UNIVERSIDADE CATÓLICA DE GOIÁS
DEPARTAMENTO DE ARTES E ARQUITETURA
CURSO DE ARQUITETURA E URBANISMO
"Escola Professor Edgar Albuquerque Greaff"
COMPORTAMENTO HIGROTÉRMICO DO
CORPO HUMANO
António Manuel Corado Pombo Fernandes
professor arquiteto
APRESENTAÇÃO
O presente texto expõe, de forma condensada e rápida, os principais aspectos que envolvem o conforto higrotérmico do corpo humano. Não esgota o assunto e deve remeter o estudante à leitura e estudo da bibliografia referida para obter-se profundidade suficiente no assunto e com isso permitir avançar para capítulos subsequentes do estudo do Conforto Térmico.
Na Introdução apresentam-se algumas considerações iniciais importantes e preliminares ao estudo em questão. Em Atividade Física e Metabolismo refere-se a questão da produção de calor do corpo humano proveniente do metabolismo basal e muscular, sendo este último decorrente da atividade física desenvolvida pelo corpo. A seguir, em Equilíbrio Térmico, fala-se da necessidade do corpo de manter-se a uma temperatura constante equilibrando o balanço térmico com o meio ambiente. Em
Mecanismos Termorreguladores, citam-se os referidos mecanismos explicando-os e
mostrando seus objetivos. As formas de trocas de calor às quais o corpo recorre para manter-se em equilíbrio são explicadas no ítem Dispersão Térmica. Após, em Zona de
Conforto Higrotérmico, explicitam-se as variações possíveis dos quatro componentes do
meio ambiente que, interdependentemente, provocam a sensação de conforto ou desconforto térmico. No último ítem, Climas e Dispersão Térmica, mostra-se a adaptabilidade do comportamento higrotérmico do corpo humano frente aos diferentes tipos de clima.
INTRODUÇÃO
Os espaços arquitetônicos e suas ambiências são percebidos e sentidos não só pela visão (dimensão plástico-formal da forma arquitetônica) como também por outros sentidos, ou seja, o olfato, a audição e o tato. As sensações de calor e frio são percebidas pelo tato. Um espaço termicamente mal concebido provocando desconforto ao usuário terá sua forma arquitetônica (na sua dimensão tátil) comprometida e deficiente.
Para exemplificar a questão colocada acima, poderíamos citar o seguinte: um "brise soleil", incorporado à fachada de um edifício, não só participa da dimensão plástico-formal, mas, também, da dimensão tátil da forma arquitetônica pois, ao reduzir a radiação incidente, reduz o efeito estufa, reduzindo a temperatura interna do ambiente, modificando-o e se tmodificando-ornandmodificando-o partícipe dmodificando-o tipmodificando-o de sensaçãmodificando-o tátil que modificando-o usuárimodificando-o terá e que, em última instância, faz parte da forma arquitetônica.
O usuário dos espaços arquitetônicos julga a qualidade do projeto, tanto do ponto de vista físico, como mental e emocional. As sensações acumuladas de bem-estar, ou incomodidade, irão formar seu veredito sobre a qualidade da casa em que mora, da escola, do escritório ou da fábrica em que trabalha.
O objetivo do projetista ao conceber seus projetos é proporcionar ao usuário o conforto ótimo que se pode definir como a sensação de bem-estar completo, físico e
mental. Para tanto é importante conhecer o comportamento higrotérmico do corpo humano.
Com o domínio desse conhecimento pode-se, com bastante segurança, trabalhar os recursos físico-arquitetônicos das construções para se alcançar o conforto desejado.
Nosso ciclo vital diário compreende estados de atividade, fadiga e recuperação. É essencial que a mente e o corpo se recuperem por meio do descanso, sono e recreação para compensar a fadiga física e o desgaste mental que resultam das atividades da jornada de trabalho. Esse ciclo, às vezes, vê-se dificultado por condições climáticas desfavoráveis e pela tensão psicológica imposta pela atividade diária do trabalho, atuando, ambas, no corpo e na mente, produzindo incomodidade, perda da eficiência e, eventualmente, podendo conduzir a transtornos da saúde. Os efeitos do clima no homem são significativos e devem ser considerados em todas as suas conseqüências.
A tarefa do arquiteto, entre as diversas responsabilidades de um projetista comprometido com sua razão social e ética, consiste em proporcionar ao usuário, seja nos edifícios, seja nas cidades, um microclima confortável e agradável. Para tanto deverá trabalhar seus projetos de forma a adequá-los o melhor possível ao clima da região e do local onde se inserem. Os recursos da climatização artificial devem ser entendidos e usados como sistema suplementar. O projetista maduro compreenderá tudo isto envolvido e permeado pela realidade cultural incluindo os hábitos e costumes da população.
A resposta humana ao ambiente térmico não depende somente da temperatura do ar. Está provado que a temperatura de ar, a umidade relativa do ar, a radiação térmica que atinje o corpo humano e a velocidade do fluxo de ar que passa por ele produzem efeitos térmicos e devem considerar-se, simultaneamente, se se tem que predizer a resposta humana. Para apreciar o efeito desses fatores climático-ambientais é necessário examinar, brevemente, os processos térmicos básicos do corpo humano.
METABOLISMO E ATIVIDADE FÍSICA
Metabolismo é o processo bio-químico que converte o alimento em matéria viva e forma útil de energia. Esse metabolismo divide-se em: metabolismo basal, que está relacionado com os processos vegetativos automáticos do corpo humano e metabolismo muscular, relacionado com o trabalho mecânico do corpo em função de realização de determinada tarefa. O processo metabólico leva sempre à liberação de calor que deve ser dispersado pelo corpo humano para que não ocorra o aumento gradativo da temperatura do corpo que poderia levar ao desfalecimento ou mesmo à morte.
Normalmente, da energia obtida pelo metabolismo, fruto da “queima” dos alimentos, apenas cerca de 20% é utilizada. O restante, 80%, é obrigatoriamente liberada sob a forma de calor. Pode-se dizer, parodiando o assunto, que a “máquina humana” tem um rendimento energético reduzido ou pouco eficaz. Esta constatação é essencial pois mostra a importância de se proporcionar ao corpo as mais favoráveis formas dele dispersar essa enorme quantidade de energia sem lhe causar desconforto. Em clima frio isso torna-se
fácil – calor é sinônimo de aconchego e conforto - mas em clima quente a tarefa será sempre mais complexa e melindrosa. Um erro do projetista poderá ser comprometedor.
Assim, dependendo da atividade que o ser humano executa a cada momento, haverá maior ou menor necessidade de dispersão do calor produzido pelo metabolismo. A tabela 1 (baseado em KOENIGSBERGER, 1977) mostra valores referentes ao nível energético envolvido em diversas situações do corpo.
TABELA 1
Atividade Watt (w)
Dormindo 70 (mínimo)
Sentado, movimentos moderado (ex. digitação) 130 – 160
Em pé, trabalho leve 160 – 190
Sentado, com braços e pernas em movimento 190 – 230 Em pé, trabalho moderado, às vezes andando 220 – 290 Andando, levantando ou empurrando pesos moderados 290 – 410 Carregando pesos pesados mas intermitentemente 440 –580
Trabalho pesado 580 – 700
Trabalho muito pesado (máximo de 30 min. de duração) 1100 (máximo)
Para se ter uma idéia comparativa dos quantitativos apresentados pela tabela referida pode-se dar a seguinte aproximação: o calor liberado pelo corpo de uma pessoa que esteja exercendo uma atividade física exigente e contínua, durante uma hora, é suficiente para elevar, de zero a cem graus, cerca de seis litros de água.
EQUILÍBRIO TÉRMICO
O homem é um animal homotérmico, isto é, independentemente das circunstâncias externas e da atividade que exerce, a temperatura interna de seu corpo mantem-se constante em 37 Celsius. Podem ocorrer, no entanto, algumas pequenas variações na temperatura da pele, principalmente nas extremidades dos membros inferiores e superiores. Para que a temperatura interna possa ser mantida constante, mesmo sob condições externas adversas ou atividades físicas diversas, o corpo humano lança mão de processos de equilíbrio térmico que lhe são inerentes.
Esses processos são constituídos pela ativação dos mecanismos termorreguladores e pelas diferentes formas de dispersão térmica do corpo humano para o meio ambiente, dependendo das variações desse meio e do nível metabólico desenvolvido.
GANHOS TÉRMICOS Símbolos PERDAS TÉRMICAS
Metabolismo M / E Evaporação
Convecção / condução C Convecção / condução
Radiação R Radiação
M – E +/- C +/- R = 0
(equação do equilíbrio térmico)MECANISMOS TERMO-REGULADORES
Enquanto a equação apresentada (equação do equilíbrio térmico) for verdadeira, isto é, igual a zero, o corpo humano estará em equilíbrio térmico e a pessoa não sente, nem calor, nem frio. A partir do momento que essa equação se desiquilibrar, isto é, passar a ser superior a zero (o corpo sente calor) ou inferior a zero (sente frio), os mecanismos termorreguladores são automaticamente acionados procurando reequilibrá-la, ou seja, diminuindo ou eliminando o desconforto.
Dos mecanismos termorreguladores os principais são a vasoconstrição, a
vasodilatação e a sudação.
A vasoconstrição é acionada quando da sensação de frio: há uma redução da circulação sangüínea junto à pele reduzindo a sua temperatura e tornando-a um bom isolante
térmico (semelhante à cortiça) e, consequentemente, diminuindo as perdas de calor para o meio ambiente.
A vasodilatação, ao contrário, é acionada quando da sensação de calor (a equação apresenta valores acima de zero): há um incremento da circulação, ao contrário da anterior, diminuindo sua capacidade de isolamento e, portanto, elevando a temperatura da pele o que acarretará maiores perdas de calor para o meio ambiente.
A partir de uma certa temperatura (35 C), as glândulas sudoríperas são ativadas e o corpo inicia o processo de sudação – liberação de suor pelos poros da pele. A descarga de água pelo suor implica em perdas térmicas importantes para o reequilíbrio térmico quando a pessoa está sujeita a um ambiente quente ou em esforço físico exigente. Como informação podemos adiantar que, em certas modalidades desportivas mais exigentes, os atletas chegam a liberar cerca de 2 litros de suor em cerca de uma hora de atividade.
Apenas como curiosidade cita-se, ainda, o tiritar e o arrepiar dos pelos que são mecanismos auxiliares de defesa contra o frio; o primeiro ativando compulsoriamente o metabolismo e aumentando a produção de calor; o segundo aumentando a espessura da camada de ar semi-parado junto à pele incrementando o isolamento térmico e reduzindo as perdas térmicas.
DISPERSÃO TÉRMICA
O corpo humano necessita dispersar para o meio ambiente o calor produzido e liberado pelo seu metabolismo basal e muscular para manter seu equilíbrio térmico como se viu anteriormente. Essa dispersão faz-se, em geral, de três formas: por radiação, por
condução/convecção e por evaporação.
Por radiação: o corpo humano pode dispersar calor por radiação quando os objetos e superfícies ao seu redor estiverem a temperaturas inferiores à temperatura superficial do seu corpo; quanto maior for a diferença entre as temperaturas maior será a quantidade de calor cedida. Se, ao contrário, a temperatura do entorno for maior haverá ganhos e não perdas! Este tipo de troca térmica independe do ar circundante ocorrendo inclusive no vácuo.
Por condução/convecção: o corpo humano pode ceder calor por condução à camada de ar contígua à sua pele se o ar estiver a temperatura inferior à do corpo. Este ar aquecido, agora por convecção, desloca-se para cima (estando mais quente é menos denso e mais leve) possibilitando que outro volume de ar, à temperatura ambiente, ocupe seu lugar e assim processando-se continuamente. Evidentemente que o processo gera tanto maior dispersão quanto maior for a diferença de temperatura entre a pele e o ar ambiente. Se o ar estiver a temperatura superior à da pele, não haverá perdas mas sim ganhos de calor!
Por evaporação: o corpo humano dispersa calor por evaporação por meio da transpiração, seja pela perspiração (liberação de vapor d’água pelos poros) ou pela sudação (liberação de suor/água). A evaporação é a principal forma de dispersão térmica no enfrentamento das condições de climas quentes. Para ilustrar e como curiosidade podemos
citar que a evaporação ocorre também pela respiração que pode ser “visível” em situações de frio quando percebe-se uma “nuvem” de vapor saindo pela boca de quem está falando.
ZONA DE CONFORTO HIGROTÉRMICO
Admitindo-se que a resposta humana às condições térmicas externas depende da temperatura do ar, da umidade relativa do ar, da velocidade do movimento do ar junto ao corpo e da radiação térmica do contorno, é possível fazer-se um balizamento, com amostragens experimentais, das implicações de cada uma dessas quatro variáveis, interrrelacioná-las, e determinar-se uma zona dentro da qual se espera que a resposta humana, em geral, seja de conforto higrotérmico e bem-estar.
É importante anotar que há outras variáveis que promovem alterações dessa resposta, tais como: a roupa , a atividade exercida, a adaptabilidade da pessoa ao clima. Além dessas, ainda há outras, de caráter puramente emotivo e circunstancial que podem, eventualmente, alterar a resposta em questão.
Observe com atenção o quadro 3 (baseado em KOENIGSBERGER, 1977) que mostra a carta bioclimática (primeira versão proposta por Victor Olgyay) onde se pode verificar a correlação entre as quatro variáveis ambientais citadas e a zona de conforto identificada. Observe que com maior umidade relativa, o corpo humano aceita menos as temperaturas mais elevadas.
CLIMAS E DISPERSÃO TÉRMICA
Para finalizar este breve texto analisaremos como se dão as trocas térmicas entre o corpo humano e o meio ambiente em situações climáticas específicas e diferenciadas.
Assim, para um clima temperado, podemos admitir a seguinte situação térmica típica no interior dos edifícios: temperatura do ar a 18 C, umidade relativa entre 40 e 60%, ar calmo (v = 0,1 m/s) e a temperatura radiante média no mesmo valor da temperatura do ar; considerando um indivíduo exercendo uma atividade sedentária leve (150 w), a dispersão térmica necessária ocorrerá na seguinte proporção aproximada: 45% por radiação; 30% por condução/convecção e 25% por evaporação. Nestas condições a dispersão térmica faz-se com naturalidade e sem dificuldades para o corpo humano.
No caso dos climas quentes temos que considerar três situações distintas:
> em clima moderadamente quente, com temperaturas abaixo da temperatura da pele humana (cerca de 32 C), a dispersão por radiação diminue sensivelmente pois a diferença de temperatura é muito pequena; pelo mesmo motivo também diminue a dispersão por condução/convecção. A dispersão por evaporação, obrigatoriamente, aumenta pois tem que compensar a diminuiação ocorrida nas outras, chegando a representar 80% ou mais do total. As condições começam a ser certamente difíceis embora possa, ainda, haver conforto caso a umidade relativa não seja muito elevada;
> em clima muito quente com temperaturas acima da temperatura da pele, as trocas térmicas por radiação e por condução/convecção poderão, caso o edifício não tenha uma grande inércia térmica, passar a fornecer calor ao corpo invés de ajudar a dispersá-lo. Dessa forma, a dispersão dar-se-á exclusivamente por evaporação. Na verdade, a evaporação, neste caso, será mais que 100% do valor do calor metabólico pois além de dispersá-lo ainda terá que encarregar-se de dispersar o calor advindo do meio ambiente por radiação e por condução/convecção. Felizmente, climas que apresentam temperaturas tão altas são normalmente muito secos favorecendo bastante as perdas de calor por evaporação.
No caso de um clima quente e úmido a evaporação deverá ser responsável por boa parte da dispersão necessária. Essa evaporação, no entanto, será dificultada pelo elevado teor de umidade no ar. Para valores acima de 80% de umidade relativa, a capacidade da massa de ar absorver mais vapor d’água é bastante reduzida pois falta-lhe pouco para atinjir a saturação (100%). Aumentar a velocidade do ar junto ao corpo humano será a única forma de corrigir o desconforto provocado pela sensação da pele suada. Pelo arrastamento mecânico, o ar, com certa velocidade, poderá afastar da pele o vapor d’água liberado pelos poros aumentando a possibilidade do indivíduo ceder mais calor ao ambiente e conseguindo situar a resposta humana dentro da zona de conforto higrotérmico.
Observe e analise o quadro 4 (adaptado de GOMES, 1967) levando em conta o que se acabou de referir quanto aos climas quentes. É composto por dois ábacos: o primeiro refere-se a situações com umidade relativa alta (95%) enquanto o segundo refere-se a umidade relativa baixa (20%). Ambos apresentam o desenvolvimento de três curvas: perdas caloríficas totais, perdas por evaporação e perdas por radiação e convecção.
PARA DISCUSSÃO
Teste seu entendimento sobre o texto e discuta com os colegas:
Quais as 4 variáveis ambientais que interferem na sensação térmica do corpo? Explique porque a evaporação só aparece no “prato” das perdas de calor (quadro 2). Você consegue explicar porque quando ocorre frio a pessoa procura encolher o corpo dobrando-o sobre si mesmo, aproximando-se da posição fetal?
Explicou-se como se dá a dispersão térmica do corpo por condução/convecção quando o ar está a temperatura inferior à da pele (pg. 6). Diga o que acontecerá e descreva o fenômeno se o ar estiver a uma temperatura superior à da pele.
Observe o quadro 3, discuta e explique a seguintes frases: a zona de conforto “flutua” para cima e para baixo! Se trocarmos as roupas por outras mais “leves” a flutuação será para baixo ou para cima? E se aumentarmos o nível metabólico do indivíduo?
Observe os ábacos do quadro 4. Você consegue identificar o momento em que a dispersão por evaporação é maior que o próprio calor metabólico como citado no texto? Você poderia identificar, em cada ábaco, o intervalo de conforto?
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
KOENIGSBERGER, O. H.; INGERSOLL, T. G.; MAYHEW, A.; SZOKOLAY, S. V. Viviendas y edifícios em zonas cálidas y tropicales. Madrid: Paraninfo, 1977.
RAMÓN, Fernando. Ropa, sudor y arquitecturas. Madrid: H. Blume, 1980. GOMES, Ruy José. O problema do conforto térmico em climas tropicais e
