Fanger (1970) define o conforto térmico como sendo a condição mental que a pessoa expressa quando está satisfeita com o seu ambiente térmico. Devido às variações fisiológicas humanas, no entanto,os limites que definem esta condição são variáveis, sendo possível que, mesmo em um ambiente climatizado artificialmente, não se garanta o conforto de todo um grupo de usuários simultaneamente. Para definir quais são essas condições, o autor apresenta o conceito de neutralidade térmica, condição na qual o indivíduo não prefere um entorno mais frio ou quente. A condição de neutralidade depende do balanço térmico do indivíduo, sendo influenciado principalmente pelas seguintes variáveis:
nível de atividade (que influencia a produção de calor pelo corpo);
resistência térmica das vestimentas;
temperatura do ar; temperatura média radiante;
velocidade relativa do ar (que é a velocidade do ar no recinto mais a velocidade gerada pelo movimento do indivíduo) e
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pressão de vapor d’água no ar ambiente.
O modelo permite o cálculo, a partir destas variáveis ambientais, de uma sensação térmica denominada Predicted Mean Vote (PMV) que varia entre K3 (muito frio) e 3 (muito calor). O modelo também foi calibrado para informar o percentual de pessoas insatisfeitas com o ambiente térmico (Percentage of Disatisfied People – PPD), correlacionado ao primeiro PMV.
O estudo foi mais tarde incorporado na norma ISO 7730 (1994), que determina as condições de conforto. Embora isto não seja explicitamente colocado no texto, este modelo apresenta bons resultados para espaços relativamente homogêneos e com condições ambientais não muito distantes do conforto. A norma apresenta os limites dentre os quais o modelo pode ser utilizado, o que restringe sua aplicação a espaços abertos. Dentre elas estão os limites superiores para a velocidade do ar (1 m/s) e para a umidade relativa (70%).
Monteiro (2008) apresenta uma revisão completa dos índices utilizados na verificação de conforto térmico em espaços abertos, sejam eles baseados em balanços fisiológicos ou em regressões a partir de dados observados.
Um dos modelos que tem sido popularizado no estudo de conforto em espaços abertos 35 é a Physiological Equivalent Temperature (PET). Apresentada por Hoppe (1999). O valor de PET descreve, para qualquer ambiente interno ou externo, qual seria a temperatura equivalente em um ambiente interno padronizado que produziria as mesmas trocas térmicas. O modelo é baseado em um balanço térmico fisiológico de dois nós (interno e pele) e considera as mesmas variáveis ambientais que Fanger (1970). A utilização de uma temperatura equivalente torna o resultado do modelo facilmente apreensível pelo usuário, já que a percepção da sensação térmica está psicologicamente ligada a valores de temperatura do ar.
Outra abordagem é dada por Alucci (2005) na avaliação de coberturas têxteis. Os autores optam por avaliar condições de estresse térmico ao invés de condições de conforto, considerando o problema de salubridade mais crítico do que o problema de qualidade.
Monteiro (2008) desenvolve, através de medidas de campo e aplicação de questionários em estudantes da Faculdade de Arquitetura e Urbanismo da Universidade de São Paulo, um índice próprio, denominado Temperatura Equivalente Percebida (TEP).
A TEP foi construída a partir de um modelo de regressão, que apresenta como principais vantagens para este estudo o fato de ser baseado em uma população residente na cidade do estudo de caso e a sua fácil aplicabilidade.
O valor de TEP pode ser obtido através da equação:
: = −29,877 + 0,4828 > + 0,5172 + 0,0802 •7 − 2,322 − 0,1742 + 5,118 + 38,023 #.?
35 Exemplos de aplicação deste índice podem ser encontradas em Nikolopoulou (2004); Spangenber (2005) e Johansson (2006)
As Interações Espaciais Urbanas e o Clima 183
Simulações
Onde Tar é a temperatura do ar; Trn é a temperatura média radiante;
UR é a umidade relativa (entre 0 e 100); u é a velocidade do ar; Tmm
é a temperatura média mensal; M, o metabolismo em met e Icl, o
isolamento da roupa em clo.
Ao valor de TEP se associa uma sensação térmica, dada na Tabela 5.1. Neste trabalho, considerouKse como confortável a região entre leve frio e leve calor (TEP entre 19,7°C e 27,2°C). Acima deste intervalo, consideraKse desconforto por calor; abaixo dele, por frio.
Sensação TEP (°C) extremo calor > 50,0 muito calor 42,5 ~ 50,0 calor 34,9 ~ 42,4 pouco calor 27,3 ~ 34,8 leve calor 25,4 ~ 27,2 neutralidade 21,5 ~ 25,3 leve frio 19,6 ~ 21,4 pouco frio 12,0 ~ 19,5 frio 4,4 ~ 11,9 muito frio 4,3 ~ K3,2 extremo frio < K 3,2
Além da avaliação das condições térmicas de ambientes delimitados, os índices de conforto também foram utilizados para produzir recomendações para a construção de edifícios a partir da avaliação das condições climáticas locais. Esta ferramenta foi denominada diagrama bioclimático, sendo que o primeiro deles foi proposto por Olgyay em 1963 e o mais difundido é o proposto por Givoni em 1976 (OLGYAY, 1998; GIVONI, 1976 – Figura 5.1). 21°C Linha de sombra : = C : C= 9: 9= <: : = C: C= 9: 9= <: : = C: C= 9: 9= <: <= E: E= =: !" # !" $%& " $
C &$ & 2&
9 !$2+" - & % < !( + . !$2& 5 *& 2+5& < = &$%+-+&$ %& " L . +%+ +- /0& 8 N (( 7 . +- 8 A)!-+. !$2& &" =
M A)!-+. !$2& &"
((+5& ' ; A)!-+. !$2& 2+ +-+ " $$ CC !$2 8 (( 8 !( 5 * $ C9 (( 8 !( 5 *
O índice de Monteiro (2008) foi utilizado para produzir uma avaliação do clima da cidade de São Paulo, a partir de um arquivo climático anual36, com dados de temperatura do ar, umidade relativa, velocidade do ar a 10 m, radiação global e difusa e nebulosidade. Foi elaborada uma planilha que calcula o TEP para cada hora do arquivo climático e determina a freqüência de ocorrência das horas em conforto, calor e frio ao longo do ano. A freqüência de ocorrência foi calculada para o
Tabela 5.1: Sensação térmica associada a valores de TEP Fonte: MONTEIRO, 2008 Figura 5.1: Diagramas Bioclimáticos de Olgyay e Givoni
Fonte: LAMBERTS, DUTRA & PEREIRA,1994; OLGYAY, 1998
36 Arquivo TMY, disponibilizado pelo DOE, gerado a partir de medições da estação meteorológica do aeroporto de Congonhas. Ver ANEXO A2.
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período entre 7h e 22h, no qual a utilização dos espaços externos é mais intensa.
O valor de Trm foi calculado assumindoKse a temperatura das
superfícies iguais à temperatura do ar inicialmente. O valor é calculado a partir da radiação das temperaturas e dos fatores de forma.
= 0,5 ∙ #„5,9+ #q + 0j ‘ j ‘+ 0.é .é
Onde Fsupe Fcéusão os fatores de forma do usuário com as superfícies
e com o céu, inicialmente considerados como 0,5, ID e Id são as
parcelas direta e difusa da radiação. Os valores de 0,5 e 5,9 correspondem à absorção da roupa e ao coeficiente de troca radiativa. Uma das primeiras questões que se apresentou durante a aplicação do modelo foi o tratamento das variáveis M e Icl, que dependem da
atividade e da vestimenta do usuário urbano. As primeiras regressões de Monteiro (2008) foram realizadas sem estas variáveis, que foram introduzidas posteriormente através de considerações teóricas sobre o modelo. Para se aplicar as primeiras regressões, M deve ser considerado como sendo 1,3 met, equivalente a uma pessoa em pé, com pouca ativadade física, e Icl deve ser 0,6, uma roupa com
isolamento médio. O autor também sugere uma correlação entre o valor de Icl e a temperatura do ar, o que parece uma abordagem
lógica. Neste caso, o valor de Iclé dado por:
#.?= 1,203 − 0,0263 >
Esta equação apresenta como valor máximo de Iclpara temperaturas
positivas 1,2 clo .
Na Tabela 5.2 é mostrado o resultado da aplicação do modelo considerandoKse os dois valores de Icl.
Iclfixo Iclcomo função de Tar
Mês Frio Confort. Quente Frio Confort. Quente
Janeiro 25.8% 19.8% 54.4% 26.0% 18.1% 55.8% Fevereiro 28.3% 18.1% 53.6% 27.2% 16.3% 56.5% Março 35.3% 16.1% 48.6% 29.2% 18.8% 52.0% Abril 35.3% 16.1% 48.6% 29.2% 18.8% 52.0% Maio 41.0% 20.6% 38.3% 32.1% 20.8% 47.1% Junho 53.0% 18.8% 28.2% 31.9% 25.8% 42.3% Julho 49.2% 19.8% 31.0% 24.6% 29.4% 46.0% Agosto 60.3% 13.3% 26.4% 33.3% 31.0% 35.7% Setembro 50.4% 16.0% 33.5% 34.2% 23.5% 42.3% Outubro 44.4% 19.0% 36.7% 29.6% 21.2% 49.2% Novembro 41.0% 14.0% 45.0% 32.5% 13.8% 53.8% Dezembro 31.7% 17.7% 50.6% 26.8% 16.1% 57.1% Ano 42.9% 17.0% 40.1% 30.3% 21.4% 48.3% Equação 5.2 Equação 5.3 Tabela 5.2: Ocorrência de horários em conforto para diferentes valores de Icl
As Interações Espaciais Urbanas e o Clima 185
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Foi observada uma redução no perído de frio, mas um aumento no período de calor. Para tentar corrigir isto, foi testado um modelo interativo, baseado no resultado de TEP para a hora anterior. Deste modo, sempre que o valor de TEP de um determinado horário ficasse fora dos limites de conforto, o valor do isolamento da roupa era ajustado em 0,2 clo em uma tentativa de atingir o conforto por meio de troca da vestimenta. Segundo a norma ISO 9920 (1995), este ajuste equivale a se vestir um suéter de manga longa com gola v, paletó ou peça de roupa equivalente. Um limite mínimo de 0,3 clo foi estabelecido.
Com este ajuste, a ocorrência de períodos de frio foi bastante reduzida, conforme observado na Tabela 5.3. O valor máximo de Icl
obtido foi de 1,3 clo.
Mês Frio Conforto Quente
Janeiro 4.6% 60.5% <E ;V Fevereiro 5.1% 61.8% << :V Março 5.6% 64.7% 9; LV Abril 5.6% 64.7% 9; LV Maio 5.4% 74.8% C; MV Junho 5.0% 86.3% M NV Julho 3.5% 81.0% C= EV Agosto 4.4% 78.0% CN =V Setembro 7.9% 66.9% 9= 9V Outubro 7.1% 68.5% 9E EV Novembro 7.9% 58.3% << MV Dezembro 7.1% 59.9% << CV Ano 5.9% 69.0% 25.1%
ObservaKse ainda que no inverno, quando a temperatura é mais constante, registraKse menos frio do que no restante do ano. Isto é função do procedimento interativo, já que o ajuste da vestimenta é sempre posterior a um período de frio.
Foram ainda atribuídos coeficientes para as variáveis, buscando avaliar como alterações nos seus valores impactariam a freqüência de ocorrência de horas em conforto.
Os coeficientes multiplicam a velocidade do ar e a radiação. Como a temperatura das superfícies normalmente é função da radiação incidente, o multiplicador sobre radiação é suficiente para alterar a temperatura média radiante. Este multiplicador pode ter valores maiores que 1 ,por exemplo, no caso de uma área sem obstruções com piso de asfato, onde o usuário está exposto tanto à radiação solar quanto à alta temperatura do piso.
No caso da temperatura do ar, o multiplicador não se justifica, sendo necessário outro tratamento. Foi então proposta uma temperatura do
Tabela 5.3: Ocorrência de horários em conforto
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ar alterada (Tar’) que permite a variação na amplitude térmica diária e
na média. O valor de Tar’ é dado por:
>Ä = Aq + ™ Aq+ ™5B ) ∙ > − Aq
Onde Tmed24hé a temperatura média nas últimas 24 horas e ModTmed
e ModAmpl são os fatores de multiplicação para a temperatura média e para a amplitude térmica.
A umidade relativa original é convertida em umidade absoluta que é convertida em umidade relativa à nova temperatura, a partir dos algoritmos apresentados na norma ISO 7726 (1998).
AvaliandoKse somente o desconforto por calor, temKse:
Cada aumento de 1°C na temperatura média aumenta em 0.5% o tempo de desconforto considerandoKse que o vento e a radiação não se alteram;
Cada redução de 20% na amplitude térmica tem
aproximadamente o mesmo efeito;
A redução da ventilação em 33% aumenta o percentual de desconforto em 5%;
ExcluindoKse a radiação, obtémKse 97% de conforto, sendo o sombreamento o fator preponderante no conforto térmico. FixandoKse o valor da vestimenta, reduzindoKse a ventilação a 30% do valor a 10m (hipótese razoável para um ambiente urbano), eliminandoKse 90% da radiação e alterando a atividade para uma caiminhada leve (2,4 met) o efeito da temperatura no conforto fica mais óbvio.
A Tabela 5.4 mostra a variação na porcentagem de horas em desconforto por calor
ModTmed 0°C 1°C 2°C 3°C 4°C M o d A m p l 1,2 39,1% 42,6% 45,8% 49,2% 52,4% 1 38,3% 41,5% 45,0% 48,7% 51,9% 0,8 37,4% 40,4% 44,0% 47,9% 51,6% 0,6 36,2% 39,5% 43,1% 47,2% 51,3% 0,4 35,1% 38,5% 42,1% 46,3% 50,6%
Avaliações deste tipo podem contribuir na determinação das condições de conforto locais, na elaboração de diretrizes de desenho urbano bioclimático e na elaboração de critérios para o desempenho térmico de ambientes urbanos. Nesta aplicação, por exemplo, seria possível buscar minimizar um aumento de 1°C na temperatura média com redução de 40% na amplitude térmica.
Equação 5.4
Tabela 5.4: Desconforto por calor devido a variações na temperatura média e na amplitude térmica
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