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Manual de Sustentabilidade em Conjuntos de Habitações
Unifamiliares de Interesse Social – Turma Poli PCC 2540 2005
Equipe 10 -
Carlos Gustavo Maria de Bedia
Mario H. V. Mello
Pedro Henrique Cerento de Lyra
Rafael Bronzatto Lourençon
Professor Orientador:
Dr. Racine T. A. Prado
Escola Politécnica - PCC-2540 - O edifício e o ambiente
Conforto e qualidade sanitária dos ambientes internos

CONCEITO DE CONFORTO
É um estado de espírito que reflete a satisfação com o
ambiente que envolve a pessoa.
O Conforto é classificado em:
Acústico;
Antropométrico;
Olfativo;
Tátil;
Térmico;
Visual.

Neste trabalho estudaremos o conforto térmico porque está
relacionado com a qualidade do ar interno (QAI).
Um edifício tem uma boa qualidade interior do ar, através do
uso de adequadas taxas de ventilação.

Definição:
Conforto térmico é definido pela norma ASHRAE 55-64
como um estado de espírito que reflete satisfação com o
ambiente térmico que envolve as pessoas.
CONFORTO TÉRMICO
Conforto térmico é um conceito subjetivo, isto é, depende
de cada pessoa.
O conforto deve ter como objetivo a obtenção de condições
ambientais que propiciem neutralidade térmica a um maior
número de pessoas possível um determinado tipo de
atividade.

A neutralidade térmica depende dos seguintes parâmetros, denominados
de parâmetros de conforto:
Atividade associada à produção de energia no interior do corpo
humano.
Resistência térmica das roupas.
Temperatura do ar ambiente.
Temperatura radiante media do meio.
Velocidade relativa do ar.
Pressão parcial do vapor d’água do ar ambiente (umidade).

Uma situação de bem-estar pode ser obtida por distintas
combinações dos parâmetros de conforto. Estudos
encomendados pela ASHRAE, por meio de experiências,
definiram um índice que caracteriza a combinação de três
parâmetros (temperatura, umidade e velocidade do ar)
denominado Temperatura Efetiva (TE)

Porém, o estabelecimento da escala de temperatura efetiva
(TE) não foi suficiente para a análise do conforto térmico,
devido as seguintes razões:
 Faltava definir o intervalo de temperatura que propiciava
conforto a um número significativo de pessoas.
 As experiências não levaram em consideração os efeitos
da atividade e roupas trajadas pelos indivíduos.

BALANÇO TÉRMICO DO CORPO HUMANO
O corpo humano é um sistema termodinâmico aberto, com
geração interna de energia que interage termicamente com o
meio que o circunda, relacionados pelo 1º principio da
termodinâmica:
U = M – W + C + R – E – RE
U: variação de energia com o tempo
M: metabolismo
W: trabalho
C: convecção
R: radiação
E: evaporação
RE: respiração

TAXA DE VARIAÇÃO DA ENERGIA INTERNA DO
CORPO (U)
O sistema termorregulador do corpo tende a manter
constante a energia interna do corpo, a partir de uma
condição de equilíbrio (U = 0).
Quando, o ambiente externo sofre alguma mudança
térmica, a energia interna do corpo tenderia a sofrer uma
variação que não acontece graças a ação do sistema
termorregulador.

METABOLISMO (M)
O metabolismo depende exclusivamente do tipo de atividade:

TRABALHO (W)
O trabalho realizado pelo corpo é considerado positivo, assim
como o levantamento de um peso ou ascensão de um aclive.
O corpo humano é considerado uma máquina térmica e, como
tal, apresenta uma eficiência mecânica definida por ( = W/M)

CALOR TROCADO POR CONVECÇÃO COM O MEIO (C)
A troca de calor entre uma superfície sólida e o meio fluido
que o circunda é quantificada pela Lei do Resfriamento de
Newton:

Quando se considera pessoas vestidas, a resistência à
transferência de calor do corpo, exercida pela vestimenta, deve
ser introduzida. Esse sistema térmico de transferência tem um
análogo elétrico aplicado na Lei de Ohm: q = Ta – Tp
Req.

Na literatura de conforto térmico a equação é escrita
formalmente como:
q = FR . hC . AEXT . (Ta – Tp)
E, neste caso, como C é o fluxo de calor por convecção por
unidade de área superficial:
C = q/A (W/m²)
O fator de resistência térmica da roupa (FR) é dado pela expressão:
FR = 1 .
1 + 0,155 . IROUPA . hC . (AEXT / AD)

CALOR TROCADO POR RADIAÇÃO COM O MEIO (R)
Em ambientes confinados, a temperatura superficial das
paredes pode diferir da temperatura do ar e da temperatura
da superfície do corpo, havendo uma troca de calor por
radiação entre a superfície do corpo e as superfícies das
paredes.
Associando às superfícies circundantes uma temperatura
uniforme ( a Temperatura Radiante Média – TRM) a troca
de calor por radiação será dada por:
R = qr =  (TRM - TP ) (W/m²)
AD
4 4

A equação pode ser linearizada: R = hr (TRM – TP)
Onde o coeficiente de transferência de calor, hr, é dado por:
hr =  (TRM² + TP²) (W/m² ºC)

CALOR LIBERADO POR EVAPORAÇÃO ATRAVÉS DA PELE (E)
Alguns estudos mostraram que a máxima quantidade de calor
eliminada por evaporação na superfície da pele ocorre quando a
superfície está completamente coberta de suor. Neste caso, o
calor eliminado por unidade de área da superfície do corpo é
dado por:
EMÁX = 2,2 hc (Pp – ØaPa) . FRU (W/m²)
FRU: fator de permeabilidade da roupa à difusão do vapor
Pp: Pressão parcial do vapor no ar junto à pele
ØaPa: Pressão parcial do vapor no ar ambiente

Na zona de regulação contra o calor, as glândulas sudoríparas
promovem o suor junto à pele. Porém, nem toda a superfície é coberta
por suor, sendo o calor liberado por unidade de área superficial dado
por:
Ere = SMR . Emáx
E = (0,06 + 0,94 SMR) Emáx = SM . Emáx
O índice de superfície molhada do corpo na Zona de Regulação Contra
o Calor (SMR) pode ser considerado como a fração da superfície do
corpo coberta pelo suor. Mesmo que não apresente suor, ainda ocorre
evaporação por difusão provenientes das camadas internas da pele.
Esse calor liberado não passa de 0,06xEmáx ocorrendo somente em
regiões da pele não cobertas pelo suor, sendo na zona de regulação
contra o calor a liberação de calor dado por:

CALOR LIBERADO PELA RESPIRAÇÃO (RE)
O ar externo aspirado, ao circular pelos pulmões, recebe calor
e umidade. Esse processo eleva a temperatura do ar (calor
sensível) e a adição de vapor pela evaporação da água contida
nos pulmões que aumenta a umidade (calor latente). A
temperatura do ar na saída dos pulmões é de 34ºC, logo:
qsensível = mres cp (Ts – Ta) = mres cp (34 – Ta)
qlatente = mres hLV (s - e)
A ventilação pulmonar depende diretamente do metabolismo:
mres = 0,0060 (M.AD) (kg/h)

Desenvolvendo as equações, obtém-se:
qsensível/AD = 0,0014M (34 – Ta) (W/m²)
qlatente/AD = 0,0023M (44 – ØaPa) (W/m²)
Assim, o calor total liberado pelo corpo por unidade de área
superficial através da respiração (RE) é igual a:
RE = 0,0014M (34 – Ta) + 0,0023M (44 – ØaPa)

Tendo o desenvolvimento de cada uma das variáveis da taxa de
variação da energia interna do corpo, pode-se concluir que os
parâmetros de conforto são:
Tipo de atividade – M
Tipo de vestimenta – FR, FRU, (AEXT/AD)
Velocidade relativa do ar ambiente – h, hc
Temperatura do ar ambiente – Ta
Umidade do ar ambiente – Øa
Temperatura radiante média

AVALIÇÃO DO CONFORTO PELO MÉTODO ASHRAE
Baseados no balanço térmico e em um modelo do sistema
termorregulador do corpo, foram obtidos os valores da
temperatura media da pele (Tp), do índice de superfície
molhada do corpo (SM) e de outros parâmetros fisiológicos.
Com esse modelo foi possível obter as linhas de SM
constante em uma carta psicrométrica modificada para
incluir no eixo das ordenadas a pressão parcial do vapor. A
temperatura radiante media (TRM) foi admitida igual à
temperatura do ar.

Posteriormente, foi incluída a temperatura equivalente em meio
seco ( TEMS), como mostra a figura:
Carta psicométrica
modificada, contendo as
linhas de SM.

Algumas conclusões podem ser tiradas da figura anterior:
Na região de neutralidade térmica, SM = 0,06, o índice de
superfície molhada não é afetado sensivelmente pela umidade
relativa do meio, uma vez que a curva é praticamente vertical.
À medida que o teor de suor pelo corpo aumenta, o efeito da
umidade se acentua, como o comprovam as linhas de SM
constante que tendem a tornar-se mais horizontais.

Tendo adotado SM como parâmetro de avaliação da sensação
térmica, a Temperatura Efetiva (TE*) é definida como o valor da
temperatura equivalente em meio seco, correspondendo à
intersecção da linha de particular valor de SM com a linha de 50%
de umidade relativa do ambiente. O significado físico dessa TE*
corresponde à temperatura uniforme de um ambiente imaginário,
de ar com velocidade nula e umidade relativa de 50%, com o qual
a pessoa trocaria a mesma quantidade de calor, por radiação,
convecção e evaporação, que no ambiente real, considerando o
mesmo teor de superfície de pele molhada e mesma temperatura
média da pele.

A avaliação da TE* para distintas condições pode ser feita através da fig.
12 (ASHRAE, 1981). Nesses gráficos indica-se o critério de conforto
estabelecido pela norma ASHRAE 55-74, o qual se baseia na exigência de
que uma porcentagem maior que 80% das pessoas esteja satisfeita.

A Figura 13 apresenta uma carta
psicométrica com as linhas de
TE* constante. A zona de
conforto de acordo com a norma
ASHRAE 55-74 é a região
hachureada.

Exemplo:
Em uma habitação sabe-
se que a temperatura de
bulbo seco do ar é de
27°C e a umidade
relativa de 50%. Essa
condição ambiental
obedece ao critério de
conforto da ASHRAE ?

Admitindo que a velocidade relativa do ar seja da ordem de 1,2
m/s, TRM = Ta e 0,6 CLO, da figura obtém-se uma TE* de
aproximadamente 27,5°C, fora da faixa de conforto. No gráfico
da figura 12 poder-se-ia obter uma porcentagem maior que 40%
de pessoas insatisfeitas. Nessa estimativa deve-se considerar que
os padrões americanos de conforto foram utilizados. Para o
Brasil seria razoável esperar uma porcentagem menor de pessoas
insatisfeitas.

AVALIAÇÃO DO CONFORTO PELO METODO DE FANGER
Fanger estabeleceu as condições de conforto de um modo mais
conceitual que o da ASHRAE.
O importante é atingir a condição de neutralidade térmica, onde a
variação de energia interna é nula,U=0
Uma situação de conforto térmico é caracterizada por dois
parâmetros:
Temperatura media da pele ( Tp)
Calor eliminado por evaporação do suor ( Ere)

A variação desses parâmetros em função do metabolismo, foi
obtida experimentalmente, resultando:
Tp= 35,7 – 0,0275M (I) Ere= 0,42 – (M-58,2) (II)
Sendo M e Ere em W/m2
e Tp em °C.

No método Fanger é necessário conhecer os valores de U(nulo), Tp
e Ere dados pelas equações I e II, e calculando os outros termos da
Equação de Balanço Térmico, chega- se à Equação de Conforto de
Fanger, que relaciona os parâmetros de conforto:
M, velocidade relativa do ar, TRM, Ta, umidade e tipo de
vestimenta.
Qualquer combinação dos parâmetros que satisfaça a Equação de
Conforto, deve produzir uma sensação de neutralidade térmica.

Exemplo: Uma habitação com parede externa do lado oeste
apresenta: TRM=28 ºC, temperatura e umidade do ar de 25 ºC e
50%, respectivamente, às 17:00 horas, atividade sedentária e
vestimentas leves. Qual a velocidade doar para que o conforto
térmico seja atingido?
As roupas leves podem ser admitidas como tendo uma resistência
térmica de 0,5 CLO. Assim, do gráfico apropriado (14 b), obtém–
se uma velocidade de 0,2 m/s, que corresponde ao ar quase
estagnado.

Fig.14

AVALIAÇÃO DE UM AMBIENTE TÉRMICO
Os métodos ASHRAE e Fanger apresentados tratam
exclusivamente de situações de conforto e combinações dos
parâmetros da neutralidade térmica. Sendo assim a ASHRAE
estabeleceu uma escala de sensação térmica envolvendo os
seguintes níveis:

À medida em que um ambiente térmico se afasta das condições
nas quais a maioria das pessoas se sentiria confortável, o sistema
termorregulador age com maior intensidade para preservar a
temperatura interna das variações. Essa ação gera uma sensação
de desconforto, gerando um índice do grau de afastamento das
condições de conforto chamado de Índice de Atividade Térmica
(IAT):
IAT = M (1 - ) – RE – (-C –R + E) (W/m²)
IAT é nulo em condições de neutralidade térmica e cresce à
medida que o ambiente se afasta das condições de neutralidade.

É de se esperar, portanto, que a sensação térmica para uma
certa atividade, seja função do IAT representado por ,
então:
 =  (IAT , M)
E através de experiências:
 = [0,303exp(-0,036M) + 0,028] IAT

Como essa equação foi obtida através do voto de indivíduos, o
valor de  é denominado de Voto Médio Estimado (VME),
assim Fanger preparou uma série de tabelas para distintas
combinações dos parâmetros de conforto:

EXEMPLO:
Uma habitação à temperatura de 27ºC, 50% de umidade
relativa e velocidade do ar de até 0,10m/s, deve ser ocupada
por pessoas em atividades sedentárias (1MET) e trajando
roupas leves (0,5 CLO).

Se a TRM = Ta, então, o VME pode ser obtido da Tabela
abaixo resultando em 0,42

Se a TRM for aumentada de 2,5ºC:
Do gráfico ao lado obtém-se
VME/ºCTRM = 0,17
Logo, o VME na nova situação
será:
VME = 0,42 + 0,17x2,5 = 0,85
(percebe-se um acréscimo da
sensação de calor)

Se a umidade relativa se elevar de 5%:
Do gráfico, obtém-se:
VME/%UR = 0,089
VME = 0,42 + 0,0089x5 = 0,465
O ambiente apresentará um
VME dado por:
(percebe-se que o aumento da
umidade afetou sensivelmente o
valor de VME)

EXEMPLO2:
Uma habitação apresenta um ambiente térmico com as
seguintes características:
Temperatura ambiente............................................27ºC
Umidade relativa.....................................................60%
Temperatura radiante média...................................29ºC
Velocidade do ar................................................<0,1m/s
Pessoas em atividades sedentária (1MET), levemente vestidas
(0,5 CLO)
Essa habitação obedece à norma ISO de conforto?

Inicialmente determina-se o VME. Da tabela 3 resulta:
VME = 0,42(UR = 50%, TRM = Ta = 27°C)
Considerando que a umidade relativa é diferente de 50% e a
TRM não é igual a Ta, o valor acima deve ser corrigido.
As correções podem ser obtidas nas figuras 16 e 17, resultando:
VME = 0,42 + 10 x 0,0089 + 0,17 x 2 = 0,85

Note-se que uma TRM superior
em 2 °C à temperatura ambiente
afetou significativamente o
VME. Nessas condições o
ambiente não satisfaz o critério
ISO/DIS 7730(-0,5<VME<0,5),
proporcionando uma estimativa
de pessoas insatisfeitas da
ordem de 20%. Se, por outro
lado, a TRM fosse igual à
temperatura ambiente, as
condições da habitação
satisfariam a norma ISO.

CONCLUSÃO
A maioria das edificações não tem uma boa qualidade do ar e
um conforto térmico
A escassez de literatura e insipiência da pesquisa sobre esse
tema no Brasil
Edificações projetadas em função de tendências estéticas ou
exigências técnicas de produção

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
CARMO, Adriano T.; PRADO, Racine T. A. Qualidade do ar interno.
Texto Técnico da Escola Politécnica da USP – TT/PCC/21. EPUSP, São
Paulo, 1999. TT/PCC (ISSN 1413-0383).
JABARDO, José M. S. Conforto Térmico. Comunicação Técnica – 348
IPT, São Paulo, 1984.
LAMBERTS, Roberto; DUTRA, Luciano Eficiência Energética na
Arquitetura. São Paulo, PW ed., 1997.
LIDDAMENT, Martin W. A Guide To Energy Efficient Ventilation.
AIVC – Air Infiltration and Ventilation Centre. Great Britain, 1996.

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