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Fonte: livro Eficiência Energética na Arquitetura, Normas ISO 7730, NBR 16401‐2, apostila de Insolação de Edifícios e o projeto de suas Proteções Solares -PUC/GO, apostila de desempenho térmico de edificações – UFSC/CTC, anotações de aula
Resumo de Conforto térmico
O conforto térmico é a satisfação psicofisiológica de um indivíduo com as condições térmicas do ambiente.
1.Trocas Térmica
A quantidade de calor liberado pelo organismo é função da atividade desenvolvida e dissipada por meio de mecanismos de trocas térmicas entre o corpo e o ambiente envolvendo:
- Trocas secas: condução; convecção; radiação;
- Trocas úmidas: evaporação.
O calor perdido para o ambiente por meio das trocas secas é denominado calor sensível e é função das diferenças de temperatura entre o corpo e o ambiente. O calor perdido por meio das trocas úmidas é denominado calor latente e envolve mudanças de fase – o suor (líquido) passa para o estado gasoso através da evaporação.
2. Trocas secas: convecção, radiação e condução. (calor sensível)
- Convecção: troca de calor entre dois corpos, sendo um deles sólido e o outro um fluido (líquido ou gás).
As trocas de calor por convecção são ativadas pela velocidade do ar, quando se trata de superfícies verticais. Quando o ar está em contato com uma superfície mais quente, ele se aquece, se eleva e deixa lugar para um ar mais frio; gerando um movimento denominado de “convecção natural”. Se o ar já se encontrava em movimento antes de entrar em contato com a superfície o fenômeno é denominado de “convecção forçada”, como no caso, por exemplo, de um edifício bem ventilado. Nesse caso, mesmo que o movimento do ar advenha de causas naturais, como o vento, o mecanismo de troca entre a superfície e o ar passa a ser considerado convecção forçada.
No caso de superfície horizontal, o sentido do fluxo desempenha importante papel. Quando o fluxo é ascendente, há coincidência do sentido do fluxo com o natural deslocamento ascendente das massas de ar aquecidas, enquanto no caso de fluxo descendente, o ar, aquecido pelo contato com a superfície, encontra nela mesma uma barreira para sua ascensão, dificultando a convecção — seu deslocamento e sua substituição por nova camada de ar à temperatura inferior à sua.
Ex: parede e ar
- Radiação: mecanismo de troca de calor entre dois corpos — que guardam entre si uma distância qualquer — por meio de sua capacidade de emitir e de absorver energia térmica. Esse mecanismo de troca é consequência da natureza eletromagnética da energia, que, ao ser absorvida, provoca efeitos térmicos, o que permite sua transmissão sem necessidade de meio para propagação, ocorrendo mesmo no vácuo.
Ex: parede e sol
1.3 Condução: troca de calor entre dois corpos que se tocam ou mesmo partes do corpo que estejam a temperaturas diferentes. A propriedade fundamental de um material na transmissão de calor por condução é a condutibilidade térmica.
Ex: parede N e parede leste
Densidade absoluta d (kg/m3) e a condutibilidade térmica K(W/m.oC) dos materiais de construção mais frequentes.
O coeficiente de condutibilidade térmica da matéria é o fluxo de calor que passa, na unidade de tempo, através da unidade de área de uma parede com espessura unitária e dimensões suficientemente grandes para que fique eliminada a influência de contorno, quando se estabelece, entre os parâmetros dessa parede, uma diferença de temperatura unitária. Depende de:
- densidade do material — a matéria é sempre muito mais condutora que o ar contido em seus poros;
- natureza química do material — os materiais amorfos são geralmente menos condutores que os cristalinos;
- umidade do material — a água é mais condutora que o ar.
Um conceito importante associado à condutibilidade térmica é o seu oposto – a resistência térmica.
2. Trocas térmicas úmida: evaporação e condensação (calor latente)
As trocas térmicas que advêm de mudança de estado de agregação da água, do estado líquido para o estado de vapor e do estado de vapor para o estado líquido, são denominadas trocas úmidas, cujos mecanismos são evaporação e condensação.
2.1 Evaporação: troca térmica úmida proveniente da mudança do estado líquido para o estado gasoso. Para ser evaporada, passando para o estado de vapor, a água necessita de um certo dispêndio de energia. (calor latente)
2.2 Condensação: troca térmica úmida decorrente da mudança do estado gasoso do vapor d’água contido no ar para o estado líquido. Quando o grau higrométrico do ar se eleva a 100%, a temperatura em que ele se encontra é denominada ponto de orvalho e, a partir daí, o excesso de vapor d’água contido no ar se condensa — passa para o estado líquido.
A condensação é acompanhada de um dispêndio de energia. A condensação de um litro d’água dissipa cerca de 700 J. Se o ar, saturado de vapor d’água, entra em contato com uma superfície cuja temperatura está abaixo da do seu ponto de orvalho, o excesso de vapor se condensa sobre a superfície, no caso de esta ser impermeável — condensação superficial —, ou pode condensar-se no interior da parede, caso haja porosidade.
A condensação superficial passageira em cozinhas e banheiros, nos horários de uso mais intenso, é considerada normal. Torna-se problemática quando se dá em paredes e principalmente em coberturas de baixa resistência térmica. Um meio para evitar a condensação superficial consiste na eliminação do vapor d’água pela ventilação.
3.Variáveis de conforto térmico: estão divididas em variáveis ambientais e variáveis humanas.
3.1 As variáveis humanas são:
- Metabolismo gerado pela atividade física
- Resistência térmica oferecida pela vestimenta
3.2 As variáveis ambientais são (variáveis como sexo, idade, raça, hábitos alimentares, peso, altura podem exercer influência nas condições de conforto de cada pessoa e devem ser consideradas):
- Temperatura do ar: a principal variável do conforto térmico. A sensação de conforto baseia-se na perda de calor do corpo pelo diferencial de temperatura entre a pele e o ar. É medida pelo psicrômetro.
- Temperatura radiante média;
- Velocidade do ar: ocorre em ambientes internos sem necessariamente a ação direta do vento. O ar se desloca pela diferença de temperatura (convecção natural) ou por meios mecânicos (convecção forçada). O deslocamento do ar aumenta os efeitos da evaporação no corpo, retirando a água em contato com a pele com mais eficiência e assim, reduzindo a sensação de calor. É medida pelo anemômetro.
- Umidade relativa do ar: a uma determinada temperatura o ar somente pode conter uma certa quantidade de vapor de água. Quando chegamos a esse valor máximo dizemos que o ar está saturado. Ultrapassado este limite, ocorre a condensação, no qual o vapor excedente passa ao estado líquido, provocando o aumento da temperatura da superfície onde ocorre a condensação. Estes processos dão lugar a uma forma particular de transferência de calor: um corpo perde calor por evaporação, que será ganho por aquele no qual se produz a condensação. A umidade do ar, conjuntamente com a velocidade do ar, intervém na perda de calor por evaporação. Como aproximadamente 25% da energia térmica gerada pelo organismo é eliminada sob a forma de calor latente (10% por respiração e 15% por transpiração) é importante que as condições ambientais favoreçam estas perdas.
À medida que a temperatura do meio se eleva, dificultando as perdas por convecção e radiação, o organismo aumenta sua eliminação por evaporação. Quanto maior a UR, menor a eficiência da evaporação na remoção do calor. Isto mostra a importância de uma ventilação adequada. Porém, quando a temperatura do ar é superior à da pele, a pessoa estaria ganhando calor por convecção. Mas, ao mesmo tempo se produz um fenômeno de efeito contrário, já que a circulação do ar acelera as perdas por evaporação. No momento em que o balanço começa a ser desfavorável, ou seja, quando apenas ganharíamos calor, a umidade do ar torna-se importante. Se o ar está saturado, a evaporação não é possível, o que faz a pessoa começar a ganhar mais calor assim que a temperatura do ar seja superior a da pele. No caso em que o ar está seco, as perdas continuam ainda com as temperaturas mais elevadas.
Assim, a umidade absoluta representa o peso de vapor d’água contido em uma unidade de massa de ar (g/kg) e a umidade relativa, a relação entre a umidade absoluta do ar e a umidade absoluta do ar saturado para a mesma temperatura.
