CONFORTO TÉRMICO

O conceito de conforto térmico dado como “a condição da mente que expressa satisfação com o ambiente térmico” é amplamente utilizado em normas internacionais, como a ASHRAE Standard 55 (ASHRAE, 2013) e é baseado nas pesquisas realizadas por P. O. Fanger em 1970. Atualmente, tem-se a concepção de que se trata de um conceito subjetivo e complexo, uma vez que além de fatores físicos, fisiológicos e psicológicos, a combinação entre expectativas sobre o clima interno em um contexto particular influenciam na sensação térmica, satisfação e aceitabilidade do homem em relação ao seu ambiente térmico (DE DEAR e BRAGER, 2001). A compreensão desse conceito, assim como a busca por maneiras de predizer se uma

determinada situação representa conforto ou desconforto tem sido foco de estudos desde então.

Na década de 1960, P. O. Fanger realizou experimentos de conforto térmico em câmaras climatizadas (laboratórios termicamente controlados) na Dinamarca. Em 1970, esses estudos deram origem a um modelo de análise de conforto térmico utilizado em normas internacionais, como a ASHRAE Standard 55, ISO 7730 e EN 15251, o PMV (Predicted Mean Vote) e PPD (Predicted Percentage of Dissatisfied). O PMV, voto médio predito, é um índice que prevê o valor médio da sensação térmica de um grupo de pessoas por meio da escala de sete pontos e é baseado na equação de balanço térmico do corpo humano, que considera as seguintes variáveis: temperatura de bulbo seco, temperatura média radiante, umidade do ar, velocidade do ar, atividade e vestimenta. Para Fanger, atendimento a critérios para essas variáveis é a condição básica para que se estabeleça o estado de conforto térmico. A expressão de balanço de calor no corpo humano básica é representada na Equação 1.

Onde:

𝑀: Taxa metabólica( W/m²); 𝑊: Trabalho( W/m²);

C: Perda de calor sensível pela pele, por meio de convecção (W/m²);

R: Perda de calor sensível pela pele, por meio de radiação (W/m²); E: Perda de calor latente pela pele, por meio de evaporação (W/m²);

𝐶𝑟𝑒𝑠: Perda de calor sensível pela respiração, por convecção (W/m²);

𝐸𝑟𝑒𝑠: Perda de calor latente pela respiração, por evaporação (W/m²);

S: Taxa de calor armazenado pela pele (W/m²).

Como dito anteriormente, o atendimento à equação de balanço térmico do corpo humano é a condição básica para atingir o conforto térmico. Para Fanger (1970), o atendimento de duas outras condições também são necessárias. Segundo seus estudos o indivíduo não deve estar suando muito acima do compatível com sua atividade e a temperatura de sua pele também não deve estar muito acima ou abaixo

que o determinado no estudo. Em decorrência disso, os seguintes limites devem ser obedecidos (FANGER, 1970)

Onde:

𝑡𝑠 : Temperatura da pele (°C)

𝐸𝑠𝑤: Taxa de evaporação do suor (W/m²)

a, b, c, d: parâmetros empíricos extraídos em função da atividade da pessoa

Dessa forma, a equação de conforto térmico definida por Fanger (1970), ou equação do PMV, a partir da equação de balanço térmico pode ser representada pela Equação 2:

PMV = (0,303. 𝑒−0,036𝑀_{+ 0,028). 𝐿 (2)}

Onde:

PMV = voto médio estimado, ou voto de sensação de conforto térmico

M = Atividade desempenhada pelo indivíduo

L = Carga Térmica atuante sobre o corpo, definida pela Equação 2.1: 𝐿 = 𝑀. (5,87 − 𝑝𝑎 ) − 0,0014. 𝑀 − 3,05 (5,73 − 0,007 . 𝑀 − 𝑝𝑎 ) − 0,42. (𝑀 − 58,15) − 0,0173. 𝑀. (5,87 − 𝑝𝑎 ) − 0,0014. 𝑀. (34 − 𝑡𝑎 ) − 3,96. 10−8. 𝑓𝑐𝑙 [(𝑡𝑐𝑙 − 273)4− (𝑡𝑟− 273)4] − 𝑓𝑐𝑙 . ℎ𝑐 . (𝑡𝑐𝑙 − 𝑡𝑎 ) (2.1)

A partir dessa equação, definida por Fanger como a equação de conforto térmico, e dos resultados obtidos em câmaras climatizadas com votos dos indivíduos a partir da escala de sete pontos, o modelo estático propõe a equação do PMV, que representa a sensação real sentida pelo indivíduo. A escala de sensação térmica utilizada por Fanger tem como base a escala psicofísica de sete pontos da ASHRAE e foi adaptada na Tabela 1.

𝑎 < 𝑡𝑠< 𝑏 𝑐 < 𝐸_𝑠𝑤< 𝑑

Tabela 1 - Escala de Sensação Térmica. Adaptado de: FANGER, 1970.

Sensação Térmica PMV

Com muito calor 3

Com calor 2

Levemente com calor 1

Neutro 0

Levemente com frio -1

Com frio -2

Com muito frio -3

A sensação térmica expressa por meio de entrevista é dada por um valor numérico que traduz a sensibilidade humana ao frio e ao calor. A escala vai de -3 (representando o frio) a +3 (representando o calor). O valor zero representa o estado de neutralidade térmica. A neutralidade térmica foi definida por Fanger como a condição na qual uma pessoa não prefira nem mais calor nem mais frio no ambiente a seu redor (FANGER, 1970). Ou seja, a neutralidade térmica é um estado físico no qual todo o calor gerado pelo organismo a partir do metabolismo seja trocado em igual proporção com o ambiente ao seu redor.

Essa abordagem baseada nas varáveis físicas e fisiológicas, conhecida também como Estática, ou ainda Racional, é complementada pela determinação do índice PPD (Predicted Percentage of Dissatisfied), que estabelece a quantidade de pessoas insatisfeitas termicamente com o ambiente e é determinado em função do PMV. Segundo Fanger é mais significativo expressar o ambiente térmico com a percentagem de pessoas insatisfeitas do que apenas com voto médio predito (FANGER, 1970). A relação entre PMV e PPD pode ser observada na curva usada como base para estimar a condição térmica do ambiente pelo modelo estático. No gráfico da Figura 2, observa-se que o ponto correspondente à condição ótima de conforto (neutra) pelo PMV corresponde a 5% de insatisfeitos pelo PPD.

Figura 2 - PPD (Percentagem prevista de insatisfeitos) em função do PMV (Voto médio predito)

Referência: ASHRAE Std. 55 (2013, p.23)

Em 1973, Nicol e Humphreys formularam a teoria que diz que a sensação térmica é parte de um sistema de retroalimentação através do qual o corpo humano é mantido em equilíbrio térmico, e a temperatura interna do corpo é controlada dentro de limites específicos. A partir dessa teoria emerge a abordagem adaptativa de conforto térmico, que tem como princípio que se mudanças no ambiente térmico ocorrem a ponto de causar desconforto, as pessoas irão reagir, com base em sua preferência térmica, em busca de restaurar seu estado de conforto (NICOL, HUMPHREYS, 2002). De uma forma geral, a temperatura de conforto, segundo essa abordagem, é resultante das interações entre o sujeito e o ambiente ocupado. "A interação entre o ocupante e a edificação é crucial para a abordagem adaptativa de conforto térmico, uma vez que para a maioria das edificações naturalmente ventiladas há necessidade de que seus ocupantes tenham uma posição ativa em relação ao controle do seu ambiente" (SANTAMOURIS, 2007, p.3).

Para a análise de conforto térmico sob a óptica do modelo adaptativo entende-se que edificações passivas, ou naturalmente ventiladas (free-running buildings) são aquelas que, no momento da pesquisa, não estão sendo aquecidas nem resfriadas artificialmente (NICOL, 2004). Nesses casos, a condição do microclima interno tende a refletir as condições do clima externo. A relação entre a temperatura externa e a temperatura interna de conforto será abordada na seção dedicada ao modelo adaptativo de análise de conforto térmico.

Em 1976, Michel Humphreys realizou análises estatísticas sobre clima e conforto interno baseadas em cerca de 30 estudos de campo em diferentes climas, realizados de 1930 a 1975, quando foram levantadas em torno de 200.000 observações a respeito (HUMPHREYS, 1976; HUMPHREYS et. al, 2013). Os resultados foram comparados com os estudos até então publicados do modelo de conforto térmico baseado no balanço térmico do corpo humano e a conclusão foi que os resultados obtidos em câmaras climatizadas não refletiam as condições de um ambiente naturalmente climatizado. A população podia aceitar um intervalo maior de conforto que o mostrado pelo PMV, pois havia possibilidade de adaptação ao ambiente em que está inserida. A abordagem adaptativa pretende considerar fatores além dos físicos e psicológicos na percepção térmica, buscando trazer o conceito de aclimatação.

2.3 MODELO ADAPTATIVO DE ANÁLISE DE CONFORTO TÉRMICO