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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


CONFORTO

quanto maior for o esforço de adaptação

maior será a sensação de desconforto


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


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)


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


BALANÇO TÉRMICO

M = + CV + R + EV

M – metabolismo

CV – trocas por convecção

R – trocas por radiação

EV – trocas evaporativas


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


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%)


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


ADAPTAÇÃO FISIOLÓGICA - “ACLIMATAÇÃO”

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


ADAPTAÇÃO PSICOLÓGICA

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


Aceitação do ambiente por questões sociais e hábitos culturais

ADAPTAÇÃO SÓCIO-CULTURAL


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.


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)


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


Evolução da ASHRAE 55 ASHRAE 55 – histórico


PMV / PPD – Fanger (1970)


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


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


MODELO ADAPTATIVO ASHRAE 55 (2004, 2010, 2013)


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.

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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.


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


Dados de clima (1) Média aritmética mensal

da temperatura em °C.

(2) Média mensal das temperaturas

máximas diárias em °C.


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.


Dados de clima (1) Média aritmética mensal

da temperatura em °C.


máximas diárias em °C.


mínimas diárias em °C.

(4) Temperatura máxima observada


(5) Temperatura mínima observada


(6) Média aritmética mensal

da umidade relativa em %.

(7) Total mensal da chuva caída

(precipitação) em mm.

Fontes:

INMET (1984, 1992) e outras.


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


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


MODELO ADAPTATIVO ASHRAE 55 (2004, 2010, 2013)

22,8

30,8


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%


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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