Palavras-chave: Conforto térmico, salas de aula. 1. Introdução

Resumo

A educação é um dos fatores que mais influem no desenvolvimento de um país. Uma boa qualidade de ensino não só depende da capacitação dos professores, mas, também, das condições físicas das salas de aulas, ambientes em que os mesmos intera-gem com os alunos. Nesse trabalho, avalia-se o ambiente térmico das salas de aula da Universidade Federal de Ouro Preto, especificamente na Escola de Minas e no Instituto de Ciências Exatas e Biológicas (edifícios com sistemas construtivos diferentes), inves-tigando-se a percepção dos usuários por meio da aplicação de questionários e medição das variáveis ambientais in loco, simultaneamente. Os resultados obtidos são tratados estatisticamente obtendo-se os limites de conforto para a população em estudo, por meio da análise probit, obtendo-se uma percentagem de aproximadamente 70% de satisfeitos com o ambiente térmico.

Palavras-chave: Conforto térmico, salas de aula.

Abstract

Education is one of the factors that most influence the development of a coun-try. Good quality education does not only depend on the training of teachers, but also the physical conditions of the classroomwhere they interact with students. In this study, the thermal environment of the classrooms of the Federal University of Ouro Preto (UFOP) was evaluated, specifically at the “Escola de Minas” and the “Insti-tuto de Ciências Exatas e Biológicas” (both with different building systems). For the evaluation, questionnaires to obtain student perceptions and measurement of the en-vironmental variables in locowere implemented. The results were statistically treated, obtaining the comfort limits for the sample of this study by probit analysis. With this method, the percentage of satisfaction with the thermal environment was 70%.

Keywords: Thermal comfort, classrooms.

Percepção do ambiente

térmico nas salas de aula

pelos alunos da UFOP

UFOP student perceptions of the thermal

environment in classrooms

Henor Artur de Souza Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil – Construção Metálica Escola de Minas – UFOP

henor@ufop.br

Márcia Silva Fontanella Arquiteta e Urbanista, M. Sc. marciafontanella@yahoo.com.br

Engenharia Civil

_{Civil Engineering}

As exigências atuais relativas à con-servação de energia e conforto humano apontam para projetos de edificações que apresentem um desempenho global

adequado e que possuam um sistema de fechamento que apresente um bom de-sempenho termo-acústico em relação às condições climáticas locais. A escolha

de materiais e métodos de construção, o conceito e disposição de formas e espaços, a procura do belo, do funcional e do se-guro marcaram a evolução das constru-ções, refletindo o nível de conhecimento, desenvolvimento e cultura da sociedade.

Uma edificação possui sua arqui-tetura caracterizada pelo seu tipo, fi-nalidade e utilização e essa arquitetura específica deve suprir os requisitos de maneira adequada e economicamente viável. Já que existe relação direta da qualidade e da produtividade com o am-biente de estudo, pode-se afirmar que as

salas de aulas precisam prover os alunos e professores de condições saudáveis, ga-rantindo a maior naturalidade de uma das atividades mais importantes para a sociedade, que é a educação.

O objetivo desse trabalho é investi-gar de forma objetiva (por meio de me-dições in loco) e subjetiva (por meio da aplicação de questionários à população universitária) a qualidade do ambiente térmico nas salas de aula da Universi-dade Federal de Ouro Preto (UFOP), especificamente na Escola de Minas (EM) e no Instituto de Ciências Exatas

e Biológicas (ICEB), que possuem dois tipos distintos de construção: uma es-truturada em aço e outra em concreto convencional, respectivamente (Figura 1). Tal pesquisa foi realizada entre junho a novembro de 2008.

Os resultados obtidos fornecem uma correlação entre os dados obtidos das variáveis ambientais medidas e dos julgamentos subjetivos de cada usuário em relação ao ambiente que freqüenta, além da verificação das variáveis rele-vantes, na avaliação de um projeto ar-quitetônico (Corgnati et al., 2007).

Figura 1.

(a) Escola de Minas e (b) Instituto de Ciências Exatas e Biológicas.

A técnica de pesquisa utiliza-da para o levantamento de votos de conforto e sensações térmicas dos indivíduos foi a aplicação de ques-tionários in loco, focando a intera-ção usuário-ambiente, com uma me-dição simultânea das variáveis em

cada ambiente estudado.

Foram realizadas medições in-ternas de temperatura do ar, umidade e temperatura de globo e medições da temperatura e umidade do ar externo. A partir das variáveis medidas nas sa-las de aula, foram calculadas a

tem-peratura operativa e a temtem-peratura radiante.

A partir das variáveis medidas nas salas de aula, foram calculadas a temperatura radiante (equação 1) e a temperatura operativa (equação 2), considerando-se convecção natural,

2. Metodologia

Foram entrevistados 570 alunos (aproximadamente 26% da popula-ção universitária total que freqüenta

as edificações no período diurno), sen-do realizasen-dos 24 ensaios de campo, 11 destes na Escola de Minas e 13 no

ICEB, nos meses de junho, outubro e novembro de 2008.

Característica da amostra

A B

onde T_r é a temperatura radiante (°C), T_G é a temperatura de globo (°C) e T_ar é a temperatura do ar (°C),

T

= [(T

+ 273)

_{+ 0,4.10}

_{. (T}

G

- T

)

. (T

- T

)]

- 273

onde T_o é a temperatura operativa

(°C), T_ar é a temperatura do ar (°C),

T_r é a temperatura radiante (°C), h_c

é o coeficiente de troca de calor por convecção (W/m²K), e que foi conside-rado igual a 3,1 W/m²K (pessoa

sen-tada com velocidade do ar entre 0 e

0,2 m/s), e h_r é o coeficiente de troca

de calor por radiação (W/m²K),

ado-tado o valor típico de h_r = 4,7 W/m²K

(ASHRAE 55:2004).

A partir do

preenchimen-to do questionário pelos alunos, foram contadas as preferências subjetivas dos usuários e, em se-guida, foram feitas correlações e análises estatísticas a partir des-ses resultados.

T

₌

h

. T

+ h

.T

h

+ h

3. Resultados

Correlações entre as variáveis psicofisiológicas

Efetuou-se, também, o cruzamento entre as variáveis medidas e as variáveis psicofisiológicas. Essas variáveis foram medidas em escalas subjetivas, segundo o preenchimento pelos alunos dos cam-pos do questionário, e foram analisadas considerando-se a sensação térmica, sa-tisfação e adaptação ao ambiente.

Na Figura 4, apresentam-se os cruzamentos da variável sensação tér-mica com as variáveis ambientais me-didas de temperatura e de umidade do ar interno.

A análise gráfica dos resultados

do cruzamento das variáveis ambien-tais com a sensação térmica demons-trou que, à medida que a temperatura do ar vai aumentando, há uma ten-dência de os percentuais dos graus de sensação térmica levemente quente (LQ), quente (Q) e muito quente(MQ) aumentarem e os percentuais dos graus levemente frio (LF), frio (F) e muito frio (MF) diminuírem.Com relação à umidade, ela estava com valores mais baixos, quando o ambiente estava con-siderado quente, e mais alta em am-bientes mais frios. Pode-se levar em

consideração, também, o clima da re-gião, que em dias frios é comum névoa e chuvisco.

Na Figura 5, apresenta-se o cru-zamento da variável satisfação com o ambiente em relação à temperatura do ar e à umidade, medidos in loco.

Pode-se observar que, de forma geral, o nível de satisfação permanece bom, com pequenas oscilações, durante quase toda a faixa de temperatura ob-servada, caindo, consideravelmente, a partir dos 24,8°C. Há uma maior osci-lação no grau de satisfação em reosci-lação

Cruzamentos entre as variáveis ambientais e as psicofisiológicas

Figura 3 Sensações percebidas de acordo

com os julgamentos subjetivos. (a) EM. (B) ICEB.

Figura 4 Cruzamento (a) da temperatura do ar e (b) da umidade, com a sensação térmica.

100% 100%

90% 90%

Sensações subjetivas Sensações subjetivas

F re q u ên ci a F re q u ên ci a 80% 80% 60% 60% 70% 70% 50% 50% 30% 30% 40% 40% 20% 20% 10% 10% 0% 0% Calafrios Secura Sono Desatenção Impaciência Sede Ruborização -3 -2 -1 0 +1 +2 +3 -3 -2 -1 0 +1 +2 +3 A B 100% 90% Temperatura do ar (ºC) F re q u ên ci a 80% 60% 70% 50% 20% 30% 40% 10% 0% 17 ,4 1 18 ,0 3 18 ,6 5 18 ,7 6 19 ,0 2 21 ,3 0 21 ,6 7 21 ,6 8 21 ,7 0 21 ,7 1 22 ,2 7 22 ,4 1 22 ,6 6 22 ,7 0 22 ,7 9 23 ,0 4 23 ,3 1 23 ,8 9 24 ,0 9 24 ,3 5 24 ,6 3 24 ,7 5 27 ,1 3 27 ,2 3 MQ LQ LF F MF C Q 100% 90% Umidade (%) F re q u ên ci a 80% 60% 70% 50% 20% 30% 40% 10% 0% 48 ,4 1 49 ,5 8 60 ,0 2 60 ,7 6 65 ,1 5 65 ,5 1 65 ,7 9 66 ,4 7 67 ,0 9 67 ,8 8 68 ,5 9 68 ,8 2 70 ,5 1 70 ,7 7 71 ,2 6 71 ,4 0 73 ,9 7 75 ,7 9 76 ,1 7 76 ,3 2 77 ,6 1 80 ,8 4 82 ,1 1 83 ,1 6 60% 60% 50% 50%

Julgamentos subjetivos na escala de 7 pontos Julgamentos subjetivos sobre conforto térmico

F re q u ên ci a F re q u ên ci a 40% 40% 30% 30% 20% 20% 10% 10% 0% 0,0% 0% 0,7% 3,6% _2,3% 3,7% 0,7% 7,0% 4,5% 19,2% 19,2% 18,3% 17,5% 48,7% 54,5% -3 -2 -1 0 +1 +2 +3 -3 -2 -1 0 +1 +2 +3 A B Figura 2 Julgamentos subjetivos sobre conforto térmico. (a) EM. (B) ICEB. em uma escala de 7 pontos (ASHRAE 55: 2004), que representa muito frio (MF ou -3), frio (F ou -2), ligeiramente frio (LF ou -1), termicamente neutro (C ou 0), ligeiramente quente (LQ ou +1), quente (Q ou +2) e muito quente (MQ ou +3). Essa escala representa a sensação que os alunos estavam percebendo naquele momento. Na Figura 2 são apresentados os julgamentos dos usuários das salas de aula avaliadas da Escola de Minas (EM) e do Instituto de Ciências Exatas e Bioló-gicas (ICEB) em relação a essa escala de preferência subjetiva de conforto.

Nota-se que os ambientes anali-sados são considerados termicamente neutros por um percentual em torno de 50 % na EM e em torno de 55 % no ICEB. Os julgamentos, levando-se em conta cada prédio em separado (Escola de Minas e ICEB), são também similares, com a maioria votando em termicamente neutro (0), depois em ligeiramente frio e ligeiramente quente (-1 e +1) e a minoria em frio ou quente (-2 e +2) e poucos em muito frio ou muito quente (-3 e +3).

Comparando os resultados em re-lação a cada edificação (EM estruturada

em aço e ICEB em concreto convencio-nal), observa-se um melhor desempenho nas salas do ICEB, alcançando-se um percentual de conforto em torno de 6 % maior do que em relação aos índices de conforto na EM.

Ainda de acordo com essas sensa-ções de conforto térmico, foi questio-nado também aos alunos as sensações percebidas no momento da medição (Figura 3).

Para as principais sensações perce-bidas, prevalecem as sensações de sede, sono e secura nas mucosas dos usuários.

Figura 6

Cruzamento (a) da temperatura do ar e (b) da umidade com a capacidade de estudar no ambiente. Temperatura do ar (ºC) Prejudicada Normal 100% 100% 90% 90% Umidade (%) F re q u ên ci a F re q u ên ci a 80% 80% 60% 60% 70% 70% 50% 50% 20% 20% 30% 30% 40% 40% 10% 10% 0% 0% 4 8, 41 17 ,4 1 49 ,5 8 1 8, 65 60 ,0 2 1 9, 02 60 ,7 6 2 1, 67 65 ,1 5 21 ,7 0 65 ,5 1 22 ,2 7 65 ,7 9 22 ,6 6 66 ,4 7 2 2, 79 67 ,0 9 23 ,3 1 67 ,8 8 2 4, 09 68 ,5 9 24 ,6 3 68 ,8 2 2 7, 13 70 ,5 1 70 ,7 7 71 ,2 6 71 ,4 0 73 ,9 7 7 5, 79 76 ,1 7 76 ,3 2 77 ,6 1 80 ,8 4 82 ,1 1 83 ,1 6 A B Figura 5

Cruzamento (a) da temperatura do ar e (b) da umidade com a variável de satisfação com o ambiente.

Temperatura do ar (ºC) Não Sim 100% 90% F re q u ên ci a 80% 60% 70% 50% 20% 30% 40% 10% 0% 1 7, 41 18 ,0 3 18 ,6 5 18 ,7 6 19 ,0 2 21 ,3 0 21 ,6 7 21 ,6 8 21 ,7 0 2 1, 71 2 2, 27 2 2, 41 2 2, 66 2 2, 70 22 ,7 9 23 ,0 4 23 ,3 1 23 ,8 9 24 ,0 9 2 4, 35 24 ,6 3 2 4, 75 27 ,1 3 27 ,2 3 100% 90% F re q u ên ci a 80% 60% 70% 50% 20% 30% 40% 10% 0% 48 ,4 1 4 9, 58 6 0, 0 2 6 0, 76 6 5, 15 65 ,5 1 6 5, 79 6 6, 47 6 7, 09 67 ,8 8 68 ,5 9 68 ,8 2 7 0, 51 7 0, 77 71 ,2 6 7 1, 40 73 ,9 7 75 ,7 9 7 6, 17 7 6, 3 2 77 ,6 1 8 0, 8 4 82 ,1 1 8 3, 16 Umidade (%) A B

100,0 100,0 90,0 90,0 80,0 80,0 70,0 Desconfortável devido ao frio Desconfortável devido ao calor Confortável 70,0 60,0 60,0 50,0 50,0 40,0 40,0 30,0 30,0 20,0 20,0 10,0 10,0 0,0 0,0 P er ce n ta g em ( % ) P er ce n ta g em ( % ) Temperatura do ar (ºC) Temperatura do ar (ºC) 17,0 17,4 19,0 19,4 21,0 21,4 21,7ºC 21,7ºC 30,9% 69,1% 23,0 23,4 25,0 25,4 27,0 27,4 A B Figura 7 (a) Freqüências e (b) percentagem de

pessoas insatisfeitas estimadas em função da temperatura do ar.

Definição dos limites de conforto térmico

Para a definição dos limites de con-forto térmico, para a população em estudo, procedeu-se a análise dos dados por meio da regressão probit (Fisher & Yates, 1971). Combinando os votos dos usuários nos questionários quanto a sensação térmica MQ+Q+LQ+C e subtraindo da combina-ção MQ+Q+LQ, obtém-se a percentagem relativa ao grau de satisfação desconfortá-vel devido ao calor, desconfortádesconfortá-vel devido ao frio e confortável, mostrada na Figura 7 (a). O máximo que a curva Confortável alcança é a percentagem de pessoas satis-feitas e, subtraindo-se de 100 esse valor, obtém-se a percentagem de insatisfeitos,

mostrada na Figura 7 (b).

O máximo de pessoas satisfeitas para o estudo é de 69,1% e de insatisfei-tos, 30,9%, ocorrendo na temperatura do ar em torno de 21,7°C. Analisando, ain-da, esses percentuais de pessoas satisfeitas e insatisfeitas (aproximadamente 70% e 30%), eles podem ser mais bem represen-tados na carta psicrométrica para a cidade de Ouro Preto (Figura 8 (a)) e, também, comparados aos índices de conforto pro-postos por Fanger (1972) (Figura 8 (b)).

Com base nessa comparação, a per-centagem de pessoas insatisfeitas (PPD) no voto médio estimado (PMV) igual a

zero tem valor de 30,9%, valor superior aos 5% de pessoas insatisfeitas nas con-dições confortáveis propostas por Fanger (1972), aos 10% sugeridos pela norma ISO 7730:2006 e pouco superiores aos 20% permitidos pela norma ASHRAE 55: 2004. Essa diferença pode ser ex-plicada, pois, diferentemente dos dados experimentais de Fanger (1972), que fo-ram definidos por meio de sistemas am-bientais controlados artificialmente, os dados, nesse trabalho, foram levantados nas condições ambientais naturais consi-derando toda a não-uniformidade térmi-ca dos ambientes.

à umidade do ambiente e, nos valores extremos da faixa observada, nota-se que umidade baixa gera insatisfação e umidade mais alta, satisfação.

Esses resultados mostram que o nível de satisfação não é função exclusi-va das condições ambientais. As oscila-ções podem ter ocorrido em função do

uso de mecanismos adaptativos (neste caso, por exemplo, o tipo de vestimen-ta) por parte dos usuários, resultando níveis de satisfação diferenciados.

Na Figura 6, apresenta-se o cru-zamento da capacidade de estudar no ambiente com a temperatura e a umi-dade relativa do ar.

A partir dessas análises, conside-ra-se que, de forma geral, o conforto do ambiente não prejudica a capacida-de capacida-de concentração dos usuários das salas de aula. Nota-se que essa ativida-de fica mais prejudicada quando a tem-peratura aumenta e quando a umidade apresenta-se com níveis mais baixos.

4. Conclusões

A partir dos resultados obtidos, utilizando-se a análise probit, onde se determinaram as probabilidades de ocorrência de calor, conforto e frio, foi

possível identificar os limites de confor-to, definido-se a faixa de pessoas satis-feitas em 70% e a de pessoas insatisfei-tas em 30%. A temperatura do ar para

a qual este fato ocorreu corresponde ao intervalo entre 21°C e 23°C, levando em consideração a época e o local da pesquisa.

6. Referências bibliográficas

AMERICAN SOCIETY FOR HEATING, REFRIGERATING AND AIR

CONDITIONING ENGINEERING. Thermal environmental conditions for

human occupancy. ANSY/ASHRAE 55:2004. Atlanta, 2004.30p.

CORGNATI, S.P., FILIPPI, M., VIAZZO, S. Perception of the thermal environment in high school and university classrooms: Subjective preferences and thermal

comfort. Building and Environment, v. 42, p. 951-959, 2007.

FANGER, P. O. Thermal Confort, Analysis and Applications in Environmental

Engineering. New York: McGraw-Hill Book Company, 1972. 245p.

FISHER,R. A., YATES, F. Tabelas estatísicas: para pesquisa em biologia, medicina e

agricultura. Tradução de Salvator Licco Haim. São Paulo: Editora da Universidade

de São Paulo e Ed. Polígono, 1971. 150p.

INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION. Ergonomics

of the thermal environment – Analytical determination and interpretation of thermal comfort using calculation of the PMV and PPD indices and local thermal comfort criteria - ISO 7730:2006. Germany, 2006. 60p.

Artigo recebido em 06 de março de 2009. Aprovado em 15 de agosto de 2011.

Figura 8

Diagrama com (a)os parâmetros de conforto térmico e (b) comparação do modelo de Fanger com os dados experimentais levantados. 100 90 80 70 60 40 30 20 10 0 P er ce n ta g em d e p es so as in sa ti sf ei ta s (P P D ) P re ss ão d e va p o r (m m H g )

Voto médio estimado (PMV)

Temperatura do ar (ar seco) ºC Pressão atmosférica = 87,9402kPa

-3 14 10 30 50 16 18 20 22 24 26 28 30 -2 PMV Fanger PMV probit -1 0 1 2 3 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% UR 10% 50 A B

Os dados coletados são, particu-larmente, valiosos, devido às condições experimentais sob as quais os dados

fo-ram levantados. No entanto, sua aplica-ção prática é, de certa forma, limitada, já que são válidos somente para

condi-ções características sob as quais a expe-riência foi realizada.

5. Agradecimentos