Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
Desempenho Térmico de edificações Aula 2: Conforto Térmico PROFESSOR Roberto Lamberts ECV 5161 UFSC FLORIANÓPOLIS e stru tu ra 2 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 2: Conforto Térmico cálculo + modelos + normas variáveis + humanas + ambientais + outras 42 d e fin ição 3 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 2: Conforto Térmico ”conforto térmico é o estado da mente que expressa satisfação do homem com o ambiente térmico que o circunda”. ASHRAE (American Society of Heating, Refrigeration and Air Conditioning Engineers) 42 d e fin ição 4 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 2: Conforto Térmico A insatisfação com o ambiente térmico pode ser causada pela sensação de desconforto por calor ou frio quando o balanço térmico não é estável, ou seja, quando há diferenças entre o calor produzido pelo corpo e o calor perdido para o ambiente 42 d e fin ição 5 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 2: Conforto Térmico Neutralidade térmica: Estado físico no qual todo o calor gerado pelo organismo através do metabolismo é trocado na mesma proporção com o ambiente ao redor, não havendo nem acúmulo de calor, nem perda excessiva do mesmo, mantendo a temperatura corporal constante neutralidade térmica é uma condição necessária, mas não suficiente para que uma pessoa esteja em conforto térmico. Um indivíduo que estiver exposto a um campo assimétrico de radiação, pode estar em neutralidade térmica, porém não estará em conforto térmico Conforto térmico Neutralidade térmica 42 d e fin ição 6 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 2: Conforto Térmico Fatores pelos quais os estudos de conforto térmico são importantes: 1. A satisfação do homem, permitindo-lhe se sentir termicamente confortável 2. A performance humana: As atividades intelectuais, manuais e perceptivas, geralmente apresentam um melhor rendimento quando realizadas em conforto térmico 3. A conservação de energia: Ao conhecer as condições e os parâmetros relativos ao conforto térmico dos ocupantes do ambiente, evitam-se desperdícios com aquecimento e refrigeração. 42 variáve is – cálcu lo 7 variáveis de conforto Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 2: Conforto Térmico variáveis humanas MET: Metabolismo CLO: Vestimenta variáveis ambientais Tar: Temperatura do ar Trad: Temp Média Rad. Vel: Velocidade do ar RH: Umidade relativa Outras... Idade Altura Sexo Peso 42 V A R IÁ V EI S D E C O N FO R TO - H U M A N A S + A temperatura interna do corpo humano é praticamente constante, variando aproximadamente de 36 a 37° 8 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 2: Conforto Térmico A quantidade de calor liberado pelo organismo ocorre em função da atividade desenvolvida. Este calor será dissipado através de mecanismos de trocas térmicas entre o corpo e o ambiente, envolvendo: . MET . CLO - Trocas secas: condução, convecção, radiação. (calor sensível) - Trocas úmidas: evaporação. Respiração e Transpiração (calor latente) 42 SI ST EM A T ER M O R R EG U LA D O R H U M A N O + 9 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 2: Conforto Térmico Diagrama da regulação térmica humana autônoma e comportamental Adaptado de:Hensen (1991) • Variável controlada: valor integrado de temperaturas internas (próximas do sistema nervoso central e núcleo) e as temperaturas da pele. • Sistema controlado: é influenciado pela temperatura interna (geração interna de calor/metabolismo) e externa (calor ou frio originado pelo ambiente). • As perturbações na temperatura de um ambiente são rapidamente detectadas pelos termorreceptores da pele. 42 10 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 2: Conforto Térmico 31° C 35° C 37° C 39° C 43° C Te m p er at u ra C o rp o ra l Acima de 43°C – Situação Letal Acima de 39°C – Ocorre a perda da eficiência no trabalho Acima de 37°C – Inicia-se o fenômeno do suor Abaixo de 36°C – Inicia-se o reflexo de arrepio Abaixo de 35°C – Ocorre a perda da eficiência no trabalho Abaixo de 31°C – Situação Letal Vasoconstrição Vasodilatação Aproximadamente 36,5°C Zonas de respostas fisiológicas Temperatura Corporal Adaptado de: Longman, Inc., (2001) SI ST EM A T ER M O R R EG U LA D O R H U M A N O + 42 11 Os mecanismos termorreguladores são ativados quando as condições térmicas do meio ultrapassam certas faixas de frio ou calor. Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 2: Conforto Térmico Frio: Evitar perdas térmicas do corpo e aumentar a produção interna de calor. Perdas de calor por radiação e convecção orgão interno Perdas de calor por convecção Vasoconstrição periférica Arrepio Aumento do metabolismo Pele mais rugosa v. h u m an as – v. am b ien tais – o u tras v. – cálcu lo 42 12 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 2: Conforto Térmico Mecanismos instintivos e culturais para proteção do frio Mecanismos instintivos Mecanismos culturais v. h u m an as – v. am b ien tais – o u tras v. – cálcu lo 42 13 Calor: Incrementar as perdas térmicas do corpo e reduzir a produção interna de calor Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 2: Conforto Térmico Vasodilatação periférica Suor Redução do metabolismo Boa evaporação Pouca evaporação Perdas de calor por radiação e convecção v. h u m an as – v. am b ien tais – o u tras v. – cálcu lo 42 14 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 2: Conforto Térmico Mecanismos instintivos Mecanismos culturais Mecanismo instintivos e culturais para proteção contra o calor v. h u m an as – v. am b ien tais – o u tras v. – cálcu lo 42 15 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 2: Conforto Térmico v. h u m an as – v. am b ien tais – o u tras v. – cálcu lo Taxa metabólica para diferentes atividades. ISO 7730 (2005) Através do metabolismo o organismo adquire energia a partir de elementos combustíveis orgânicos. A quantidade de energia liberada depende da quantidade de atividade muscular (Quanto maior a atividade física, maior o metabolismo). MET: unidade utilizada para descrever a energia produzida por unidade de área de uma pessoa em repouso (1 MET = 58W/m²) 42 16 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 2: Conforto Térmico Vestimenta impõe uma resistência térmica entre o corpo e o meio, representando uma barreira para as trocas de calor por convecção v. h u m an as – v. am b ien tais – o u tras v. – cálcu lo Índice de resistência térmica para vestimentas segundo ISO 7730 (2005 CLO: Unidade de medição da resistência térmica da roupa. (1 clo = 0.155m²°C/W) 42 17 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 2: Conforto Térmico v. h u m an as – v. am b ien tais – o u tras v. – cálcu lo 42 V A R IÁ V EI S D E C O N FO R TO - A M B IE N TA IS + O corpo humano não sente a temperatura de um quarto, e sim a perda ou ganho de energia do corpo no espaço 18 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 2: Conforto Térmico As condições do ambiente relacionadas com o conforto são: + Temperatura do ar + Temperatura média radiante + Umidade relativa do ar + Velocidade do ar A influência dos quatro parâmetros na perda ou ganho de energia não é igual, sendo que a temperatura do ar e temperatura média radiante tem a maior importância. Porem não é suficiente medir só um deles. 42 19 Temperatura do ar: Também chamada TBS (temperatura de bulbo seco) Desempenho térmico em edificações|Roberto Lamberts Aula 2: Conforto Térmico v. h u m an as – v. am b ie n tais – o u tras v. – cálcu lo A sensação de conforto baseia-se na perda de calor do corpo através da diferença de temperatura entre a pele e o ar. As massas de ar são aquecidas em virtude do contato com a pele, permitindo a perda de energia do corpo. O ar mais quente torna-se mais leve e sobe enquanto o mais frio desce, proporcionando uma sensação de resfriamento do ambiente graças a movimentação do ar conhecida como convecção natural. Pei-Chun Liu (et al) “Evaluation of buoyancy-driven ventilation in atrium buildings using computational fluid dynamics and reduced-scale air model”. 42 20 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 2: Conforto Térmico v. h u m an as – v. am b ie n tais – o u tras v. – cálcu lo Trocas entre um ambiente real e o corpo e entre um ambiente imaginário e o mesmo corpo, através da temperatura média radiante. Fonte: innova.dk Temperatura média radiante: Temperatura uniforme de um ambiente imaginário no qual a troca de calor por radiação é igual ao ambiente real não uniforme. Trocas de calor entre diferentes corpos 42 21 Umidade relativa do ar (UR): fornece a quantidade de vapor de água no ar em relação à quantidade máxima que pode conter a uma determinada temperatura. Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 2: Conforto Térmico v. h u m an as – v. am b ie n tais – o u tras v. – cálcu lo À medida que a temperatura do meio se eleva, dificultando as perdas por convecção e radiação, o organismo aumenta sua eliminação por evaporação. Quanto maior a UR, menor a eficiência da evaporação na remoção do calor. A UR é utilizada para determinar a umidade absoluta (expressa em termos de pressão parcial de vapor), parâmetro que permite determinar as trocas por evaporação entre o homem e o ambiente. 42 22 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 2: Conforto Térmico v. h u m an as – v. am b ie n tais – o u tras v. – cálcu lo + Parâmetro que modifica as trocas de calor por convecção e evaporação de uma pessoa, retirando o ar quente e a água em contato com a pele com maior eficiência, reduzindo a sensação de calor. (quanto maior for, maior será a sensação de perda de calor). UMIDADE RELATIVA DO AR VELOCIDADE DO AR PERDA DE CALOR POR EVAPORAÇÃO = Velocidade do ar 42 23 Equipamentos para medição das variáveis ambientais Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 2: Conforto Térmico v. h u m an as – v. am b ie n tais – o u tras v. – cálcu lo Termômetro de globo. Termo anemômetro Psicrômetro giratório para medição de TBS e TBU Temp. de Globo Velocidade do ar Umidade relativa Temperatura do ar Anemômetro sensor 42 24 Cálculo da temperatura radiante média: pode se calcular através da T. globo e T. do ar Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 2: Conforto Térmico v. h u m an as – v. am b ie n tais – o u tras v. – cálcu lo Onde: Hcg é o coeficiente de troca de calor por convecção do globo; ΔT é a diferença de temperatura (tg - ta) D é o diametro do globo (normal/ 15cm) V é a Velocidade do ar (m/s) Onde: tg é a temperatura de termômetro de globo (C°); ta é a temperatura do ar (°C); V é a Velocidade do ar (m/s) Coeficiente de troca de calor por convecção: Utiliza se para definir a equação a ser adotada no cálculo da temperatura radiante média Dependendo do “Coeficiente de troca de calor” que for maior, adota se a temperatura radiante média para a forma de convecção correspondente a esse coeficiente * * * * * * 42 25 Cálculo da umidade relativa: carta psicrométrica Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 2: Conforto Térmico v. h u m an as – v. am b ie n tais – o u tras v. – cálcu lo Temperatura bulbo seco (°C) Umidade relativa 42 V A R IÁ V EI S D E C O N FO R TO - O U TR A S + 26 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 2: Conforto Térmico + Idade + Raça + Hábitos alimentares + Altura + Sexo 42 M ét o d o s d e A va lia çã o d e C o n fo rt o + + Modelo Estático + Modelo Adaptativo 27 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 2: Conforto Térmico As pesquisas de conforto térmico e os métodos de avaliação estão divididos em dois grandes grupos: Pesquisas em Câmaras Climatizadas (Método Estático) Pesquisas de Campo (Método Adaptativo) Realizadas no interior de ambientes totalmente controlados pelo pesquisador, onde as variáveis ambientais e pessoais podem ser o manipuladas Realizadas em situação real, onde o pesquisador não interfere no andamento das atividades e nas variáveis ambientais 42 + Modelo Estático + Modelo Adaptativo 28 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 2: Conforto Térmico Modelo Estático “... Para dado nível de atividade, a temperatura média da pele (ts) e a taxa de secreção do suor (Esw) podem ser consideradas como as únicas variáveis fisiológicas que influem sobre o equilíbrio de calor na equação do conforto térmico...” (Ole Fanger, 1970) Modelo Adaptativo “... A temperatura de conforto não é uma constante, e sim varia de acordo com a estação, e temperatura a que as pessoas estão acostumadas...” (Michael A.Humphreys, 1979) M ét o d o s d e A va lia çã o d e C o n fo rt o + 42 29 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 2: Conforto Térmico v. h u m an as – v. am b ien tais – o u tras v. – cálcu lo Onde: PMV= voto médio estimado ou voto de sensação de conforto térmico M= Atividade desempenhada pelo individuo L= Carga térmica atuante sobre o corpo •Muito quente +3 •Quente +2 •Levemente quente +1 •Neutro 0 •Levemente frio -1 •Frio - 2 •Muito frio -3 A escala sétima da ASHRAE, ou escala de sete pontos é utilizada para determinação real das sensações térmicas das pessoas PMV: O “voto médio predito” é um índice que prevê um valor médio de sensação térmica de um grande grupo de pessoas, segundo a escala de de 7 pontos (ASHRAE). Foi criado através de análises estatísticas de acordo com resultados obtidos por Fanger (1972) em estudos na Dinamarca em câmaras climatizadas. A sensação térmica de um indivíduo é representada pela equação do PMV Modelo Estático – Baseado no balanço de calor, modelo utilizado nas avaliações em ambientes condicionados artificialmente. 42 30 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 2: Conforto Térmico v. h u m an as – v. am b ien tais – o u tras v. – cálcu lo Substituindo o valor de “L” a equação do PMV fica da forma a seguir: Onde: M = Taxa metabólica, em W/m2, W = Trabalho mecânico, em W/m2, sendo nulo para a maioria das atividades, Icl = Resistência térmica das roupas, em m2.ºC/W, fcl = Razão entre a área superficial do corpo vestido, pela área do corpo nú, ta = Temperatura do ar, em ºC, tr = Temperatura radiante média, em ºC, var = Velocidade relativa do ar, em m/s, pa = Pressão parcial do vapor de água, em Pa, hc = Coeficiente de transferência de calor por convecção, em W/m2.ºC, tcl = Temperatura superficial das roupas, em ºC. Pode ser obtida a partir do MET (1MET=58,2W/m²) Pode ser obtida a partir do CLO (1CLO=0,155m².C/W) Modelo Estático 42 31 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 2: Conforto Térmico v. h u m an as – v. am b ien tais – o u tras v. – cálcu lo O PPD se baseia na percentagem de um grande grupo de pessoas que gostariam que o ambiente estivesse mais quente ou mais frio (voto +3, +2 ou -3 e -2, na escala sétima de sensações). Ele pode ser determinado analiticamente (conforme a equação abaixo em função do PMV), ou extraído da figura a seguir: PMV e PPDDevido à variação biológica entre as pessoas, é impossível que todos os ocupantes de um ambiente se sintam termicamente confortáveis ao mesmo tempo. O PPD (porcentagem de pessoas insatisfeitas) estabelece a quantidade estimada de pessoas insatisfeitas dentro de um mesmo ambiente. Modelo Estático 42 32 Princípio básico do modelo adaptativo: ao ocorrer uma mudança de temperatura que gera desconforto, as pessoas reagem de forma a restaurar o conforto térmico. Neste modelo são considerados outros fatores além dos da física e fisiologia: Demografia (gênero, idade, classe social), contexto (composição da edificação, estação, clima) e cognição (atitudes, preferências e expectativas). Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 2: Conforto Térmico v. h u m an as – v. am b ien tais – o u tras v. – cálcu lo Adaptação ao clima interno Ajustes Comportamentais/ Tecnológicos Aclimatação Adaptação fisiológica ao clima Habituação Adaptação psicológica/difere ntes expectativas Dúvidas quanto a validação dos resultados aplicando o modelo estático em regiões quentes e úmidas iniciaram discussões que deram origem ao modelo adaptativo... Os 3 componentes de adaptação ao clima interno. Adaptado de: de Dear, Brager e Cooper (1997) Modelo Adaptativo 42 33 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 2: Conforto Térmico v. h u m an as – v. am b ien tais – o u tras v. – cálcu lo Modelo Adaptativo 42 34 Categorias da adaptação: Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 2: Conforto Térmico v. h u m an as – v. am b ien tais – o u tras v. – cálcu lo • Ajustes Comportamentais: Modificações conscientes ou inconscientes - Ajustes pessoais: roupa, atividade, postura; - Ajustes Tecnológicos ou Ambientais: Fechar/Abrir janelas, ligar o ventilador; • Ajustes Fisiológicos: Mudanças nas respostas fisiológicas - Adaptações genéticas: herança genética de um indivíduo ou grupo de pessoas; - Aclimatação: mudanças inerentes ao sistema termo-regulador; •Ajustes Psicológicos: Percepções e reações das informações sensoriais - Habituação, exposição repetitiva ou crônica, que conduz a uma diminuição da intensidade da sensação evocada anteriormente. Modelo Adaptativo 42 35 A nova versão da norma americana ASHRAE Standard 55-2010 apresenta um método opcional para determinação condições térmicas aceitáveis em espaços naturalmente ventilados. Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 2: Conforto Térmico Limites aceitáveis da temperatura operativa (zona de conforto) para espaços condicionados naturalmente. ASHRAE 55-2010 v. h u m an as – v. am b ien tais – o u tras v. – cálcu lo Modelo Adaptativo 42 C o n fo rto Té rm ico 36 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 2: Conforto Térmico Conforto Térmico Desconforto Localizado Temp. da pele e taxa secreção dentro dos padrões Neutralidade Térmica Ambiente Real Condições Básicas de Conforto Térmico 42 C o n fo rto Té rm ico 37 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 2: Conforto Térmico Desconforto localizado: Diferença na temp. do ar no sentido vertical Correntes de ar Pisos aquecidos ou resfriados Assimetria de radiação 42 38 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 2: Conforto Térmico Os Índices de Conforto Térmico podem ser estimados com o auxílio de Softwares... O software da ASHRAE calcula os índices: - PMV/PPD - Temperatura Efetiva (ET) - Temperatura Efetiva Padrão (SET) - Temperatura neutra dos modelos adaptativos de Humphreys e Auliciems. Avaliação de Conforto Térmico 42 39 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 2: Conforto Térmico Ou através de calculadoras onlines: Ex.: Universidade de Berkley: http://cbe.berkeley.edu/comforttool/ 42 Avaliação de Conforto Térmico 40 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 2: Conforto Térmico v. h u m an as – v. am b ien tais – o u tras v. – cálcu lo A ISO 7730 (Anexo E) disponibiliza tabelas para uma estimativa rápida dos valores de PMV/PPD, que se aplicam em ambientes condicionados artificialmente com umidade relativa (UR) de 50% 42 41 Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 2: Conforto Térmico v. h u m an as – v. am b ien tais – o u tras v. – cálcu lo 42 42 ASHRAE 55: Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy (em constante revisão) ISO 7730: 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. (Última revisão publicada: 2005) ISO 7726: Ambientes Térmicos - Instrumentos e Métodos para medições das quantidades físicas. Última revisão publicada: 1998) NORMA BRASILEIRA?? Desempenho térmico em edificações| Roberto Lamberts Aula 2: Conforto Térmico v. h u m an as – v. am b ien tais – o u tras v. – cálcu lo 42
Compartilhar