a única forma de perda de calor capaz de garantir a regulação em 33°C da temperatura da pele que, por sua vez, permite a regulação da temperatura interna do corpo de cerca de 36°C. Caso a evaporação do suor seja impedida ou dificultada, quanto mais a temperatura ambiente se aproxima de 33°C, maior o desconforto térmico.

Variáveis do conforto térmico

As variáveis de conforto térmico estão divididas em variáveis humanas (metabolismo e vestimentas) e variáveis ambientais (temperatura do ar, temperatura radiante média, velocidade do ar e umidade relativa do ar). Além disso, variáveis como sexo, idade, raça, hábitos alimentares, peso, altura, etc, podem exercer influência nas condições de conforto de cada pessoa e devem ser consideradas.

Humanas

      • Metabolismo gerado pela atividade física

        É o processo de produção de energia interna a partir de elementos combustíveis orgânicos. Cerca de 80% da energia produzida pelo organismo humano é transformada em calor que precisa ser dissipado para que a temperatura interna corporal se mantenha em equilíbrio, aproximadamente 36ºC. Quando o organismo, sem recorrer a nenhum mecanismo de termo-regulação, perde para o ambiente o calor produzido pelo metabolismo compatível com a atividade realizada, experimenta-se a sensação de conforto térmico. 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. Um adulto normal possui em média uma superfície corporal de 1,8 m² assim esse adulto em conforto térmico com uma atividade de 1 Met terá uma perda de calor de cerca de 105 W. (O watt (W) é uma unidade de potência. Um lâmpada cuja potência é 100 W consome energia a uma taxa de 100 Wh.)

        Reclinado

        46
        82
        0,8
        Dados relativos ao calor dissipado (Taxa metabólica) pelo corpo em função da atividade do indivíduo (segundo ISO 7730 (1994))
        Atividade
        Metabolismo
        W/m2
        W/pessoa
        MET
        Dormindo
        40,7
        0,7
        Sentado, relaxado
        58
        105
        1,0
        Atividade sedentária (escritório, escola etc.)
        70
        126
        1,2
        Trabalhos domésticos
        116
        209
        2,0
        Caminhando em local plano a 2 km/h
        110
        198
        1,9
        Caminhando em local plano a 3 km/h
        140
        252
        2,4
        Caminhando em local plano a 4 km/h
        165
        297
        2,8
        Caminhando em local plano a 5 km/h
        200
        360
        3,4
      • Resistência térmica oferecida pela vestimenta

        A vestimenta funciona como isolante térmico, pois mantém junto ao corpo uma camada de ar, reduzindo a sensibilidade do corpo às variações de temperatura e de velocidade do ar. Essa resistência térmica depende do tipo do tecido e do ajuste da roupa. O índice da resistência térmica da uma roupa é medida em clo e o índice de resistência térmica da vestimenta de uma pessoa será o somatório do clo de cada peça. 1 clo = 0,155 m².ºC/W = 1 terno completo.

        Índice de resistência térmica para vestimentas segundo ISO 7730 (1994).
        Vestimenta Índice de resistência térmica – Icl (clo)
        Meia calça 0,10
        Meia fina 0,03
        Meia grossa 0,05
        Calcinha e sutiã 0,03
        Cueca 0,03
        Cuecão longo 0,10
        Camiseta de baixo 0,09
        Camisa de baixo mangas compridas 0,12
        Camisa manga curta 0,15
        Camisa fina mangas comprida 0,20
        Camisa manga comprida 0,25
        Camisa flanela manga comprida 0,30
        Blusa com mangas compridas 0,15
        Saia grossa 0,25
        Vestido leve 0,15
        Vestido grosso manga comprida 0,40
        Jaqueta 0,35
        Calça fina 0,20
        Calça média 0,25
        Calça flanela 0,28
        Sapatos 0,04

Ambientais

Durante a medição das condições térmicas em interiores, é importante lembrar que o homem não sente a temperatura ambiente, ele sente a perda de calor do corpo. Os parâmetros que devem ser medidos são aqueles que influenciam na perda de energia, a saber: temperatura do ar, temperatura média irradiada, velocidade do ar e umidade. A influência de cada parâmetro não é igual, e eles devem ser medidos individualmente.

      • Temperatura radiante média

        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.

      • Temperatura do ar

        A temperatura do ar é a principal variável do conforto térmico. A diferença de temperatura entre dois pontos no ambiente provoca a movimentação do ar, chamada de convecção natural: a parte mais quente torna-se mais leve e sobe enquanto a mais fria, desce, proporcionando uma sensação de resfriamento do ambiente. Para o conforto, é interessante conhecer também a temperatura operativa. A temperatura operativa resume as perdas da temperatura do corpo, que está submetido a um ambiente real com efeitos desiguais por todos os lados. A temperatura operativa é uma temperatura teórica que provoca uma perda de calor equivalente a todos os fenômenos que provocam esta perda caso o corpo estivesse em um ambiente imaginário submetido apenas a uma temperatura homogênea.

      • Velocidade do ar

        A velocidade do ar de um ambiente interno costuma ser abaixo que 1m/s sem necessariamente a ação direta do vento (convecção natural). Quando o ar se desloca por meios mecânicos (convecção forçada), como um ventilador, o coeficiente de convecção aumenta, aumentando a sensação de perda de calor. O deslocamento do ar também acelera a evaporação da água em contato com a pele humana, reduzindo a sensação de calor.

      • 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 supõe a mudança do estado líquido ao gasoso, sem modificação da sua temperatura.

        O ar, a uma determinada temperatura, somente pode conter uma certa quantidade de vapor de água. Quando chegamos a esse valor máximo dizemos que o ar está saturado.

        Ultrapassado este limite, ocorre a condensação, no qual o vapor excedente passa ao estado líquido, provocando o aumento da temperatura da superfície onde ocorre a condensação.

        Estes processos dão lugar a uma forma particular de transferência de calor: um corpo perde calor por evaporação, que será ganho por aquele no qual se produz a condensação.

        A umidade absoluta representa o peso de vapor d’água contido em uma unidade de massa de ar (g/kg).

        A umidade relativa representa a relação entre a umidade absoluta do ar e a umidade absoluta do ar saturado para a mesma temperatura.

        Devido à baixa umidade relativa do ar, os climas áridos também podem se beneficiar ao máximo do resfriamento evaporativo proporcionado pela água.

Papel primordial da ventilação e da umidade relativa do ar na taxa de evaporação do suor

À medida que a temperatura do meio se eleva, dificultando as perdas por convecção e radiação, o organismo aumenta sua eliminação por evaporação. A umidade do ar, conjuntamente com a velocidade do ar, intervém na perda de calor por evaporação.

Quanto menor a umidade relativa do ar, maior a taxa evaporativa do suor.

Quanto maior a taxa de evaporação do suor, mais o corpo é resfriado.

Como aproximadamente 25% da energia térmica gerada pelo organismo é eliminada sob a forma de calor latente (trocas úmidas: 10% por respiração e 15% por transpiração) é importante que as condições ambientais favoreçam estas perdas.

Isto mostra a importância de uma ventilação adequada.

Quanto maior a velocidade do ar que passa sobre a superfície do corpo humano, maior a taxa de evaporação do suor. Deve-se observar que a ventilação por si mesma não reduz a temperatura ambiente, ela apenas aumenta a taxa de evaporação do suor, isto é, promove o resfriamento evaporativo do corpo humano. Ademais, a ventilação dissipa a umidade que se acumularia no interior da construção, melhorando o conforto térmico.

Se o ar está saturado, ou seja, a umidade relativa se aproximar de 100%, significa que a capacidade do ar de conter mais vapor do que já contém tende a ser nula, reduzindo ao mínimo a taxa de evaporação do suor e levando ao máximo o desconforto térmico no caso de a temperatura ambiente se aproximar ou superar a do corpo humano.

No caso em que o ar está seco, as perdas continuam ainda com as temperaturas mais elevadas.

Felizmente, na maioria dos climas da terra, a umidade relativa se aproxima de 100% apenas durante precipitações (chuva), fenômeno atmosférico que, por si mesmo, reduz significativamente a temperatura ambiente.

Em geral, quanto maior a temperatura ambiente, menor é a umidade relativa do ar (inclusive em climas tropicais úmidos), visto que, quanto maior a temperatura, mais o ar se expande, aumentando sua capacidade de conter vapor (inversamente, quanto menor a temperatura, mais o ar se contrai, reduzindo sua capacidade de conter vapor).

Eficácia do resfriamento mediante a evaporação do suor

Pode-se verificar em nosso corpo a enorme eficácia do resfriamento evaporativo quando, num dia quente, permanecendo molhado após um banho, secamos nosso corpo em frente a um ventilador. Por exemplo, no dia 4 de fevereiro de 2010, no Rio de Janeiro, a temperatura do ar alcançou 40°C, a máxima do ano, por volta de 4 horas da tarde, mas a umidade relativa do ar estava em 27%, e a pressão atmosférica estava em 1009 hPa; consequentemente, a temperatura de bulbo úmido era de apenas 24,2°C, sendo esta a temperatura alcançada por uma superfície molhada exposta ao ar, como por exemplo, a pele molhada, naquele dia mais quente do ano.

A temperatura do ar, chamada de temperatura de bulbo seco, TBS, costuma ser medida com a temperatura de bulbo úmido através do psicrômetro giratório. A temperatura de bulbo úmido é medida com um termômetro semelhante ao usado para medir a TBS, porém com um tecido no bulbo do termômetro de forma que a umidade seja considerada. Este par forma o psicrômetro giratório (Figura 6), ou par psicrométrico. O giro manual do psicrômetro, que pode ser substituído por um pequeno ventilador, visa retirar a umidade excessiva do tecido que envolve o bulbo de forma que TBU possa ser medida sob os efeitos naturais da perda de calor para evaporação da água do tecido. Assim, a TBU é sempre menor que TBS.

Resumindo: O conforto térmico num determinado ambiente pode ser definido como a
sensação de bem-estar experimentada por uma pessoa, como resultado
da combinação satisfatória, nesse ambiente, da temperatura radiante média, umidade relativa, temperatura do ambiente e velocidade relativa do ar com a atividade lá desenvolvida e com a vestimenta usada pelas pessoas.
As sensações são subjetivas, isto é, dependem das pessoas, portanto um
certo ambiente confortável termicamente para uma pessoa pode ser frio ou
quente para outra. Assim, entende-se como condições ambientais de conforto
aquelas que propiciam bem-estar ao maior número possível de pessoas.

Índices de conforto

Com o intuito de avaliar o efeito conjunto das variáveis de conforto térmico, alguns pesquisadores sugerem diferentes índices de conforto térmico.
De forma geral, estes índices são desenvolvidos fixando um tipo de atividade e a vestimenta do indivíduo para, a partir daí, relacionar as variáveis do ambiente e reunir, sob a forma de cartas ou nomogramas, as diversas condições ambientais que proporcionam respostas iguais por parte dos indivíduos.
Existem vários índices de conforto térmico, os quais podem ser divididos em dois grandes grupos: Os que estão baseados no balanço de calor (sendo o voto médio predito o mais conhecido deles) e os que têm uma abordagem adaptativa.

O voto médio predito

Este método foi desenvolvido por Fanger e é considerado o mais completo dos índices de conforto pois analisa a sensação de conforto em função das 6 variáveis. Faz uma relação das 6 unidades com o voto médio predito (PMV – Predicted Mean Vote) deste com a porcentagem de pessoas insatisfeitas (PPD – Predicted Percentage of Dissatisfied). É o método usado na ISO 7730.
Este prevê o voto de um grande grupo de pessoas através da escala de sensação, que varia do muito quente ao muito frio, passando por quente, levemente quente, neutro, levemente frio e frio.

Porém, este índice deve ser usado apenas para valores entre –2 e +2, pois acima destes limites teríamos aproximadamente mais de 80% das pessoas insatisfeitas como se pode perceber na Figura abaixo:

artigo-confortotermico-pmv03

Devido as diferenças individuais é difícil especificar um ambiente térmico que satisfaça a todos, sempre haverá uma percentagem de insatisfeitos.

Segundo a ISO 7730, um ambiente é considerado termicamente aceitável quando o percentual de pessoas insatisfeitas é menor que 10% (PPD < 10%), ou seja, o voto médio predito fica entre o menos que levemente frio e o menos que levemente quente (-0,5 < PMV < +0,5).

A teoria adaptativa

Essa teoria considera que as pessoas interagem com o ambiente, de forma a buscar conforto térmico. A partir de conceitos de aclimatação, 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).

São três as categorias de adaptação:

Ajustes comportamentais:

Modificam o fluxo de calor e massas que governam as trocas térmicas do corpo.

      • ajustes pessoais: roupas, atividades, postura,etc.
      • ajustes tecnológicos ou ambientais: abrir/fechar janelas, ligar ventiladores, usar óculos escuros, etc.
      • ajustes culturais

Ajustes Fisiológicos:

Incluem as mudanças nas respostas fisiológicas das pessoas, resultado da exposição a fatores ambientais e térmicos, diminuindo gradualmente a tensão criada por tal exposição.

      • adaptação genética: se tornaram parte da herança genética de um indivíduo ou grupo de pessoas;
      • aclimatação: mudanças inerentes ao sistema termo-regulador.

Ajustes Psicológicos:

Esta forma de adaptação pode ser comparada à noção de “habituação”, exposição repetida ou crônica, que conduz a uma diminuição da intensidade da sensação evocada anteriormente.
A percepção térmica é diretamente atenuada por sensações e expectativas ao clima interno.

Modelos adaptativos têm sido desenvolvidos com base nos resultados de experimentos de ambientes reais em que as pessoas desenvolvem as suas atividades cotidianas e vestem suas próprias roupas.

Nesses experimentos, o pesquisador não interfere no ambiente e as pessoas expressam sua sensação e preferência térmica em escalas.

 

 

Fonte:
http://www.labeee.ufsc.br/sites/default/files/disciplinas/ECV5161%20Apostila-v2011.pdf

Outras fontes:
http://www.lumasenseinc.com/BR/solutions/techoverview/thermalcomfort/http://in3.dem.ist.utl.pt/laboratories/pdf/emee_1.pdf

http://pt.wikipedia.org/wiki/Watt-hora

http://pt.wikipedia.org/wiki/Sensa%C3%A7%C3%A3o_de_calor

http://www.fundacentro.gov.br/ARQUIVOS/PUBLICACAO/l/Conforto%20T%E9rmico%20nos%20Ambientes%20de%20Trabalho.pdf

5 thoughts on “Conforto Térmico”

  1. Sensacional esse artigo!

    Não li por completo, mas li o suficiente para tirar informações valiosas para concluir um pequeno trabalho de refrigeração de ambiente com área de vazão de ar com perda de temperatura para o meio externo.

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Arqta. Mônica Fischer :: Rio de Janeiro