Modelo de conforto térmico adaptativo

Os índices PMV e PPD desenvolvidos por Fanger (1970) têm sido utilizados em todo o mundo para prever e avaliar o conforto térmico em edifícios. O método, como é apresentado no ponto anterior, leva em conta o impacto combinado do nível de atividade (M), o nível de vestuário (Icl), a temperatura do ar (Ta), a velocidade do ar (U), a humidade relativa do ar

(HR) e a temperatura média radiante (TMR) no nível de conforto térmico (PMV):





PMV f _{cl a} (11)

Pesquisas experimentais sobre conforto térmico colocaram o modelo PMV em causa, porque este não considera as adaptações do corpo humano às condições ambientais. Estas adaptações desempenham um papel fundamental na determinação da sensação térmica e na perceção de conforto registadas por cada indivíduo (Corgnati et al., 2009, Becker e Paciuk, 2009, Bouden e Ghrab, 2005).

Os estudos experimentais desenvolvidos por Yao et al. (2009), Yao et al. (2010), Wei et al. (2010), Conceição et al. (2010), Conceição et al. (2012) e Singh et al. (2011) mostraram que existe uma discrepância entre os valores médios reais (AMV, “Actual Mean Vote”), dados pelos votos de sensação térmica registrados na escala ASHRAE de 7 pontos (-3, muito frio; - 2, frio; -1, ligeiramente frio; 0, neutro; +1, ligeiramente quente; +2, quente; +3, muito quente) durante o questionário de sensação de conforto térmico, e os valores do índice PMV calculados. Um fator de correção, denominado coeficiente de adaptação, é derivado matematicamente para relacionar os valores obtidos experimentalmente (dados pelo índice AMV) e os valores obtidos laboratorialmente por Fanger (dados pelo índice PMV). Este factor de correção é adicionado ao índice PMV e é calculado para cada valor da temperatura de ar exterior.

Todas as acções adaptativas são baseadas em mecanismos de feedback e a adaptação no presente é o resultado de expectativas e preferências tidas em experiências passadas. Este é o ponto de partida para uma posterior resposta adaptativa (Brager e de Dear, 1998). É também evidente que os ocupantes dos edifícios estão sempre preparados para as mudanças que ocorrem no ambiente térmico. Por esta razão, as acções adaptativas são um feedback para uma ligação entre o clima interior e o clima exterior e entre o clima interior e os estímulos térmicos.

De acordo com a equação de balanço térmico, o índice PMV pode ser calculado por    G PMV (12) Onde

G – Função de transferência entre a fisiologia humana (sistema termorregulatório) e a sensação térmica.

 – Estímulo físico.

Ao comparar as equações (6) e (12) verifica-se que:  G = (0,303e , + 0,028)

 δ = (M − W) − 3,05 ∙ 10 ∙ (5733 − 6,99(M − W) − p ) − 0,42 (M − W) − 58,15 − 1,7 ∙ 10 M ∙ (5867 − p ) − 0,0014M × (34 − T ) − 3,96 ∙ 10 f ((T + 273) − (TMR + 273) ) − f h × (T − T )

Na resposta a um estímulo físico, o modelo de balanço térmico desenvolvido por Fanger (1970) encara o indivíduo com um recipiente passivo desse estímulo. Este modelo assume que os efeitos de um determinado ambiente térmico num indivíduo são mediados exclusivamente pela física da troca de calor e de massa entre o corpo e o ambiente. Na realidade a resposta da sensação térmica de um indivíduo a determinado ambiente constitui um sistema desconhecido porque, dentro deste sistema, as reações fisiológicas, psicológicas e comportamentais do indivíduo são extremamente complexas (Yao et al., 2009). Consequentemente, o indivíduo poderá alcançar a sensação de conforto térmico através de adaptações fisiológicas, psicológicas e comportamentais.

As adaptações fisiológicas podem ser alcançadas através da adaptação genética ou da aclimatação. A perspiração, a vasodilatação ou a vasoconstrição são formas comuns de adaptações fisiológicas.

As adaptações psicológicas não são fáceis de contabilizar. Normalmente, considera-se que representa a alteração da perceção ou a reação a um estímulo sensorial devido a experiências e expetativas térmicas passadas.

As adaptações comportamentais resultam numa resposta, consciente ou inconsciente, a determinado estímulo térmico através de reações pessoais, como sejam despir ou vestir uma determinada peça de roupa, ligar ou desligar uma ventoinha, beber uma bebida quente ou fria, que irão naturalmente alterar o balanço térmico do corpo humano.

De acordo com a teoria da “caixa negra”, a adaptação fisiológica está contida dentro de uma caixa negra, mas o estímulo psicológico e comportamental darão um feedback adaptativo (negativo) de modo a corrigir a sensação de desconforto térmico. Assim, o índice aPMV (PMV adaptativo) pode ser obtido usando a seguinte equação:

G K aPMV G

aPMV   _ (13)

Onde K é um coeficiente que representa o impacto (dado pela adaptação) fisiológico, _ psicológico e comportamental.

Substituindo a equação (12) na equação (13), obtém-se

         PMV 1 K PMV aPMV (14)

Admitindo que K_ , o índice aPMV é dado por:

PMV 1 PMV aPMV     (15)

Em que  é o “coeficiente adaptativo”. Este coeficiente mede a proporção entre a resposta adaptativa do indivíduo e o estímulo aplicado.

De acordo com esta análise, o índice aPMV é proposto como modelo de correcção do índice PMV de Fanger (Yao et al., 2009, Yao et al., 2010, Wei et al., 2010, e Singh et al., 2011). Quando o coeficiente adaptativo é positivo, isto significa que a temperatura do ar interior é maior que a temperatura de conforto. Esta situação é geralmente comum no verão para edifícios naturalmente ventilados. De acordo com a equação (15), para situações em que

0 

 , o valor do índice aPMV é menor que o valor do índice PMV, o que significa que o índice aPMV prevê uma sensação térmica mais amena do que o índice PMV prevê para a mesma condição térmica. Para 0, o valor da temperatura do ar interior é menor que a temperatura de conforto. Esta situação ocorre habitualmente no inverno em edifícios naturalmente ventilados. A partir da equação (15), observa-se que o índice aPMV prevê um voto de sensação térmica mais quente que o índice PMV para a mesma sensação térmica. Para

0 

 , o valor da temperatura do ar interior é igual ao valor da temperatura de conforto, ou seja aPMV = PMV, condição teoricamente possível, mas difícil de ocorrer.

A fim de determinar o valor do coeficiente adaptativo foi realizado um estudo experimental utilizando um levantamento de questionários subjetivos em simultâneo com a monitorização dos parâmetros ambientais. Os autores calcularam os valores de  em condições ambientais de calor e em condições ambientais de frio. Neste estudo, realizado na região de Chongking, China, os valores da temperatura exterior variaram entre os 4,8ºC e os 39,2ºC (Yao et al., 2009).