AUT0276 DESEMPENHO TÉRMICO, ARQUITETURA E URBANISMO

Clima e Conforto térmico

Profa. Dra. Denise Helena Silva Duarte, Prof. Dr. Leonardo Marques Monteiro, Prof. Dra. Ranny Loureiro Xavier Nascimento Michalski

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CONFORTO

quanto maior for o esforço de adaptação

maior será a sensação de desconforto

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CONFORTO TÉRMICO

• Variáveis envolvidas na transferência de calor

• Variáveis do clima exterior

• Variáveis do conforto humano

AUT0264 CONFORTO AMBIENTAL IV – TÉRMICA

Mecanismos de troca de calor

• Trocas térmicas sensíveis: envolvem diferença de temperatura

– Convecção

– Radiação

– Condução

• Trocas térmicas latentes: envolvem mudança de estado

– Evaporação

– Condensação

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Variáveis do clima exterior

1. Temperatura (K, ºF, ºC, ºR)

– do ar

– superficial

2. Umidade

– relativa (%)

– específica (g de vapor d’água/kg de ar seco)

3. Radiação solar

– direta e difusa (W/m2)

– insolação (h)

4. Vento

– direção (graus)

– velocidade (m/s, Km/h, nós)

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Variáveis do conforto 1. Metabolismo (MET)

2. Vestimenta (CLO)

3. Parâmetros que descrevem

termicamente o ambiente

– Temperatura do ar

– Temperatura radiante média

– Velocidade do ar

– Umidade do ar

Fonte: LAMBERTS. Roberto, et al. Eficiência

Energética na Arquitetura. São Paulo

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BALANÇO TÉRMICO

M = + CV + R + EV

M – metabolismo

CV – trocas por convecção

R – trocas por radiação

EV – trocas evaporativas

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TROCAS TÉRMICAS

CV – trocas por convecção

- temperatura do ar

- velocidade do ar

R – trocas por radiação

- temperatura radiante

EV – trocas evaporativas

- temperatura do ar

- umidade do ar

- velocidade do ar

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Adaptação do corpo humano ao meio

Perdas de Calor pelo Corpo Humano

Metabolismo – Interno Externo – Trocas de calor

(Pele) Temperatura do ar

Temperatura radiante

Umidade do ar

Velocidade do ar

Convecção (~40%)

Condução (geralmente mínima)

Radiação (~40 %) Evaporação

(~20%)

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ESTÍMULOS SENSAÇÕES

O grau de perturbação ou conforto depende de estímulos e sensações

O estímulo é objetivo | A sensação é subjetiva

Temperatura do ar Umidade do ar Velocidade do ar Temperatura radiante

(Objetivos, quantificáveis) (Subjetivas, não quantificáveis)

Depende da experiência anterior

ESTÍMULOS E SENSAÇÕES

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ADAPTAÇÃO FISIOLÓGICA - “ACLIMATAÇÃO”

Respostas biológicas que resultam de prolongada exposição as condições térmicas características e relativamente extremas.

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ADAPTAÇÃO PSICOLÓGICA

Diz respeito a uma percepção alterada das condições físicas devido a experiências passadas e expectativas

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Aceitação do ambiente por questões sociais e hábitos culturais

ADAPTAÇÃO SÓCIO-CULTURAL

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ADAPTAÇÃO COMPORTAMENTAL

Ação consciente ou inconsciente que uma pessoa poderia fazer para alterar o seu equilíbrio térmico corporal. Mudança de vestuário, acionamento de ventiladores, etc.

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Índices de conforto

Índices de Conforto: tendam englobar em um único fator todas as variáveis.

Primeiros estudos: ASHVE (1916) - rendimento do operário na indústria

Índice de conforto de Fanger: ISO 7730 (2005); ASHRAE 55 (2004)

Modelos adaptativos: ASHRAE 55 (2004, 2010, 2013); BS EN 1525 (2007)

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ET: Temperatura Efetiva - Houghten et al. (1923) / Vernon & Warner (1932)

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Evolução da ASHRAE 55 ASHRAE 55 – histórico

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PMV / PPD – Fanger (1970)

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Exemplo de aplicação: modelo adaptativo e o conceito de

temperatura efetiva para o Rio de Janeiro conforme ASHRAE

Report RP884

T e m p e ra tu ra s E fe tiva s d e C o n fo rto (tc ) - R J

1 8

2 0

2 2

2 4

2 6

2 8

3 0

3 2

0 7 3 0 1 4 6 0 2 1 9 0 2 9 2 0 3 6 5 0 4 3 8 0 5 1 1 0 5 8 4 0 6 5 7 0 7 3 0 0 8 0 3 0 8 7 6 0

H or a do a n o

Te

mp

era

tura

Efe

tiv

a (

°C)

Tc

90 % S u pe ri or

80 % S u pe ri or

90 % Infe ri or

80 % Infe ri or

zona de conforto nos ambientes naturalmente ventilados

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OT: Temperatura Operativa - (Winslow & Gagge, 1937)

To = (Tbs*hc + Trm*hr) / (hc+hr)

sendo:

Tbs = temp bulbo seco

Trm = temp radiante media

hc = coeficiente de troca convectiva

hr = coeficiente de troca radiativa

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MODELO ADAPTATIVO ASHRAE 55 (2004, 2010, 2013)

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Referências

ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers). Handbook of fundamentals. Atlanta, ASHRAE, 2013.

ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers). ASHRAE 55-2004 Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy. Atlanta: ASHRAE, 2004.

ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers). ASHRAE 55-2013 Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy. Atlanta: ASHRAE, 2013.

Belding, H S; Hatch, T F (1955), Index for evaluating heat stress in terms of resulting physiological strain. Heating, Piping, Air Conditioning, 27, pp 129-142.

Blazejczyk, Krysztof. Menex 2002. http://www.igipz.pan.pl/klimat/blaz/menex.htm. 2002a. Visited on 04/24/2004.

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Candido, Chisthina, Lamberts, Roberto, de Dear, Richard, Bittencourt, Leonardo, VECCHI, Renata de. Towards a Brazilian standard for naturally ventilated buildings: guidelines for thermal

and air movement acceptability. Building Research & Information. Londres: Routledge, v. 39, n.2, 145–153, 2011.

CEN BRITISH STANDARD (BS) EN 15251: Indoor environmental input parameters for design and assessment of energy performance of buildings addressing indoor air quality, thermal

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Dominguez et al. (1992), Control climatico en espacios abiertos: el proyecto Expo'92. Sevilla, Universidad de Sevilla.

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Heshong, Lisa. Thermal Delight in Architecture. Cambridge, Massachusetts: The MIT Press, 1979.

Höppe, Peter R (1999), The physiological equivalent temperature: a universal index for the biometeorological assessment of the thermal environment. International Journal of Biometeorology,

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Houghten, F C; Yaglou, C P (1923), Determining lines of equal comfort. ASHVE Trans. 29.

International Organization Standardization (ISO). 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. Genève: ISO, 2005.

International Organization Standardization. ISO 7933. Hot environments: analytical determination and interpretation of thermal stress using calculation of required sweat rate. Genève, ISO,

1989.

Jendritzky, Gerd et al. (1979), Klimatologische Probleme – ein einfaches Verfahren zur Vorhersage der Wärmebelastung, in Zeitschrift für angewandte Bäder und Klimaheilkunde. Freiburg.

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Monteiro, L. M. Modelos preditivos de conforto térmico em espaços abertos. São Paulo: FAUUSP, 2008.

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Yaglou, C P; Minard, D (1957), Control of heat casualties at military training centers. A.M.A. Archives of Industrial Health, 16, pp 302-16.

AUT0264 CONFORTO AMBIENTAL IV – TÉRMICA

1

caracterizar

ambiente

2

calcular

balanço térmico

3

calcular

fator de inércia

4

avaliar

conforto

5

verificar

ventilação

∆t (var.1)

OT

m (var.2)

N’

CONFORTO

NÃO

>N

<N

fazer

alterações

N, Or, A, k

2.1 ganhos [W (Ig)]

2.2 perdas [W ∆t]

∆t (var.1)

m (var.2)

Tme (var.3)

E (var.4)

Renovação: N (adotar)

Uso: Ocup/ lum/ Eq

Orientação: N, NE, E...

Materiais: A (m2)

Coeficiente: K

Ef. Chaminé:

Ae/s, H, ∆t, m

Ef. Ventos:

Ae/s, v, ce/s

Conjugado

fazer

alterações

Ae/s, H

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Dados de clima (1) Média aritmética mensal

da temperatura em °C.

(2) Média mensal das temperaturas

máximas diárias em °C.

(3) Média mensal das temperaturas

mínimas diárias em °C.

(4) Temperatura máxima observada

no mês (média) em °C

(5) Temperatura mínima observada

no mês (média) em °C.

(6) Média aritmética mensal

da umidade relativa em %.

(7) Total mensal da chuva caída

(precipitação) em mm.

Fontes:

INMET (1984, 1992) e outras.

AUT0264 CONFORTO AMBIENTAL IV – TÉRMICA

Dados de clima (1) Média aritmética mensal

da temperatura em °C.

(2) Média mensal das temperaturas

máximas diárias em °C.

(3) Média mensal das temperaturas

mínimas diárias em °C.

(4) Temperatura máxima observada

no mês (média) em °C.

(5) Temperatura mínima observada

no mês (média) em °C.

(6) Média aritmética mensal

da umidade relativa em %.

(7) Total mensal da chuva caída

(precipitação) em mm.

Fontes:

INMET (1984, 1992) e outras.

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Dados de clima

Determinar temperatura externa média (temed) e elongação (E)

Ts — máxima observada no mês mais quente (média máx absolutas) — coluna 4;

Td — média das máximas diárias do mês mais quente — coluna 2;

ts — mínima observada no mês mais quente (média mín absolutas) — coluna 5;

td — média das mínimas diárias do mês mais quente — coluna 3.

Temax = (Td + Ts) / 2 e Temin = (td + ts) / 2 => temed = (Temax + Temin) / 2

Amplitude: A = Temax-Temin => Elongação: E = A /2

AUT0264 CONFORTO AMBIENTAL IV – TÉRMICA

Determinação das condições ambientais internas

1) Cálculo da temperatura interna máxima (timax)

timax = temed + (1−m).E + (1−m).Δt (°C)

2) Consideração da temperatura externa média (temed)

3) Verificação: está dentro da zona de conforto térmico?

4) Qual a porcentagem de satisfeitos?

timax = 22,8 + (0,4) . 6 + (0,4) . 14,2 = 30,8oC

temed = 22,8oC

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MODELO ADAPTATIVO ASHRAE 55 (2004, 2010, 2013)

22,8

30,8

AUT0264 CONFORTO AMBIENTAL IV – TÉRMICA

Determinação das condições ambientais internas

1) Cálculo da temperatura interna máxima (timax)

timax = temed + (1−m).E + (1−m).Δt (°C)

2) Consideração da temperatura externa média (temed)

3) Verificação: está dentro da zona de conforto térmico?

4) Qual a porcentagem de satisfeitos?

timax = 22,8 + (0,4) . 6 + (0,4) . 14,2 = 30,8oC

temed = 22,8oC

Não

< 80%

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1

caracterizar

ambiente

2

calcular

balanço térmico

3

calcular

fator de inércia

4

avaliar

conforto

5

verificar

ventilação

∆t (var.1)

OT

m (var.2)

N’

CONFORTO

NÃO

>N

<N

fazer

alterações

N, Or, A, k

2.1 ganhos [W (Ig)]

2.2 perdas [W ∆t]

∆t (var.1)

m (var.2)

Tme (var.3)

E (var.4)

Renovação: N (adotar)

Uso: Ocup/ lum/ Eq

Orientação: N, NE, E...

Materiais: A (m2)

Coeficiente: K

Ef. Chaminé:

Ae/s, H, ∆t, m

Ef. Ventos:

Ae/s, v, ce/s

Conjugado

fazer

alterações

Ae/s, H