PRÉ PROJETO

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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DA PARAÍBA CAMPUS CAJAZEIRAS
ENGENHARIA CIVIL
AVALIAÇÃO DE CONFORTO TÉRMICO NAS SALAS DE AULA DO IFPB CAMPUS CAJAZEIRAS
PRISCILA ARARUNA ALVES
Cajazeiras – PB
2017
PRISCILA ARARUNA ALVES
AVALIAÇÃO DE CONFORTO TÉRMICO NAS SALAS DE AULA DO IFPB CAMPUS CAJAZEIRAS
Pré-projeto de Trabalho de Conclusão de Curso apresentado para obtenção dos créditos da disciplina Metodologia Científica no Instituto Federal da Paraíba – Campus Cajazeiras, como parte das exigências para graduação no curso de Engenharia Civil.
 					 Orientadora: Janaina da Silva Bezerra
Cajazeiras – PB
2017
RESUMO. 
Entendendo que o conforto térmico ambiental deve resultar da parceria dos elementos que compõem o entorno, do projeto arquitetônico e do comportamento dos usuários, e que este afeta diretamente no aspecto físico e psicológico, e consequente desempenho dos alunos. A presente pesquisa visa discutir o espaço escolar, avaliando especificamente o conforto térmico, com a determinação de índices e parâmetros, dentro do IFPB – Campus Cajazeiras, e entender a partir deste elemento, a percepção que os alunos, professores, funcionários, e demais pessoas que o frequentam, possuem em relação ao meio ambiente. Por entender que o conforto térmico é um elemento dinâmico e variável, busca-se construir essa avaliação através de uma pesquisa qualitativa. Utilizando, portanto, além de bases teóricas encontradas em normas internacionais para realização das medições técnicas, estratégias típicas de modelo investigativo, tais como observação participante e entrevistas. 
Palavras-chave: Conforto Térmico – Projeto Arquitetônico – Desempenho - Espaço escolar – Medições técnicas.
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO
A configuração física do ambiente escolar e a adaptação do estudante a este meio exercem grande predominância na evolução do aprendizado. O espaço da escola, embora sujeito a normas, deve oferecer segurança, acessibilidade e conforto aos seus usuários. Tais condições de conforto no ambiente afetam diretamente os usuários tanto no aspecto fisiológico como psicológico.
O conforto térmico encontra-se inserido no conforto ambiental, donde também fazem parte o conforto visual (incluindo a psicodinâmica das cores), conforto acústico e qualidade do ar. Seus estudos tem ligação estreita com as áreas de Engenharia e Arquitetura, por serem elas as responsáveis pela concepção e criação dos ambientes nos quais o homem passa grande parte de sua vida. O conforto visual necessita de uma iluminação adequada para a orientação espacial, manutenção da segurança física e reconhecimento das atividades. A acústica inadequada nas escolas é devida a problemas de ruído de impacto, vozes, reverberação, além de ruídos externos. A lotação excessiva das salas também pode criar problemas acústicos negativos para o ambiente escolar e a funcionalidade tem reflexos na produtividade dos usuários, uma vez que o arranjo físico e a ergonometria dos equipamentos pode interferir no desempenho das atividades (KOWALTOWSKI etal,1997).
Assim, condições desfavoráveis em escolas, como temperaturas elevadas, ruído excessivo, iluminação inadequada, densidade excessiva na sala de aula, equipamentos inadequados à faixa etária atendida podem influenciar negativamente no desempenho escolar dos alunos, chegando a causar até distúrbios de saúde (KOWALTOWSKI et al,1997). Um estudo de caso (ARAÚJO, 1999), demonstrou através da avaliação aplicada em dois dias de estações climáticas opostas que o desempenho insatisfatório do conforto térmico alterou a percepção do usuário sobre os demais itens avaliados (acústico, lumínico e ergonômico).
O Conforto Térmico, tomado como uma sensação humana, situa-se no campo do subjetivo e depende de fatores físicos, fisiológicos e psicológicos. Os fatores físicos determinam as trocas de calor do corpo com o meio; já os fatores fisiológicos referem-se a alterações na resposta fisiológica do organismo, resultantes da exposição contínua a determinada condição térmica; e finalmente os fatores psicológicos, que são aqueles que se relacionam às diferenças na percepção e na resposta a estímulos sensoriais, frutos da experiência passada e da expectativa do indivíduo.
Os estudos à respeito desse tema visam principalmente analisar e estabelecer as condições necessárias para a avaliação e concepção de um ambiente térmico adequado às atividades e ocupação humana, bem como estabelecer métodos e princípios para uma detalhada análise térmica de um ambiente. A importância do estudo de conforto térmico está baseada principalmente em 3 fatores:
a) A satisfação do ser-humano ou seu bem-estar em se sentir termicamente confortável;
b) A performance humana, muito embora os resultados de inúmeras investigações não sejam conclusivos a esse respeito, e a despeito dessa inconclusividade, os estudos mostram uma clara tendência de que o desconforto causado por calor ou frio reduz a performance humana. As atividades intelectuais, manuais e perceptivas, geralmente apresentam um melhor rendimento quando realizadas em conforto térmico.
c) A conservação de energia, pois devido à crescente mecanização e industrialização da sociedade, as pessoas passam grande parte de suas vidas em ambientes condicionados artificialmente. Ao conhecer as condições e os parâmetros relativos ao conforto térmico dos ocupantes em seus ambientes, evitam-se desperdícios com calefação e refrigeração, muitas vezes desnecessários.
Diante disso, podemos afirmar que a qualidade térmica dos ambientes escolares relaciona-se diretamente com o bem-estar e consequente desempenho acadêmico dos estudantes. Pois, temperaturas acima ou abaixo da zona de conforto térmico levam a situações de stress térmico e, consequentemente, falta de atenção e baixa produtividade.
JUSTIFICATIVA
Nas edificações escolares, é comum a edificação não apresentar uma condição/estrutura construcional condizente com a realidade climática local. Como por exemplo, a utilização de paredes pesadas de considerável massa, de terra, rocha e alvenaria em regiões de clima quente e seco, pois sua inércia térmica permite-lhes atrasar a entrada e saída do calor e diminuir as variações térmicas diárias. Sendo assim necessário recorrer a tecnologias para a climatização artificial (ventiladores ou condicionadores de ar) e iluminação do ambiente (lâmpadas), altamente consumidores de energia, e que, na maioria das vezes são utilizados de maneira incorreta, acarretando desconforto térmico.
As discussões sobre o ambiente construído e suas relações com os seres humanos são muitas, mas poucas as suas aplicações nos projetos arquitetônicos escolares. Desta forma, estudos dessa natureza tornam-se relevantes, pois a escola é um dos principais lugares em que os seres humanos adquirem competências e habilidades, a serem utilizadas na vida pessoal e profissional.
Na literatura nacional, estudos demonstram que a maioria das edificações escolares apresentam condições ambientais aquém das desejadas. As principais falhas dizem respeito às condições de conforto térmico e à funcionalidade (ORNSTEIN e BORELLI, 1995). Como já foi dito, a maioria dessas falhas está relacionada com a elaboração do projeto da edificação, tendo em vista a orientação das aberturas e a inadequação dos elementos de proteção solar gerando insolação excessiva. Outros componentes que determinam o conforto térmico, além do projeto da edificação, são as atividade exercida pelos usuários no local, a lotação do ambiente, o vestuário usado pelos ocupantes e, por fim, o comportamento dos indivíduos, que vai influir no ajuste do próprio conforto.
Dessa maneira, situações de desconforto térmico, causadas seja por temperaturas extremas, falta de ventilação adequada, umidade excessiva combinada com temperaturas elevadas, radiação térmica devida a superfícies aquecidas, podem ser prejudiciais. Outro ponto a ser considerado, é que asfontes comuns de desconforto térmico, como temperaturas demasiadamente baixas ou baixo desempenho térmico das envoltórias resultam no aumento do consumo energético e, dessa forma, desperdício de recursos financeiros.
Com relação aos alunos, a situação torna-se passível de uma melhor apreciação, pois eles estão em pleno processo de aprendizagem e necessitam de um local que ofereça ambientes apropriados, o que inclui as condições climáticas. Essa atenção especial é justificável porque o organismo humano é sensível às variações térmicas do ambiente e este reage conforme as condições climáticas do local, fechado ou aberto (ar livre), associadas à infinidade de tarefas desenvolvidas diariamente.
O campus Cajazeiras do IFPB está localizado na região do sertão paraibano, caracterizado pelo clima quente e seco, pertencente a zona bioclimática 07, de acordo com a NBR 15220. Todas as salas de aulas são climatizadas, apesar disso, as sensações de desconforto térmico são comumente observadas, devido ao subdimensionamento dos aparelhos condicionadores de ar, ao desconhecimento técnico sobre o funcionamento desses aparelhos, e também devido à falhas no projeto da edificação.
Logo, tendo em vista que a qualidade ambiental do espaço acadêmico é de fundamental importância para a melhoria do ensino, vê-se a relevância da presente pesquisa, que visa avaliar a qualidade dos ambientes térmicos das salas de aulas do IFPB- Campus Cajazeiras, levando-se em conta o clima quente e seco, característico dessa região. Podendo assim, oferecer garantia de conforto térmico aos alunos. Pretendendo-se também contribuir para a redução do consumo de energia elétrica, com os estudos realizados.
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
3.1	CONCEITOS INICIAIS
Ao estudar os aspectos relativos ao conforto térmico, são encontradas duas abordagens diferentes e com prescrições distintas de como as condições microclimáticas das edificações podem ser administradas. Tais abordagens são resultados de dois grandes grupos de pesquisas normalmente utilizados nos estudos de conforto térmico, sendo a primeira realizada em câmaras climatizadas e chamada de modelo estático, e a segunda, proveniente de estudos de campo, é conhecida como modelo adaptativo, proposto por Michael Humphreys (1979). Embora oriundas de metodologias distintas, as duas correntes de pesquisa possuem o mesmo objetivo final: a busca das condições que mais satisfaçam o homem com relação às suas sensações térmicas. Aqui, iremos utilizar o modelo adaptativo, onde os estudos são realizados em situações reais do cotidiano, com pessoas desempenhando suas atividades rotineiras. Nestas pesquisas, o pesquisador não interfere nas variáveis ambientais e pessoais, e as pessoas expressam suas sensações e preferências térmicas de acordo com escalas apropriadas. 
A partir disso, para melhor entender a respeito de Conforto Térmico, e a aplicação de sua avaliação nesta pesquisa, vamos apresentar inicialmente a diferença entre este e Neutralidade Térmica, como também as variáveis que o conforto térmico envolve.
Como esclarece Lamberts (2005), o Conforto Térmico Ambiental pode ser entendido como “estado mental que expressa a satisfação do homem com o ambiente térmico que o circunda”, sendo medido através das sensações individuais ou de um grupo de pessoas. Frota e Schiffer (2003, p.17) complementam que o “homem tem melhores condições de vida e de saúde quando seu organismo pode funcionar sem ser submetido à fadiga ou estresse, inclusive térmico”. Já a neutralidade térmica, pode ser definida como “O estado físico no qual todo o calor gerado pelo organismo através do metabolismo seja trocado em igual proporção com o ambiente ao seu redor, não havendo nem acúmulo de calor e nem perda excessiva do mesmo, mantendo a temperatura corporal constante”. 
Segundo Fanger, (1970), como o conforto térmico envolve variáveis físicas e também variáveis subjetivas ou pessoais, não é possível que um grupo de pessoas sujeitas ao mesmo ambiente, ao mesmo tempo, esteja todo ele satisfeito com as condições térmicas do mesmo, devido às características individuais das pessoas. 
As variáveis físicas de influência para a obtenção do conforto térmico são: temperatura do ar, temperatura média radiante, umidade do ar e velocidade relativa do ar. As variáveis pessoais envolvidas nas análises, são: atividade desempenhada pela pessoa (indicativa da quantidade de calor produzida pelo organismo, e apresentada sob a forma de taxa metabólica) e vestimenta utilizada pela pessoa (indicativa da resistência térmica oferecida às trocas de calor entre o corpo e o ambiente, e apresentada sob a forma de isolamento térmico das roupas). Segundo Howell e Stramler (1981), além das variáveis acima, normalizadas, existem variáveis psicológicas a serem levadas em consideração nos estudos de conforto térmico, tão ou mais significativas do que as padronizadas, que são: temperatura percebida pela pessoa, sentimento próprio de se sentirem mais aquecidas ou mais refrescadas do que outras pessoas, tolerância percebida ou tolerabilidade, ajustamento ou adaptação.
3.2	CONDIÇÕES PARA O CONFORTO TÉRMICO
Podemos dizer que existem 3 condições para que se possa atingir o conforto térmico (representadas esquematicamente na Figura 1):
a) Que a pessoa se encontre em neutralidade térmica;
b) Que a temperatura de sua pele, e sua taxa de secreção de suor, estejam dentro de certos limites compatíveis com sua atividade;
c) Que a pessoa não esteja sujeita a desconforto localizado.
Figura 1: Representação esquemática das condições necessárias à obtenção de conforto térmico. Fonte: LAMBERTS, 2011.
3.2.1	Verificação da neutralidade térmica ou do balanço térmico
Segundo Fanger (1970), a primeira condição para que uma pessoa esteja em conforto térmico, é que a mesma se encontre em balanço térmico, isto é, que todo o calor gerado por seu organismo seja transferido na mesma proporção ao ambiente, através de perdas por convecção, radiação, evaporação e eventualmente também por condução através das roupas.
Logo, a expressão do balanço de energia entre o corpo e o ambiente pode assim ser descrita:
Onde:
M = Taxa metabólica de produção de calor, ();
W = taxa de eficiência mecânica, ();
= taxa total de perda de calor pela pele, ();
 = taxa total de perda de calor através da respiração, ();
C + R = perda de calor sensível pela pele (convecção. + radiação.), ();
= taxa de perda de calor total por evaporação do suor, ();
= taxa de perda de calor latente por convecção, ();
 = taxa de perda de calor latente por evaporação, ();
3.2.2	Limites da temperatura da pele e da taxa de secreção de suor:
Esses dois parâmetros são, segundo os estudos Fanger (1970), as únicas variáveis fisiológicas que influenciam o balanço térmico e a condição de conforto térmico de uma pessoa, e eles são funções do tipo de atividade desempenhada pelo indivíduo. Ouse seja, se uma pessoa estiver desempenhando determinada atividade, e estiver suando mais ou menos do que os estudos mostraram que deveria estar, essa pessoa não estará em conforto térmico, mesmo se verificando a situação de neutralidade térmica e não estando sujeita a algum tipo de desconforto localizado. Assim, a 2ª condição para que uma pessoa esteja em conforto térmico, pode ser assim exprimida:
 ; 
= 0,42(M 58,15)
Onde:
 = temperatura média da pele (ºC);
 = taxa de secreção do suor (); 
M = taxa metabólica, através da atividade desempenhada ( );
a, b, c, d = parâmetros empíricos, em função da atividade desempenhada.
3.2.3	Desconforto térmico localizado
Vários fatores podem causar desconforto localizado em indivíduos no desempenho de quaisquer atividades. Esses fatores, como o próprio nome sugere, não atingem o corpo como um todo, porém apenas uma parte, assim ela não se encontrará em conforto devido a essa insatisfação localizada. A ASHRAE (1997), aponta 4 fatores como sendo os principais geradores de desconforto localizado: assimetria de radiação térmica, correntes de ar indesejáveis,diferenças na temperatura do ar no sentido vertical e contato com pisos aquecidos ou resfriados.
3.3	ÍNDICES DE CONFORTO TÉRMICO
3.3.1	Voto médio estimado, PMV:
O PMV é o índice representativo dos votos de um grande grupo de pessoas, oriundo dos estudos de Fanger (1970), em câmaras climatizadas, anotados em uma escala de sete pontos de sensações térmicas, como a sugerida pela ASHRAE, (1997), ou ISO 10551, (1995):
Figura 2: Escala de Sete Pontos. Fonte: LAMBERTS, 2011.
A sensação real sentida pela pessoa é representada pela “equação do PMV” ou equação do voto médio estimado, que pode assim ser representada:
PMV = (0,303 
Onde:
PMV = voto médio estimado, ou voto de sensação de conforto térmico
M = Atividade desempenhada pelo indivíduo
L = Carga Térmica atuante sobre o corpo.
O PMV pode ser obtido quando a atividade (taxa metabólica) e a vestimenta (isolamento térmico) forem conhecidos, e as quatro variáveis ambientais citadas anteriormente forem medidas de acordo com as determinações da ISO-DIS 7726 (1996). É recomendado, segundo a ISO 7730, a utilização do índice do PMV, entre os valores de -2 a +2 da Escala de 7 pontos acima. 
3.3.2	A percentagem de pessoas insatisfeitas, PPD:
O PPD é um índice de conforto térmico, derivado do cálculo do PMV, o qual estima a quantidade de pessoas, dentro de um grande grupo, que estão insatisfeitos termicamente com o ambiente. O PPD fornece a porcentagem dessas pessoas, as quais se sentem desconfortáveis termicamente, isto é, seus votos de conforto na escala de percepção da ISO 10551, (1995), foram: +3, +2, -2 e -3.
Quando o PMV estiver calculado, o PPD pode ser obtido pelo gráfico constante na ISO 7730 (1994), mostrado na Figura 3, ou através expressão apresentada pela equação abaixo:
Figura 3: Percentagem de pessoas insatisfeitas (PPD), em função do voto médio estimado (PMV). LAMBERTS, 2011.
A partir disso, de acordo com a ISO 7730 (1994), anexo D, um ambiente é considerado aceitável termicamente, quando ele satisfaça pelo menos 80% de seus ocupantes, ou seja quando apresentar um valor médio para o PPD inferior a 10% por calor e inferior a 10% por frio.
OBJETIVOS
4.1 	GERAL
Determinação de índices ambientais de conforto térmico, no Bloco 04-A do IFPB, Campus Cajazeiras, considerando os estudantes dos Cursos Técnicos Integrados, em atividade escolar.
4.2	ESPECÍFICOS
Monitorar o desempenho térmico das salas de aula;
Avaliar a sensação térmica dos usuários de acordo com os parâmetros PMV e PPD adotados pelas normas ISO 7730/2005 e ISO/DIS 7726/98;
Propor soluções técnicas de intervenção para a melhoria do ambiente térmico das salas de aula;
Produção de um relatório final, para amostra das conclusões obtidas.
METODOLOGIA
5.1	CONDIÇÕES PRELIMINARES
Os estudos de conforto térmico aqui realizados, serão baseados no Modelo Adaptativo, proposto por Michael Humphreys (1979). Dessa forma, inicialmente será realizada a caracterização climática da cidade de Cajazeiras através dos dados referentes ao ano climático de referência, a partir da estação meteorológica automática localizado no município de São Gonçalo. 
As medições técnicas, observações técnicas, aplicações de questionários e observações do comportamento dos alunos referente ao conforto ambiental serão realizadas no IFPB- Campus Cajazeiras, considerando os alunos dos Cursos Técnicos Integrados do Bloco 04-A.
5.2	MEDIÇÕES E AVALIAÇÕES TÉCNICAS
	As medições térmicas das salas de aula serão realizadas com auxílio de equipamentos específicos para a avaliação de conforto térmico, como registradores de temperatura e umidade do ar, conforme disposto na norma internacional ISO/DIS 7726/96 - Ambientes Térmicos - Instrumentos e Métodos para medições das quantidades físicas. 
 As avaliações técnicas serão registradas em um relatório de observações (Planilha Técnica de Avaliação) que tem por objetivo o entendimento dos aspectos arquitetônicos. Também serão introduzidas modificações no ambiente, tais como fechar janelas, e cortinas e modificado o arranjo do mobiliário. Com relação ao tipo de vestimenta dos alunos durante a aula (fator de influência nas condições de conforto) será considerado o uso de calça jeans, camiseta e tênis. 
5.3	APLICAÇÃO DE QUESTIONÁRIO
A conscientização das pessoas entrevistadas, sobre a importância dos dados subjetivos coletados através de questionários específicos, faz parte integrante da operacionalização e sucesso de qualquer pesquisa de campo. No presente estudo, por se buscar a verificação de parâmetros em situação real, essa importância é ainda mais clara.
Pretende-se aplicar dois tipos de questionários específicos: para alunos e professores. Onde, serão introduzidas, por exemplo, questões relativas à idade e ao sexo e também com relação às sensações e preferências térmicas, itens principais da coleta de dados subjetivos.
5.4 	CÁLCULO DOS ÍNDICES DE CONFORTO TÉRMICO
	Os dados registrados serão tabulados em planilha eletrônica e a partir disso, serão calculados os índices de conforto térmico, através da metodologia proposta pela norma internacional ISO 7730/94 - Ambientes térmicos moderados - Determinação dos índices PMV e PPD e especificações das condições para conforto térmico.
5.5	 CONCLUSÃO DO PROJETO
Serão feitas discussões dos resultados obtidos e sua comparação com os valores dispostos nas normas, para a realização de um relatório final das conclusões obtidas nos estudos realizados.
CRONOGRAMA
	Etapas
	Ano
	
	2017
	2018
	
	Outubro
	Novembro
	Dezembro
	Janeiro
	Fevereiro
	Março
	1. Revisão bibliográfica
	X
	X
	X
	X
	X
	X
	2. Definição da pesquisa/objetivos
	X
	
	
	
	
	
	3. Monitoramento térmico das salas de aula/Coleta de dados
	X
	X
	X
	
	
	
	4. Cálculo de conforto térmico - Análise e discussão dos dados
	
	
	
	X
	X
	
	5. Elaboração do relatório 
	
	
	
	X
	X
	
	6. Correções do texto e datilografia 
	
	
	
	
	X
	X
	7. Redação final do TCC
	
	
	
	
	
	X
	8. Defesa 
	
	
	
	
	
	X
REFERÊNCIAS
Moderate thermal environments - Determination of the PMV and PPD indices and specification of the conditions for thermal comfort, ISO 7730. Genebra, 1994.
Ergonomics of the thermal environment - Instruments for measuring physical quantities, ISO/DIS 7726. Genebra, 1996.
XAVIER, Antonio. Condições de Conforto Térmico para estudantes do 2º grau na região de Florianópolis, 1999, Salvador, Bahia. Disponível em: https://www.researchgate.net/profile/Roberto_Lamberts/publication/268377215_CONDICOES_DE_CONFORTO_TERMICO_PARA_ESTUDANTES_DE_2_GRAU_NA_REGIAO_DE_FLORIANOPOLIS/links/54d23c360cf2b0c6146906a4.pdf. Acesso em: 01 out. 2017.
LAMBERTS, Roberto. Conforto e stresse térmico, 2011, Santa Catarina. Disponível em: <http://www.labeee.ufsc.br/sites/default/files/disciplinas/ECV4200_apostila%202011.pdf_2.pdf> Acesso em: 01 out.2017. 
FREITAS, Ruskin. M.; AZERÊDO, Jaucele. F. A. (s.d.). Cadernos ProArq20 – A disciplina conforto ambiental: uma ferramenta prática na concepção de projetos de arquitetura, de urbanismo e de paisagismo. Disponível em: <http://cadernos.proarq.fau.ufrj.br/public/docs/Proarq_20-094.pdf>. Acesso em: 29 set.2017.
BERNARDI, Núbia; KOWALTOWSKI, D. C. Avaliação da interferência comportamental do usuário para a melhoria do conforto ambiental em espaços escolares: Estudo de caso em Campinas – SP. In: VI ENCONTRO NACIONAL E III ENCONTRO LATINO-AMERICANO SOBRE CONFORTO NO AMBIENTE CONSTRUÍDO, 2001, São Pedro-SP. Disponível em: <http://www.dkowaltowski.net/1061.pdf>. Acesso em: 29 set.2017.
FROTA, A. B.; SCHIFFER, S. R. Manual de conforto térmico. São Paulo: AMPUB comercial LTDA, 2006. Disponível em: <https://books.google.com.br/books?id=0YHkrOiZIHQC&pg=PA4&lpg=PA4&dq=Manual+de+conforto+t%C3%A9rmico.+S%C3%A3o+Paulo:+AMPUB+comercial+LTDA&source=bl&ots=2f-1v7PpYw&sig=NU2K_J3TM_PtsUD-KH4djlTpdeg&hl=pt-BR&sa=X&ved=0ahUKEwjboJO08KnKAhXIIZAKHfWkBpoQ6AEIHTAA#v=onepage&q=Manual%20de%20conforto%20t%C3%A9rmico.%20S%C3%A3o%20Paulo%3A%20AMPUB%20comercial%20LTDA&f=false>.Acesso em: 01 out.2017