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Conforto Térmico e Bioclimatologia Introdução ao Conforto Térmico • A importância do estudo de conforto térmico está baseada principalmente em 3 fatores: 9A satisfação do homem ou seu bem estar em se sentir termicamente confortável; 9O desempenho humano ao realizar tarefas; 9A conservação de energia Conceito Segundo a ASHRAE Standard 55, Conforto Térmico é um estado de espírito que reflete a satisfação com o ambiente térmico que envolve a pessoa. Se o balanço de todas as trocas de calor a que está submetido o corpo for nulo e a temperatura da pele e suor estiverem dentro de certos limites, pode-se dizer que o homem sente Conforto Térmico. Conforto Térmico • As pesquisas normalmente utilizadas em estudos de conforto térmico, são divididas em dois grandes grupos: Tipos de Pesquisa em Conforto Térmico Pesquisas em Câmaras Climatizadas Pesquisas de Campo São aquelas realizadas no interior de ambientes totalmente controlados pelo pesquisador, onde as variáveis ambientais e pessoais são manipuladas São aquelas realizadas em situação real, onde o pesquisador não interfere de maneira nenhuma sobre as variáveis Variáveis de Conforto Térmico VARIÁVEIS AMBIENTAIS Temperatura do ar Temperatura radiante média Umidade relativa Velocidade do ar Variáveis de Conforto Térmico ATIVIDADE FÍSICA Quanto maior a atividade física, maior o metabolismo VESTIMENTA Resistência térmica da roupa medida em “clo”. • ISO 7730 – 2005: Determinação e Interpretação analítica de conforto térmico usando o cálculo do índices de PMV e PPD e critérios de conforto térmico local. • ISO 7726 – 1998: Instrumentos para Medição de quantidades físicas • ASHRAE Standard 55 – 2004: Condições Ambientais Térmicas para ocupação Humana • ISO 7243 – 1989: Ambientes Quentes – Estimativa de estresse térmico em trabalhadores, baseado no índice IBUTG Normalização de Conforto Térmico e Estresse Térmico • ISO 11079 – 2007: Determinação e Interpretação do estresse térmico por frio, utilizando isolamento requerido de vestimenta (IREQ). • ISO 8996 – 2004: Ergonomia – Determinação da produção de calor metabólico. • ISO 9920 – 2007: Ergonomia de Ambientes Térmicos – Estimativa de isolamento térmico e resistência evaporativa de um traje de roupa. • NR 15: Limites de Tolerância para Exposição ao Calor. Ministério do Trabalho. Normalização de Conforto Térmico e Estresse Térmico Trocas Térmicas O homem é Homotérmico Metabolismo Evaporação Condução Convecção Radiação MecanismosTermorreguladores Em condição de Frio Vasoconstrição Periférica Arrepio Aumento do Metabolismo Mecanismos Instintivos e Culturais MecanismosTermorreguladores Em condição de Calor Vasodilatação Periférica Suor Redução do Metabolismo Mecanismos Instintivos e Culturais A equação de conforto térmico foi expandida para englobar uma grande gama de sensações térmicas, utilizando-se o Voto Médio Estimado (PMV), através de análises estatísticas (estudos de Fanger, Dinamarca): Equação do PMV Onde: PMV = Voto médio estimado, ou voto de sensação de conforto M = Atividade desempenhada pelo indivíduo L = Carga térmica atuante sobre o corpo A escala sétima da ASHRAE, ou escala de sete pontos utilizada nos estudos de Fanger, é usada para determinar a real sensação térmica das pessoas: Equação do PMV Muito quente Quente Levemente quente Neutro Levemente Frio Frio Muito Frio + 3 + 2 + 1 0 -1 -2 - 3 O PMV é um índice que prevê o valor médio de um grande grupo de pessoas, segundo uma escala de sensações de 7 pontos; É determinado quando a Atividade (taxa metabólica) e as Vestimentas (resistência térmica) são conhecidas e os parâmetros físicos são medidos (tar; trm; var e umid); Índice baseado no Balanço de calor do corpo com o ambiente. Para o equacionamento foram consideradas as respostas fisiológicas do sistema termoregulador de mais de 1300 pessoas, tratadas estatisticamente: ISO 7730 – Voto Médio Estimado - PMV ISO 7730 – Percentagem de Pessoas insatisfeitas - PPD O índice PPD, estabelece a quantidade estimada de pessoas insatisfeitas termicamente com o ambiente; Se baseia no voto da escala sétima de sensações; Pode ser determinado pela equação em função do PMV ou ...: ISO 7730 – Percentagem de Pessoas insatisfeitas - PPD ..pela figura: ISO 7730 – Anexo A (Informativo) – Exemplos de requisitos de conforto térmico para diferentes categorias de ambientes e tipos de espaço: Conceito CLIMATOLOGIA aplicada às relações com os seres vivos. Climatologia Aplicada à Arquitetura V. OLGYAY e OLGYAY A. (1973) Design with Climate: Bioclimatic Approach to Architectural Regionalism Projeto Bioclimático B. GIVONI (1969) Man, Climate and Architecture. Bioclimatologia “Estilo Internacional”; Crise de Energia; Requisitos Básicos para projeto e análises térmicas de edificações; Países em desenvolvimento: a climatologia tem se desenvolvido mais em função da aviação e agricultura Importância dos Dados Climáticos para a Edificação Dados Climáticos – para quê? • Dimensionamento de sistemas de ar condicionado- condições extremas – Temperatura de Projeto ASHRAE 1%; 2,5%; 5% e TBU coincidente – NBR6401 – Graus-hora, temperaturas BIN • Avaliação de desempenho térmico – Dias típicos – TRY – TMY • Análise Bioclimática – TRY, TMY – Normais Dados Climáticos – para quê? • Avaliação de consumo de energia – TRY – TMY – WYEC • Outros usos – Chuva dirigida – Dimensionamento de estruturas – cargas de vento – Dimensionamento de sistemas solares de aquecimento de água e PV Avaliação de desempenho térmico • Simulação de ventilação natural • Simulação de temperaturas e umidades • Contato com o solo 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 01/05 01:00:00 01/05 13:00:00 01/06 01:00:00 01/06 13:00:00 01/07 01:00:00 01/07 13:00:00 01/08 01:00:00 01/08 13:00:00 01/09 01:00:00 01/09 13:00:00 01/10 01:00:00 01/10 13:00:00 01/11 01:00:00 01/11 13:00:00 T e m p e r a t u r a ( º C ) Text Tint Tb Análise Bioclimática - TRY Análise Bioclimática - Normais Avaliação de Consumo de energia • Simulação de edifício comercial – Projeto – Retrofit – Operação 0 100 200 300 400 500 jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez Mês C o n s u m o m e n s a l d e e n e r g i a e l é t r i c a ( M W h ) Real Simulado Arquitetura Bioclimática Faz uso da tecnologia que se baseia na correta aplicação dos elementos arquitetônicos, tirando partido do clima, com o intuito de fornecer ao ambiente construído um alto grau de conforto higrotérmico, com baixo consumo energético. Projeto Bioclimático CARTA BIOCLIMÁTICA DE OLGYAY Como relacionar clima e soluções bioclimáticas Projeto Bioclimático Desenvolvida por Givoni em 1992 Construída sobre o diagrama psicrométrico Foi Adotada no Analysis-Bio (mais adequada para o Brasil Limites de conforto para países em desenvolvimento Se baseia em temperaturas internas CARTA BIOCLIMÁTICA DE GIVONI Carta Bioclimática ZONA DE CONFORTO VENTILAÇÃO RESFR. EVAPORATIVO Carta Bioclimática REFRIGERAÇÃOMASSA TÉRMICA P/ RESFRIAMENTO UMIDIFICAÇÃO AQUECIMENTO SOLAR MASSA TÉRMICA C/ AQUECIMENTO SOLAR AQUECIMENTO ARTIFICIAL CartaBioclimática CARTA BIOCLIMÁTICA ESTRATÉGIAS Exemplo de Aplicação (TRY) Florianópolis Programa Analysis Bio: www.labeee.ufsc.br/downloads ESTRATÉGIAS Exemplo de Aplicação (TRY) Natal CARTA BIOCLIMÁTICA Belém Brasília Rio de Janeiro Florianópolis Avaliação Bioclimática pelas Normais Climatológicas Serão necessários VALORES MENSAIS de: Média, média das máximas e média das mínimas da temperatura do ar Umidade relativa média Avaliação Bioclimática pelas Normais Climatológicas 1- Achar o ponto A Temperatura média mensal e umidade relativa média Avaliação Bioclimática pelas Normais Climatológicas 2- Achar os pontos B e C Temperatura média das min e temperatura média das máx. Avaliação Bioclimática pelas Normais Climatológicas 3- Traçar a linha Considerar 1,5g/kg de variação do conteúdo de umidade Diretrizes construtivas para habitações unifamiliares de interesse social ABNT NBR 15220-3 - Desempenho térmico de edificações - Parte 3: Zoneamento bioclimático brasileiro e diretrizes construtivas para habitações unifamiliares de interesse social Estabelece um zoneamento bioclimático brasileiro, abrangendo um conjunto de recomendações e estratégias construtivas destinadas às habitações unifamiliares de interesse social. Diretrizes construtivas para habitações unifamiliares de interesse social Limites aceitáveis de indicadores do desempenho térmico de coberturas Zona Coberturas recomendadas Transmitância térmica (W/m2.K) Atraso térmico (horas) Fator Solar (%) 1 a 6 Leves e isoladas U ≤ 2,00 ϕ ≤ 3,3 FS ≤ 6,5 7 Pesadas U ≤ 2,00 ϕ ≥ 6,5 FS ≤ 6,5 8 Leves e refletoras U ≤ 2,30 x FT* ϕ ≤ 3,3 FS ≤ 6,5 Diretrizes construtivas para habitações unifamiliares de interesse social Zona Paredes externas recomendadas Transmitância térmica (W/m2.K) Atraso térmico (horas) Fator Solar (%) 1 e 2 Leves U ≤ 3,00 ϕ ≤ 4,3 FS ≤ 5,0 3, 5 e 8 Leves e refletoras U ≤ 3,60 ϕ ≤ 4,3 FS ≤ 4,0 4, 6 e 7 Pesadas U ≤ 2,20 ϕ ≥ 6,5 FS ≤ 3,5 Limites aceitáveis de indicadores do desempenho térmico de paredes externas Diretrizes construtivas para habitações unifamiliares de interesse social Zona Área de abertura para ventilação (A = % da área do piso) Sombreamento das aberturas 1, 2 e 3 Média: 15% < A < 25% Permitir sol durante o período frio 4, 5 e 6 Média: 15% < A < 25% Sombrear 7 Pequena: 10% < A < 15% Sombrear 8 Grande: A > 40% Sombrear Recomendações quanto ao dimensionamento e sombreamento de aberturas Diretrizes construtivas para habitações unifamiliares de interesse social Estação Zona 1 Zona 2 Zona 3 Zona 4 Zona 5 Zona 6 Zona 7 Zona 8 Verão - J J H, J J H, J H, J J, K Inverno A, B, C A, B, C B, C B, C C C - - Estratégias bioclimáticas correspondentes à cada zona, para verão e inverno A - B - C - D - E - F - G + H - H + I - I + J - K - L - Sistema artificial de aquecimento Aquecimento solar da edificação Massa térmica para aquecimento Conforto térmico (baixa umidade) Conforto térmico Desumidificação (renovação do ar) Resfriamento evaporativo Massa térmica de refrigeração Ventilação Sistema artificial de refrigeração Umidificação do ar Estratégias Bioclimáticas VENTILAÇÃO ESPAÇOS FLUIDOS FORMA E ORIENTAÇÃO VENTILAÇÃO VENTILAÇÃO VERTICAL DIRECIONAMENTO DO AR VENTILAÇÃO SOB A EDIFICASOB A EDIFICAÇÇÃOÃO VENTILAÇÃO PELA COBERTURAPELA COBERTURA VENEZIANASVENEZIANAS RESFRIAMENTO EVAPORATIVO E UMIDIFICAÇÃO ÁREAS GRAMADAS OU ARBORIZADAS RESFRIAMENTO EVAPORATIVO E UMIDIFICAÇÃO RESFRIAMENTO EVAPORATIVO DAS SUPERFÍCIES UMIDIFICAÇÃO RESFRIAMENTO EVAPORATIVO INDIRETO RESFRIAMENTO EVAPORATIVO E UMIDIFICAÇÃO RESFRIAMENTO EVAPORATIVO E UMIDIFICAÇÃO Vegetação, Lagos e Espelhos d´água Brisbaine - AU Brasília - DF VEGETAÇÃO MASSA TÉRMICA AQUECIMENTO SOLAR GANHO DIRETO GANHO INDIRETO AQUECIMENTO SOLAR GANHO DIRETO AQUECIMENTO SOLAR GANHO INDIRETO AR CONDICIONADO Ar condicionado de janela Minicentrais de pequeno porte Minicentrais do tipo “Multisplit” Self contained Chiller & Fan-coil Centrífugas AQUECIMENTO ARTIFICIAL Radiador incandescente Convector elétrico Painel radiador de baixa temperatura Aquecedor central OUTRAS TÉCNICAS: O SISTEMA DE ABERTURAS VENTILAÇÃO CRUZADA VENTILAÇÃO SELETIVA BRISES COM PARTES MÓVEIS BRISES DO TIPO LIGHT SHELF OUTRAS TÉCNICAS: O SISTEMA DE ABERTURAS BRISES Sombreamento BRISES Sombreamento Brises, marquises, cobogós
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