TÓPICO 3 – PROTEÇÃO TÉRMICA: MATERIAIS E TÉCNICAS TÓPICO 4 – GEOMETRIA DA INSOLAÇÃO/CARTA SOLAR TÓPICO 5 – VENTILAÇÃO/CONVECÇÃO
TÓPICO 6 – APLICAÇÃO DE MATERIAIS EM PROJETOS
Preparado para ampliar seus conhecimentos? Respire e vamos em frente! Procure um ambiente que facilite a concentração, assim absorverá melhor as informações.
CHAMADA
UNIDADE 2
1 INTRODUÇÃO
Atualmente, o conforto térmico é uma das maiores preocupações, em função das elevações das temperaturas médias em nosso planeta. Como as temperaturas médias estão mais quentes, estar em um lugar que seja agradável termicamente é uma preocupação cada vez maior para todas as pessoas, e saber tornar os lugares mais agradáveis também é uma obrigação profissional cada vez mais cobrada pelos nossos clientes.
2 ABORDAGEM
O conforto térmico também apresenta alguns aspectos muito práticos e que são importantes, principalmente, em projetos comerciais ou corporativos.
Além da economia de energia, atualmente, existe um aumento considerável da produtividade das pessoas, visto que a energia gasta para a estabilização da temperatura pessoal é muito menor.
De acordo com Frota e Schiffer (2001, p. 15), “quando as trocas de calor entre o corpo humano e o ambiente ocorrem sem maior esforço, a sensação do indivíduo é de conforto térmico e sua capacidade de trabalho é máxima”.
De forma semelhante ao que estudamos na Unidade 1 sobre conforto acústico, existem algumas normas que definem, direcionam e parametrizam as noções de conforto térmico, e que devem ser seguidas.
TÓPICO 1 — NOÇÕES DE CONFORTO TÉRMICO
O artigo a seguir mostra a relação entre a melhora do desempenho de alunos em uma sala de aula, de acordo com a melhoria percebida nos índices de conforto térmico:
http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S0103-65132009000300006&script=sci_arttext.
DICAS
UNIDADE 2 — CONFORTO TÉRMICO
A NBR 15220 apresenta algumas definições muito importantes, como a definição de conforto térmico, que é a “satisfação psicofisiológica de um indivíduo com as condições térmicas do ambiente” (ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, 2003, p. 5).
Além disso, essa norma define os cálculos que devem ser feitos para que se descubra a transmitância e a resistência térmica, ou seja, a capacidade de um material ou da combinação de vários materiais de transmitir ou de resistir ao calor. Esse cálculo é importante para que se descubra a temperatura esperada em um ambiente a partir dos materiais construtivos e de acabamentos. A seguir, será possível ver a absorção e a emissão de radiação solar para alguns materiais.
QUADRO 1 – ABSORTÂNCIA (A) E EMISSIVIDADE (E) PARA RADIAÇÕES
FONTE: Associação Brasileira de Normas Técnicas (2003, p. 9)
Além dos valores constantes, ainda, devem ser consideradas as combinações de materiais que foram utilizados na construção, além, é claro, das espessuras e dos métodos construtivos adotados.
De qualquer forma, já podemos confirmar uma sensação que temos, e que é comprovada pelos dados que estão na lista. Na parte da pintura, podemos confirmar que as cores mais claras absorvem menos energia térmica do que as cores escuras, o que significa que edificações com pinturas claras (ou outros acabamentos com cores mais claras) têm temperaturas mais baixas do que edificações com cores mais escuras.
TÓPICO 1 — NOÇÕES DE CONFORTO TÉRMICO
A NBR 15220 também versa sobre um outro aspecto importante do conforto térmico, que é o zoneamento bioclimático brasileiro, ou seja, o país foi dividido em oito zonas bioclimáticas, que possuem climas relativamente homogêneos. Além da divisão, são feitas recomendações para os projetos e para as construções nas regiões, visando otimizar o desempenho térmico das edificações, o que significa que, se um projeto de arquitetura tiver um bom desempenho térmico, o trabalho do designer será facilitado. O exposto a seguir mostrará o mapa brasileiro, com a divisão das várias zonas bioclimáticas. É possível visualizar a proporção do território nacional, que está em cada uma dessas oito zonas climáticas que foram definidas. Essa divisão ajuda a entender o clima em cada uma dessas regiões e faz indicações de soluções projetuais e construtivas, ajudando a melhorar o conforto térmico das edificações. É claro que muitas dessas indicações são pensadas para o momento da construção do projeto, que também pode contar com o auxílio do designer de interiores.
FIGURA 1 – ZONEAMENTO BIOCLIMÁTICO BRASILEIRO
Entenderemos o conceito de reflexão quando estudarmos as trocas térmicas secas por irradiação.
ESTUDOS FUTUROS
UNIDADE 2 — CONFORTO TÉRMICO
Algumas das partes interessantes desse zoneamento bioclimático são as estratégias de condicionamento térmico, que são sugeridas pela NBR e que podemos utilizar como um indicador de soluções para nossos projetos.
QUADRO 2 – ESTRATÉGIAS DE CONDICIONAMENTO TÉRMICO
FONTE: Associação Brasileira de Normas Técnica (2003, p. 9)
Cada uma das zonas bioclimáticas tem as suas características e indicações de projeto e de técnicas de mitigação de problemas, servindo como indicativos para nossos estudos e nossos projetos.
A NBR 15220 também indica as tabelas de condutividade térmica dos materiais e a fórmula empregada nos cálculos, estes que devem ser usados para a montagem das tabelas. Essa Norma também serve de base para a Norma de Desempenho 15575, que já estudamos no capítulo.
Quando o calor é trocado com o ambiente, na mesma proporção em que é produzido, não havendo o acúmulo do calor gerado, nem a perda excessiva do calor, mantendo uma temperatura constante, estamos em um estado de neutralidade térmica. Note que estar em estado de neutralidade térmica não
TÓPICO 1 — NOÇÕES DE CONFORTO TÉRMICO
significa, necessariamente, estar em conforto térmico. A noção de conforto térmico varia de pessoa para pessoa, pois, muitas vezes, a noção envolve parâmetros pessoais, como calor ou frio, seco ou úmido, além de outras condições que variam muito.
Vamos, agora, analisar os mecanismos utilizados pelo nosso corpo nas tentativas de regulação e manutenção da temperatura. O corpo humano, que tem uma temperatura constante de, aproximadamente, 37°C, possui instrumentos de termorregulação para controlar e manter uma temperatura constante, sempre que a temperatura externa está muito acima ou abaixo do que é confortável para o indivíduo (FROTA; SCHIFFER, 2001).
O corpo humano possui termorreceptores que conseguem perceber, de forma muito precisa, as variações da temperatura. Existem receptores como esses distribuídos por toda a pele, mas concentrados, principalmente, nas regiões da face, das mãos e dos pés. As variações de temperatura são enviadas ao cérebro, que ativa algumas formas de controle de temperatura involuntárias ou automáticas e as formas de controle de temperatura conscientes ou culturais.
Quando a temperatura atinge faixas muito frias para a pessoa, o corpo, automaticamente, precisa tentar minimizar as perdas térmicas que vão acontecer para o ambiente e, até mesmo, aumentar a produção interna de calor, para compensar essas perdas. Uma das primeiras reações do corpo é chamada de vasoconstrição, que é a contração dos vasos sanguíneos, retendo o calor dentro do corpo, uma reação involuntária. A vasoconstrição acontece, principalmente, nas extremidades (mãos e pés). Você já notou que, quando o clima está muito gelado, seus pés e suas mãos são as primeiras partes do corpo a ficarem mais frias? Isso é resultado da vasoconstrição, o que significa que seu corpo está tentando se proteger do frio.
Outra forma de proteção involuntária é o arrepio. O cérebro envia uma mensagem para os pelos do nosso corpo, para que eles fiquem eriçados, formando uma espécie de “colchão” de ar quente ao redor da pele, minimizando a perda de calor.
Existe, ainda, o aumento do metabolismo ou da atividade metabólica.
Como o corpo precisa de mais energia para conseguir regular a sua temperatura em relação à temperatura exterior, acontece um aumento na produção de calor através do aumento da atividade metabólica. É, por isso que, no inverno, comemos mais, pois o corpo acaba queimando mais calorias.
Ainda, com as baixas temperaturas, nosso corpo tende a ter tremores. Isso acontece porque o cérebro está fazendo com que o corpo se movimente, a fim de gerar calor. Muitas vezes, também esfregamos as mãos uma na outra ou no corpo, gerando atrito e mantendo a temperatura corporal. A seguir, será possível ver que, mesmo com agasalhos, o corpo tende a tremer e a se encolher, diminuindo a área que está exposta ao frio.
UNIDADE 2 — CONFORTO TÉRMICO
FIGURA 2 – TREMORES
FONTE: <https://brasilescola.uol.com.br/curiosidades/as-reacoes-corporais-durante-frio.htm>.
Acesso em: 14 dez. 2019.
É importante que você note que essas reações automáticas do nosso corpo não têm a missão de aumentar a temperatura, pois nossa temperatura é constante. A função dessas reações é compensar o calor que está sendo perdido para o ambiente, ou seja, equilibrar as perdas, gerando mais calor.
Existem, também, as reações culturais ou conscientes, para compensar as perdas de calor. Uma das mais antigas é o uso de roupas ou agasalhos.
Provavelmente, uma das primeiras funções das roupas usadas pelos homens foi a proteção contra as baixas temperaturas. É claro que, com o avanço da tecnologia dos tecidos, a proteção contra as baixas temperaturas, que é provida pela vestimenta, está cada vez mais eficiente.
Outra reação consciente para a proteção contra o frio é o uso da arquitetura, além da adaptação da arquitetura para cada tipo de clima, aproveitando a qualidade de cada um dos materiais disponíveis para a melhoria da proteção, esta que é fornecida pelos nossos abrigos. Podemos classificar, como reações culturais de proteção contra o frio, aparatos e aparelhos que foram desenvolvidos durante anos, pelos homens, e que têm a função de diminuir o nosso desconforto com o clima frio, como as lareiras (que, provavelmente, são uma modificação das nossas fogueiras ancestrais), os aquecedores portáteis e centrais e os pisos aquecidos.
O corpo também apresenta reações involuntárias ao calor. Uma delas é a vasodilatação periférica. Como vimos, no frio, os vasos se contraem; no calor, esses mesmos vasos se dilatam. Com essa vasodilatação, acontece uma diminuição da pressão sanguínea, e o corpo começa a perder calor para o ambiente.
TÓPICO 1 — NOÇÕES DE CONFORTO TÉRMICO
Outra reação involuntária é a sudorese. Com a elevação da temperatura externa, o corpo começa a transpirar, visando à diminuição da temperatura corporal, pela evaporação do suor. Essa forma de diminuição da temperatura funciona de forma muito efetiva, quando a umidade relativa do ar está baixa, ou seja, quando existe pouco vapor de água na atmosfera. Quando a umidade relativa do ar está muito alta, o suor tende a não evaporar, causando um certo desconforto.
O metabolismo ou a atividade metabólica também tende a diminuir com as temperaturas mais altas. Essa diminuição de atividade metabólica facilita a regulação da temperatura interna com a temperatura ambiente.
Também temos uma tendência inconsciente de ingerir mais líquidos quando as temperaturas estão mais altas, compensando a temperatura externa mais alta e a perda de líquido pelo suor.
Outra forma inconsciente de diminuir a temperatura corporal é a procura por sombras. Em dias de muito sol, acontece uma verdadeira disputa pelas sombras nas grandes cidades. A seguir, será possível ver uma parada de ônibus, que não possui nenhum tipo de abrigo, na cidade de Fortaleza. Pode parecer estranho o posicionamento das pessoas esperando o transporte coletivo, mas o que está ocorrendo, na verdade, é uma forma de proteção contra a alta temperatura da única forma que é possível naquela situação.
FIGURA 3 – PROTEÇÃO DA SOMBRA
FONTE: <https://www.opovo.com.br/noticias/fortaleza/2018/03/menos-de-um-terco-das-para-das-de-onibus-de-fortaleza-tem-abrigo.html>. Acesso em: 15 dez. 2019.
UNIDADE 2 — CONFORTO TÉRMICO
Já uma das reações conscientes, ou voluntárias ao calor, é a ventilação.
É muito comum que as pessoas, principalmente as mulheres, utilizem leques para se refrescar. O uso dos leques, além de aumentar a ventilação, melhora, consideravelmente, a evaporação do suor, regulando a temperatura.
Vamos, agora, estudar as principais variáveis que estão envolvidas no conforto térmico. Essas variáveis podem ser divididas em humanas e ambientais.
3 VARIÁVEIS HUMANAS
Uma das variáveis humanas envolvidas no conforto térmico é a vestimenta.
A vestimenta cria uma barreira térmica entre nosso corpo e o meio externo, o que representa uma barreira para as trocas térmicas e para a evaporação do suor.
Quanto mais espessas, menos permeáveis e mais isolantes forem as roupas que o indivíduo estiver usando, mais dificuldades o organismo vai ter de fazer as trocas térmicas com o ambiente.
Existe, inclusive, uma unidade de medição da resistência térmica da roupa, a “clo”. 1 clo equivale a 0.155m²°C/W (FROTA; SCHIFFER, 2001). Uma pessoa despida tem o equivalente a 0,00 clo, enquanto uma pessoa usando um terno tem o equivalente a 1,00 clo. Essa unidade está relacionada ao poder de isolamento que as roupas possuem, ou seja, quanto mais isolante for a vestimenta, maior o
“clo”.
Outro parâmetro individual é o metabolismo. O metabolismo é o processo pelo qual os seres vivos transformam, nos tecidos, as substâncias que precisam para a sua sobrevivência. Podemos considerar o metabolismo como a forma do organismo adquirir a energia que precisa para sobreviver a partir de combustíveis orgânicos, ou seja, dos alimentos.
A produção de calor metabólico é uma forma de manutenção e regulação da temperatura corporal e, portanto, pode ser ajustada conforme a necessidade do organismo. O tremor, por exemplo, quando a temperatura exterior está muito baixa, é uma forma de aumentar a função metabólica e, consequentemente, aumentar a temperatura interna, compensando a perda de calor para o ambiente.
A unidade usada para a contagem da atividade metabólica é o “met”. 1 met equivale a 58W/m².
4 VARIÁVEIS AMBIENTAIS
Uma das variáveis ambientais é a temperatura do ar. Nossa sensação de conforto térmico é baseada na diferença entre a temperatura do nosso corpo e a temperatura do ar.
TÓPICO 1 — NOÇÕES DE CONFORTO TÉRMICO
O ar, em contato com a nossa pele, faz com que a evaporação do suor aconteça de forma mais eficiente. Quando estamos mais quentes que o ar, acontece a convecção, ou seja, este ar, em contato com nosso corpo, torna-se mais quente, e tende a subir, dando início a uma circulação, em pequena escala, que provoca uma maior sensação de resfriamento.
Outra variável que influi na nossa sensação de conforto é a velocidade do vento. Quanto maior a velocidade do vento, maior a sensação de frescor ou, até mesmo, de frio sentida pelo indivíduo, pois a velocidade ajuda na evaporação do suor. A influência da velocidade do ar é tão grande, na sensação térmica, que foi criado o termo “wind chill factor”, ou fator de resfriamento pelo vento, para expressar a perda de calor provocada pelo vento, que faz com que, muitas vezes, essa sensação térmica corresponda a uma temperatura inferior àquela real.
A temperatura média radiante também é uma variável ambiental. Isso significa a temperatura média em que está a superfície dos materiais que envolvem um espaço. As temperaturas médias desses materiais influenciam, diretamente, na temperatura do ambiente. A seguir, poderemos ver o calor saindo de uma pessoa e se dissipando para o ambiente, cujas superfícies estão a uma temperatura menor. Caso as temperaturas das superfícies do ambiente estejam mais altas do que a temperatura do corpo, a dissipação do calor corporal para o ambiente ficará mais difícil.
FIGURA 4 – TEMPERATURA MÉDIA RADIANTE
FONTE: <https://sites.google.com/site/buildingnaturalventilation/introduccion/introduccion/
conceptos_teoricos?tmpl=%2Fsystem%2Fapp%2Ftemplates%2Fprint%2F&showPrintDialog=1>.
Acesso em: 28 dez. 2019.
UNIDADE 2 — CONFORTO TÉRMICO
Outra variável a ser considerada nos nossos estudos, a respeito do conforto térmico, é a umidade relativa do ar. Esse índice mostra a quantidade de vapor d’água suspensa na atmosfera. Conforme a temperatura vai aumentando, uma das ferramentas utilizadas pelo corpo para o resfriamento e a manutenção da temperatura corporal é a excreção do suor, diminuindo a sensação de calor através da evaporação. Com o aumento da quantidade de vapor d’água na atmosfera, ou seja, com o aumento da umidade relativa do ar, diminui a evaporação do suor, dificultando essa ação e aumentando a sensação de desconforto.
Como você pode ver, alcançar a sensação de conforto térmico é uma tarefa que depende de uma série de variáveis, mas que, ainda assim, é importante e uma grande aspiração dos nossos clientes.
Neste tópico, você aprendeu que:
• Existem alguns conceitos básicos a respeito do conforto térmico.
• Temos normas brasileiras que balizam os estudos a respeito do conforto térmico.
• Temos reações corporais a temperaturas extremas, buscando o equilíbrio térmico.
• Existem algumas variáveis humanas e ambientais envolvidas na sensação de conforto térmico.
RESUMO DO TÓPICO 1
1 O corpo humano tem uma série de formas de equilibrar a sua temperatura própria. Muitas dessas formas independem da ação do indivíduo. Nessa ação, o cérebro envia uma mensagem para os pelos do nosso corpo, para que eles fiquem eriçados, formando uma espécie de “colchão” de ar quente ao redor da pele, minimizando a perda de calor. Qual das alternativas abaixo indica a ação descrita?
a) Bocejo.
b) Suor.
c) Tremor.
d) Arrepio.
e) Ventilação.
2 Uma das variáveis culturais que interfere no conforto térmico é a vestimenta.
Existe, até mesmo, uma unidade de medida para essa variável. Qual é essa medida?
a) M².
b) W.
c) Sabine.
d) CLO.
e) ROU.
AUTOATIVIDADE
UNIDADE 2
1 INTRODUÇÃO
As trocas térmicas, que são a maneira de regulação da temperatura entre dois corpos, acontecem através de duas formas básicas, que devemos entender para avançar nos nossos estudos.
A primeira forma de troca térmica acontece quando dois corpos, cada um com uma temperatura diferente, são colocados em um mesmo ambiente. Você já imagina o que vai acontecer, certo?! Isso mesmo! Depois de algum tempo, esses corpos chegam a um “equilíbrio” térmico, ou o “equilíbrio termodinâmico”, isto é, eles têm temperaturas semelhantes.
2 EXPLANAÇÃO
A seguir, observaremos duas bacias de água colocadas próximas em um mesmo ambiente: uma delas está cheia de água quente, enquanto a outra está cheia de água gelada. O que acontece, como você já imagina, é que as duas bacias trocam calor até que cheguem a um equilíbrio, ou seja, até que a temperatura da água nas duas bacias seja igual.
FIGURA 5 – TROCAS TÉRMICAS ENTRE CORPOS
FONTE: <https://mundoeducacao.bol.uol.com.br/fisica/trocas-calor.htm>. Acesso em: 5 dez. 2019.
TÓPICO 2 —
TROCAS TÉRMICAS
UNIDADE 2 — CONFORTO TÉRMICO
O que acontece, nesses casos, é que os corpos com temperatura maior, ou mais quentes, perdem um pouco desse “calor”, enquanto os corpos com temperatura menor, ou mais frios, ganham um pouco de “calor”. O “calor” sobre o qual estamos falando é chamado de “calor sensível”.
Para ficar mais fácil de entender, imagine a seguinte situação: você acabou de pedir um café em um bar, é claro que ele veio quente, mas vamos supor que você não pode esperar muito tempo, o que você pode fazer? Exato! Você pode pedir um pouco de leite frio e colocá-lo no seu café. Em pouco tempo, o seu café estará a uma temperatura mais adequada para que você consiga apreciá-lo. Vamos supor que o café estivesse a cerca de 60°C e o leite que acabou de sair da geladeira estivesse a cerca de 10°C, qual seria a temperatura da sua bebida quando o equilíbrio térmico fosse atingido? Isso mesmo! Cerca de 35°C!
A fórmula para o cálculo do calor sensível tem uma relação direta com a variação de temperatura dos corpos, além da massa desses corpos e do calor específico de cada elemento.
Q = m . c . Δθ
Q= quantidade de calor sensível (cal ou J) m= massa do corpo (g ou Kg)
c:=calor específico da substância (cal/g°C ou J/Kg.°C) Δθ= variação de temperatura (°C ou K)
No nosso exemplo do seu café com leite, para atingirmos a temperatura média entre as duas substâncias, você deve ter a mesma quantidade de café e de leite na sua xicara.
A segunda forma de troca de calor acontece pela mudança de estado de agregação. Essa mudança acontece quando uma substância em estado puro atinge o seu ponto de fusão ou de ebulição, sem uma mudança de temperatura.
A energia térmica é absorvida por esse corpo durante a sua mudança de estado físico.