Conforto Térmico: Entendendo as Métricas e Ferramentas

O conforto térmico é um aspecto fundamental para o bem-estar das pessoas em ambientes internos e externos. Compreender e avaliar as condições de conforto térmico é essencial no projeto de edifícios, no planejamento urbano e em diversas outras áreas. Neste artigo, vamos explorar algumas métricas e ferramentas utilizadas para analisar e projetar o conforto térmico.

Principais Diretrizes de Conforto Térmico

Norma Europeia para Parâmetros de Ambiente Interno (EN 15251)

A EN 15251, também conhecida como “Projeto de Edifícios – Parâmetros de Conforto Térmico”, é uma norma europeia que estabelece os requisitos de conforto térmico em edifícios. Essa norma leva em consideração fatores como temperatura, umidade, velocidade do ar, radiação térmica e vestimenta. Ela fornece valores de referência para esses parâmetros, com o objetivo de garantir um ambiente confortável para os ocupantes.

É importante destacar que o cumprimento da EN 15251 é voluntário, mas sua aplicação é altamente recomendada. Arquitetos, engenheiros e profissionais da construção podem se valer dessa norma como uma referência valiosa para projetar e manter ambientes internos confortáveis e saudáveis. Ao seguir as diretrizes estabelecidas pela EN 15251, é possível criar espaços que promovam o bem-estar e a satisfação dos usuários de edifícios.

Acesse o site oficial do CEN para consultar e fazer o download da norma EN 15251.

ASHRAE 55: Estabelecendo critérios de conforto térmico em ambientes internos

A ASHRAE 55, por sua vez, é uma norma desenvolvida pela Sociedade Americana de Engenheiros de Aquecimento, Refrigeração e Ar Condicionado (ASHRAE). Essa norma estabelece os critérios de conforto térmico para ambientes condicionados artificialmente nos Estados Unidos. A ASHRAE 55 leva em consideração fatores como temperatura, umidade relativa, velocidade do ar e radiação térmica, mas também inclui parâmetros psicológicos, como preferência adaptativa. Além disso, a norma oferece diferentes abordagens para diferentes tipos de ocupação, como escritórios, residências e escolas.

Acesse o site oficial da ASHRAE para obter informações sobre o padrão ASHRAE 55, incluindo acesso aos documentos e publicações relevantes. Você também pode fazer o download da norma por meio deste link.

ISO 7730 – Norma Internacional para Conforto Térmico em Ambientes

A ISO 7730 é uma norma internacional que define os critérios de conforto térmico em ambientes internos. Essa norma leva em consideração fatores como temperatura do ar, umidade relativa, velocidade do ar e radiação térmica. Ela estabelece limites e faixas recomendadas para cada um desses parâmetros, levando em conta as atividades realizadas no ambiente e as necessidades das pessoas.

Acesse o site oficial da ISO e pesquise pelo número da norma (ISO 7730) para acessar informações sobre a norma e saber como adquiri-la.

Embora essas diretrizes tenham semelhanças em relação aos fatores considerados para o conforto térmico, elas podem diferir em termos de valores e limites específicos estabelecidos para cada parâmetro. É importante consultar cada norma para obter informações detalhadas sobre suas diferenças e aplicabilidade específica.

Norma de Conforto Térmico no Brasil

No Brasil, as normas de conforto térmico mais utilizadas são a NBR 15575 e NBR 15220. Essas normas estabelecem diretrizes e critérios para o projeto e a execução de edificações visando proporcionar conforto térmico aos ocupantes.

NBR 15575: Desempenho de Edificações Habitacionais

A Norma 15575 é uma norma técnica que estabelece os requisitos mínimos para o desempenho térmico de edificações habitacionais. Ela visa garantir o conforto térmico dos ocupantes, considerando as condições climáticas e características do ambiente.

A norma define métodos e recomendações para avaliar o conforto térmico em edificações, levando em consideração fatores como temperatura, umidade, velocidade do ar e radiação solar. Ela estabelece critérios para a determinação das condições de conforto térmico em diferentes ambientes, como dormitórios, salas de estar, cozinhas, entre outros.

Além disso, a Norma 15575 estabelece parâmetros e limites para o dimensionamento e projeto de sistemas de condicionamento térmico, como sistemas de aquecimento e refrigeração, visando garantir o conforto térmico dos ocupantes de forma eficiente e sustentável.

NBR 15220: Desempenho Térmico de edificações

A NBR 15220 apresenta diferentes métodos para avaliar o conforto térmico em ambientes internos, incluindo o Índice de Conforto Térmico (ICT), a Temperatura Operativa (TO) e a Temperatura Efetiva (TE). Esses métodos levam em consideração fatores como temperatura do ar, umidade relativa, velocidade do ar e radiação térmica.

Com base na NBR 15220, algumas recomendações para proporcionar conforto térmico em edificações no Brasil incluem:

• Manter a temperatura do ar entre 20°C e 23°C em ambientes de ocupação sedentária;
• Controlar a umidade relativa do ar entre 40% e 60%;
• Evitar correntes de ar excessivas;
• Utilizar isolamento térmico adequado nas paredes, coberturas e pisos;
• Projetar janelas, portas e sistemas de ventilação adequados para permitir a circulação de ar e o controle da radiação solar.

A NBR 15575 e a NBR 15220 são normas técnicas brasileiras que abordam o desempenho térmico em edificações, mas com focos diferentes. A NBR 15575 estabelece critérios e requisitos mínimos de desempenho para habitações de uso residencial, enquanto a NBR 15220 trata exclusivamente do desempenho térmico de edificações.

Em resumo, essas normas são ferramentas essenciais para arquitetos, engenheiros e profissionais da construção, pois fornecem diretrizes e critérios para projetar e manter ambientes internos confortáveis e saudáveis, levando em consideração as condições climáticas e as necessidades dos ocupantes. Consultar essas normas e aplicar seus princípios pode resultar em edificações mais eficientes, sustentáveis e agradáveis para se viver e trabalhar.

Acesse os seguintes links para fazer o download das normas:

• NBR 15575 – Desempenho de Edificações Habitacionais: A norma estabelece os requisitos mínimos para o desempenho térmico de edificações habitacionais.
• NBR 15220 – Parte 01 – Desempenho Térmico de edificações
• NBR 15220 – Parte 02 – Desempenho Térmico de edificações
• NBR 15220 – Parte 03 – Desempenho Térmico de edificações

Métricas de Conforto Térmico Internacionais

Conforto Térmico Adaptativo

O Conforto Térmico Adaptativo (“Adaptive Thermal Comfort” em inglês) é um modelo que reconhece a capacidade das pessoas de se adaptarem e preferirem uma faixa mais ampla de condições térmicas. Diferentemente de métricas tradicionais, o Conforto Térmico Adaptativo leva em consideração fatores como vestuário, atividade física e expectativas individuais. Esse modelo oferece às pessoas a capacidade de personalizar sua experiência de conforto em diferentes ambientes e condições climáticas.

A métrica de Conforto Térmico Adaptativo relaciona as temperaturas de projeto internas com as temperaturas externas. Ela é baseada no entendimento de que os ocupantes podem se adaptar, ou até mesmo preferir, uma faixa mais ampla de condições térmicas. Por exemplo, os critérios de aceitabilidade sob essa métrica permitem condições internas mais quentes (fora da faixa típica de critérios de 21ºC a 24ºC), quando as condições externas são muito quentes.

O modelo de Conforto Térmico Adaptativo pode ser utilizado se as seguintes condições forem atendidas (conforme a Seção 5.4 da Norma ANSI/ASHRAE 55):

• O espaço é naturalmente condicionado/ventilado por controle do ocupante;

• O espaço não possui sistema de refrigeração mecânica (ventilação mecânica com ar não condicionado é permitida);

• Não há sistema de aquecimento em operação no espaço (sistemas de aquecimento podem ser fornecidos, porém o método adaptativo não se aplica quando em operação);

• Os ocupantes no espaço estão envolvidos em atividades físicas quase sedentárias (ou seja, em posição sentada ou assentada);

• Os ocupantes estão livres para adaptar suas roupas às condições térmicas internas e externas dentro de uma faixa de pelo menos 0,5 a 1,0 clo (clo é uma unidade usada para expressar a isolamento térmico fornecido pelas roupas); e

• A temperatura média prevalecente externa é maior que 10°C e menor que 33,5°C.

Para alcançar um nível de conforto um limite de aceitabilidade de mais de 80% devem ser alcançados em 95% da área útil durante 98% das horas de operação (calculado de acordo com padrão ANSI/ASHRAE 55). Observe que o limite de aceitabilidade de 80% está relacionado à temperatura operacional interna (temperatura operacional refere-se ao nível de conforto humano devido à temperatura do ar, temperatura média radiante e velocidade do ar).

Voto Médio Previsto

O Voto Médio Previsto (“Predited Mean Vote” (PMV) em inglês) é um método criado por Fanger (1970), amplamente utilizado para avaliar e quantificar a sensação térmica percebida em ambientes. A métrica foi projetada para edifícios totalmente ventilados mecanicamente e é determinada de acordo com a norma ANSI/ASHRAE 55.

Essa norma estabelece uma faixa de condições térmicas consideradas aceitáveis para diferentes ambientes e atividades. Através de uma escala de sensação térmica de 7 pontos que varia de -3 (frio) a +3(quente), sendo 0 neutro, onde se encontra o conforto térmico.

O PMV leva em consideração diversos fatores para determinar o nível de conforto térmico. Esses fatores incluem a temperatura do ar, a umidade relativa, a velocidade do ar e a taxa metabólica das pessoas presentes no ambiente.

Ao aplicar o método do Voto Médio Previsto, é possível obter um resultado que indica se as condições térmicas são consideradas frias, confortáveis ou quentes. Essa avaliação é extremamente útil para projetos de arquitetura e engenharia, pois permite analisar e otimizar o conforto térmico dos espaços, garantindo o bem-estar das pessoas que os utilizam.

Predicted Percentage of Dissatisfied (PPD)

PPD (Porcentagem Prevista de Insatisfeitos) é outro indicador criado por Fanger (1970), utilizado para avaliar o conforto térmico em ambientes internos. Enquanto o PMV preve a sensação térmica, o PPD considera o nível de satisfação dos ocupantes em um espaço, representando a porcentagem de pessoas que provavelmente estarão insatisfeitas com as condições térmicas do ambiente.

O PPD leva em consideração fatores como temperatura do ar, umidade relativa, velocidade do ar, roupas usadas e atividade física. Com base nessas variáveis, é possível estimar a probabilidade de desconforto térmico para diferentes faixas de temperatura e umidade.

É importante ressaltar que o PPD é apenas uma estimativa e pode variar de acordo com as características individuais de cada pessoa. Além disso, o conforto térmico também pode ser influenciado por outros fatores, como preferências pessoais e adaptação gradual às condições ambientais.

Índice Universal de Conforto Térmico (UTCI)

O Universal Thermal Comfort Index (UTCI) em inglês, é um modelo bioclimatico que busca estabelecer um índice abrangente de conforto térmico externo. Ele leva em consideração vários fatores, como a temperatura do ar, a umidade, a velocidade do ar, e a radiação solar. Além disso, o UTCI foi desenvolvido para ser aplicável em diferentes regiões e climas, proporcionando um padrão universal de conforto térmico.

O índice do UTCI é categorizado em em 10 categorias de estresse térmico, que variam desde o estresse extremo de calor (acima de +46°C) até o estresse extremo de frio (abaixo de -40°C).

• Acima de +46: Extremamente quente. Condições extremamente quentes e perigosas.
• +38 a +46: Muito quente. Condições muito quentes e desconfortáveis.
• +32 a +38: Quente. Condições quentes, mas ainda suportáveis.
• +26 a +32: Calor moderado
• 0 a +9: Fresco. Condições moderadamente frias, mas geralmente confortáveis.
• 13 a 0: Frio moderado
• 27 a -13: Condições Muito frias, mas ainda toleráveis.
• 40 a -27: Muito Frio
• Abaixo de -40: Condições extremamente frias e desconfortáveis.

Esses números representam a percepção humana de conforto térmico com base em fatores como temperatura, umidade, velocidade do ar e radiação térmica. É importante considerar essas métricas ao projetar ambientes confortáveis para as pessoas.

Índice de Calor

O Índice de Calor, também conhecido como Heat Index em inglês, é um indicador meteorológico que combina a temperatura do ar e a umidade relativa para determinar como as condições ambientais são percebidas pelo corpo humano. Esse índice é particularmente importante em regiões com climas quentes e úmidos, onde a umidade pode intensificar a sensação de desconforto térmico. Portanto, é crucial monitorar o Heat Index para garantir a segurança e o bem-estar das pessoas expostas a essas condições climáticas adversas.

Ao analisar o Heat Index, é importante destacar que ele leva em consideração a interação entre a temperatura e a umidade relativa. Isso ocorre porque a umidade afeta a capacidade do corpo de se resfriar através da transpiração, o que pode levar ao aumento do risco de problemas relacionados ao calor, como insolação e exaustão térmica. Portanto, o Heat Index fornece uma medida mais precisa e abrangente do desconforto térmico, levando em conta não apenas a temperatura do ar, mas também a umidade presente no ambiente.

O Heat Index calcula diferentes níveis de índices de calor, que podem ser usados para avaliar o risco de desconforto e problemas relacionados ao calor. Aqui estão os níveis de índices de calor que o Heat Index apresenta:

• De 27°C a 32°C: Atenção. Sem desconforto térmico significativo.
• De 32°C a 41°C: Extrema Atenção. Possível desconforto térmico, especialmente com exposição prolongada e atividade física intensa.
• De 41°C a 54°C: Perigo. Risco elevado de desconforto térmico, atividade física intensa pode levar a exaustão térmica.
• Acima de 54°C: Perigo Extremo. Risco extremo de desconforto térmico, exposição prolongada pode levar a insolação e risco à vida.

É importante estar ciente desses níveis de índices de calor ao monitorar o Heat Index e tomar medidas adequadas para proteger a saúde e o bem-estar durante condições climáticas quentes e úmidas.

Além disso, é importante ressaltar que o Heat Index não é apenas uma informação útil para indivíduos, mas também para profissionais que trabalham em ambientes externos, como construção civil, agricultura e esportes ao ar livre. Essas pessoas precisam estar cientes do Heat Index para adotar medidas adequadas de proteção e prevenção contra os efeitos negativos do calor excessivo.

Existem vários sites e softwares disponíveis para fazer simulações do Heat Index. Alguns dos mais populares incluem:

• Omni Calculator: O site oferece uma seção de “Sensação Térmica” onde você pode inserir a temperatura e a umidade relativa para calcular o Heat Index.
• National Weather Service: O serviço meteorológico nacional dos Estados Unidos também fornece um calculador online do Heat Index em seu site.

Ferramentas para Análise de Conforto Térmico

Carta Psicrométrica

O uso da carta psicrométrica é uma ferramenta extremamente útil e relevante para as simulações bioclimáticas voltadas para o conforto térmico em ambientes construídos. Ela permite analisar detalhadamente as condições de temperatura e umidade relativa do ar, fornecendo informações precisas para determinar o índice de conforto em determinado espaço.

Ao utilizar a carta psicrométrica, é possível visualizar graficamente a relação entre a temperatura e a umidade do ar, o que possibilita uma compreensão mais clara das condições climáticas. Isso é especialmente importante para o projeto de edificações sustentáveis e eficientes, pois permite tomar decisões embasadas na busca pelo conforto térmico dos ocupantes, ao mesmo tempo em que se busca a redução do consumo de energia.

Além disso, a carta psicrométrica também auxilia na otimização do uso de sistemas de climatização, uma vez que é possível identificar as faixas de temperatura e umidade em que as pessoas se sentirão mais confortáveis. Dessa forma, é possível dimensionar corretamente os sistemas de resfriamento ou aquecimento, evitando desperdícios de energia e garantindo o bem-estar dos usuários.

Para ler a carta psicrométrica, você pode seguir estes passos simples:

1. Identifique a temperatura seca (ou temperatura do ar) no eixo horizontal da carta.
2. Localize a umidade relativa no eixo vertical da carta.
3. Trace uma linha reta a partir da temperatura seca até a curva correspondente à umidade relativa.
4. A interseção entre a linha traçada e a curva indica a temperatura de bulbo úmido (ou temperatura de ponto de orvalho).
5. A partir da temperatura de bulbo úmido, é possível determinar outras propriedades, como a entalpia específica ou o volume específico.

Você pode fazer a simulação da carta psicrométrica em diversos sites e softwares. Eu gosto muito do site do Andrew Marsh, que da até a opção de visualizar as métricas de conforto térmico sobrepondo a carta psicrométrica de acordo com o clima que você esta estudando.

As métricas disponíveis para sobreposição são:

• Heat Index
• Predicted Mean Vote (PMV) de acordo com a Norma ISO 7730:2005, ASHRAE 55:2007, e EN 15251:2007.
• Givoni Bioclimatic Chart

Sobre a Carta bioclimática de Givoni, ela é uma ferramenta utilizada para avaliar e entender as condições climáticas de uma determinada região e como elas podem influenciar na concepção e no projeto de edificações. Ela leva em consideração fatores como temperatura, umidade, vento e radiação solar para determinar as características climáticas de um local.

Essa tabela é aplicada no campo da arquitetura e do design de edifícios para auxiliar na criação de espaços confortáveis e energeticamente eficientes. Ela permite identificar estratégias de projeto, como o uso de materiais adequados, orientação solar, ventilação natural e isolamento térmico, que podem melhorar o desempenho dos edifícios em diferentes climas. Com base nos dados da tabela, é possível identificar estratégias de projeto que podem melhorar o desempenho das edificações. Por exemplo, se a tabela indica altas temperaturas e radiação solar intensa durante alguma estação do ano, estratégias como o uso de sombreamento e isolamento térmico podem ser consideradas.

É fundamental lembrar que a tabela bioclimática de Givoni é apenas uma ferramenta preliminar. Para um projeto completo e detalhado, é necessário realizar análises mais aprofundadas e estudos adicionais, como simulações computacionais e análises de desempenho energético.

Portanto, o uso da carta psicrométrica é essencial para garantir o conforto térmico em ambientes construídos, contribuindo para a criação de edificações mais sustentáveis, eficientes e agradáveis de se viver ou trabalhar.

Softwares de Simulação

Existem diversos softwares disponíveis para realizar simulações e análises de conforto térmico. Alguns exemplos populares incluem:

• Ladybug Tools: Um plugin para o Grasshopper, uma linguagem de programação visual no Rhino 3D que permite a simulação de conforto térmico e análise energética em edifícios.
• Thermal Comfort Tool: Uma ferramenta online que permite avaliar o conforto térmico com base no PMV e no PPD.
• ENVI-met: Um software de simulação de microclima que pode ser usado para analisar o ambiente térmico e simular o UTCI.
• Climate Studio: Um software de simulação climática utilizado para analisar o ambiente térmico e realizar simulações de UTCI e conforto térmico.
• IES: O IES é um software de simulação ambiental que também pode ser utilizado para analisar o ambiente térmico e realizar simulações do UTCI. Ele oferece recursos avançados para modelagem de edifícios e avaliação do conforto térmico.
• EnergyPlus: É um software de simulação ambiental utilizado para análise do ambiente térmico e recursos avançados para modelagem de edifícios e avaliação do conforto térmico.
• DesignBuilder: É um software de simulação climática que pode ser utilizado para análise do ambiente térmico e oferece recursos avançados para modelagem de ambientes internos e externos, permitindo uma análise detalhada do conforto térmico.

Essas são apenas algumas opções disponíveis, e cada software possui características e requisitos específicos. É importante verificar a documentação e os recursos de cada ferramenta para escolher aquela que melhor atenda às suas necessidades.

Conclusão

O conforto térmico é um fator essencial para o bem-estar e a produtividade das pessoas em ambientes internos e externos. Com a ajuda de métricas e ferramentas adequadas, é possível analisar, projetar e otimizar as condições de conforto térmico em diferentes espaços e climas. Portanto, ao considerar projetos de arquitetura, urbanismo e outras áreas relacionadas, é fundamental incorporar o estudo e a análise do conforto térmico desde as etapas iniciais.

Lembre-se de que cada métrica e ferramenta possui suas características e limitações, e é importante escolher aquelas mais adequadas ao contexto e aos objetivos do projeto. Ao levar em consideração o conforto térmico, estamos garantindo ambientes mais saudáveis, sustentáveis e agradáveis para todos.

Espero que este artigo tenha fornecido uma visão geral útil sobre as métricas e ferramentas de conforto térmico. Continue explorando e aprofundando seus conhecimentos nesse campo fascinante!