Modelos racionais

Os modelos e índices racionais são baseados na equação do equilíbrio térmico do corpo humano, que envolve três conceitos básicos: (1) a geração de calor no corpo, (2) a transferência de calor entre o corpo e o ambiente e (3) o armazenamento de calor, assim representados na seguinte equação:

M – W = E + R + C + K + S (1)

Onde:

M = taxa metabólica (W/m²), W = trabalho mecânico (W/m²), E = evaporação (W/m²),

41

R = radiação (W/m²), C = convecção (W/m²), K = condução (W/m²),

S = armazenamento de calor (W/m²).

A energia necessária para a realização do trabalho mecânico (W) é produzida pelo metabolismo (M), e seu excedente é liberado em forma de calor (M – W). As transferências de calor entre o corpo e o ambiente podem acontecer por condução (k), convecção (C), radiação (R) e evaporação (E). A taxa de armazenamento de calor (S) é o resultado da diferença entre os ganhos e as perdas de calor. Para que o corpo esteja em equilíbrio térmico a taxa de armazenamento de calor deve ser igual a zero. Se for maior que zero (S>0) haverá acúmulo de calor e, consequentemente, aumento da temperatura corporal, se for menor que zero (S<0) haverá perda de calor e redução da temperatura (PARSONS,2014).

Considerando a taxa de armazenamento de calor igual a zero (S = 0), a equação (1) será representada da seguinte forma:

M – W – E – R – C – K = 0 (2)

O processo de condução K ocorre através das vestes ou quando a pessoa entra em contato com superfícies com temperatura diferente. Nas equações de equilíbrio térmico ele está implícito nas parcelas referentes à convecção C, radiação R e evaporação E, através do fator de área das vestes fcl, definido como a relação entre a área do corpo vestido e do corpo nu.

A seguir serão apresentados alguns índices utilizados para ambientes internos que foram desenvolvidos a partir da equação do equilíbrio térmico do corpo humano.

1.3.1.1. Índice de Temperatura Efetiva: Effective Temperature (ET)

O índice de Temperatura Efetiva (ET) foi desenvolvido em 1923 por Houghton e Yaglou e considerava em sua versão original as variáveis ambientais de temperatura de bulbo seco e umidade relativa do ar, sendo, posteriormente, incorporado os efeitos da velocidade do ar e da vestimenta (ARAÚJO,1996; KATIC ET AL.,2016).

1.3.1.2. Índice de Temperatura Efetiva Corrigida: Corrected Effective Temperature (CET)

Após 9 anos, em 1932, foi publicada a revisão do índice de temperatura efetiva, por Vernos e Warner, quando passou a ser denominado de Temperatura Efetiva Corrigida (CET). No índice CET, a temperatura de bulbo seco foi substituída pela temperatura de globo para considerar os efeitos da radiação sobre o conforto térmico (ARAÚJO,1996;MONTEIRO,2008;KATIC ET AL.,2016).

42

Apesar de ter sido criticado, o índice CET foi adotado como padrão pela ASHRAE por quase 50 anos, quando apenas em 1971 foi substituído pela Nova Temperatura Efetiva (ET) e em seguida pela Temperatura Efetiva padrão (SET). As críticas ao índice CET questionaram os efeitos da umidade relativa do ar, superestimada para baixas temperaturas e subestimada para altas temperaturas (ARAÚJO,1996).

1.3.1.3. Índice de temperatura de globo e de bulbo úmido: Wet Bulb Globe Temperature (WBGT)

Desenvolvido por Yaglou e Minard (1957), o índice considera a Temperatura de bulbo seco, a temperatura de bulbo úmido (em ambiente naturalmente ventilado) e a temperatura de globo. Para ambientes internos e externos, sem radiação solar direta, é representado pela seguinte equação (MONTEIRO,2008):

WBGT = 0,7 . tnwb + 0,3 . tg (3)

Onde:

WBGT = índice de temperatura de globo e de bulbo úmido (℃); tg = temperatura de globo (℃);

tnwb = temperatura de bulbo úmido em ambiente naturalmente ventilado (℃).

A ISO 7243 (2017) avalia o estresse térmico usando o índice WBGT em ambientes internos e externos, com adultos de ambos os sexos em situação de trabalho. De acordo com Monteiro (2008), a adoção do índice WBGT pela norma ISO resulta da facilidade de realização das medições das variáveis ambientais requeridas.

1.3.1.4. Índice de estimativa do esforço térmico: Predicted Heat Strain (PHS)

O PHS, desenvolvido e validado por Malchaire et al. (2000) a partir da equação do equilíbrio térmico, investiga o esforço do corpo humano para manter-se em equilíbrio térmico em condições de calor. Como dados de entrada, considera as variáveis ambientais (temperatura e velocidade do ar, pressão de vapor de água e temperatura radiante média), a taxa metabólica e o isolamento térmico da roupa, tendo como resultados finais a temperatura central do corpo (Tre) e as perdas de água por suor.

A norma ISO 7933 (2004) adota o PHS para determinar e interpretar o estresse térmico por calor, sugerindo como perda máxima de água 7,5% da massa corpórea de uma pessoa média (Dmax50) e 5% para 95% da população de trabalhadores (Dmax95). Se o trabalhador não tiver acesso livre à reposição de líquidos, este valor pode ser limitado a 3% da massa corpórea. Em caso de exposição prolongada ao calor, o máximo admissível pela norma para a temperatura central (tre) é de 38℃.

43

1.3.1.5. Índice de estimativa do voto médio: Predicted Mean Vote (PMV)

O índice PMV foi desenvolvido por Fanger entre as décadas de 60 e 70 do século XX, a partir de experimentos desenvolvidos com pessoas norte americanas pertencentes a vários grupos etários, sob condições ambientais estáveis (steady state). Para Fanger (1970), os valores médios da temperatura da pele e da secreção de suor podem ser usados como condição básica para o conforto térmico. Esses dois valores, quando combinados com o equilíbrio térmico do corpo humano, formam a base para a dedução da equação de conforto, que contêm as seguintes variáveis: taxa de metabolismo (met), isolamento térmico da vestimenta (clo), temperatura do ar (tar), temperatura radiante média (trm), velocidade do ar (var) e pressão de vapor de água (pa).

A equação de conforto indica como essas variáveis podem ser combinadas, em diferentes arranjos, para obter um conforto térmico ótimo. Considerando as respostas individuais dos participantes, o índice PMV associado ao PPD (predicted Percentage of dissatisfied) usa uma escala psicofisiológica para representar as respostas de pessoas expostas a um determinado ambiente e seu percentual de insatisfação com as condições térmicas.

Por se tratar de resultados baseados em pesquisa realizada em câmara climatizada, com as variáveis ambientais controladas artificialmente, o índice PMV não é o mais indicado para avaliação do conforto térmico em condições ambientais naturais, considerando a não uniformidade térmica dos ambientes (ARAÚJO,1996). Para tanto, os modelos adaptativos são mais apropriados.

Os modelos termofisiológicos representam abordagens racionais contemporâneas, que além do equilíbrio térmico consideram também aspectos fisiológicos do corpo humano.