Conforto Térmico e Carga Térmica de Climatização

Refrigeração e Ar condicionado

Conforto Térmico e Carga Térmica de Climatização

por

Christian Strobel

“Existem três frases curtas que levarão sua vida adiante: ‘Não diga que fui eu!’, ‘Oh, boa idéia chefe!’ e ‘Já estava assim quando cheguei.”

- Homer J. Simpson

INTRODUÇÃO

Nos dias atuais, a climatização de ambientes é essencial para melhorar a produtividade do ser humano nas tarefas cotidianas. O conhecimento do clima, aliado ao conhecimento dos mecanismos básicos de transferência de calor e massa, permite ao ser humano uma consciente intervenção nas edificações, seja alterando sua arquitetura, seja projetando uma nova, seja incorporando equipamentos que promovam uma melhoria na qualidade do ar interno.

Para o correto dimensionamento de sistemas de ar condicionado, faz-se importante conhecer as condições ideais de conforto humano e o cálculo preciso da carga térmica de uma edificação para determinada região, e os fatores que afetam tal carga.

A climatização de ambientes possui três principais aplicações, importantíssimas para a vida moderna:

1. A satisfação do homem permitindo-lhe se sentir térmicamente confortável;
2. A performance humana: as atividades intelectuais, manuais e perceptivas geralmente apresentam um melhor rendimento quando realizadas em conforto térmico;
3. A conservação de energia: ao conhecer as condições e os parâmetros relativos ao conforto térmico dos ocupantes do ambiente, evitam-se desperdícios com calefação e refrigeração, muitas vezes desnecessários, sendo possível a escolha de equipamentos mais adequados e de menor consumo energético para uma determinada finalidade.

Conforto Térmico

“Conforto Térmico é o estado mental que expressa satisfação do homem com o ambiente que o circunda”. ASHRAE (American Society of Heating, Refrigeration and Air Conditioning Engineers).

O homem é um ser homeotérmico. Seu organismo é mantido a uma temperatura interna sensivelmente constante, na ordem de 37°C com limites muito estreitos, variando entre 36,1°C e 37,2°C, sendo 32°C o limite inferior e 42°C o limite superior para garantir a vida, em estado de enfermidade.

O ser humano pode ser comparado a uma máquina térmica — sua energia é conseguida através de fenômenos termoquímicos. A energia térmica produzida pelo organismo humano advém de reações químicas internas, sendo esse processo de produção de energia interna a partir de elementos combustíveis orgânicos, denominado de metabolismo.

O rendimento do organismo, como máquina térmica, possui um rendimento muito baixo, na ordem de 20%. A parcela restante, cerca de 80%, se transforma em calor, que deve ser dissipado para que o organismo seja mantido em equilíbrio.

O calor produzido e dissipado depende da atividade que o indivíduo desenvolve. Em repouso absoluto, o calor dissipado pelo corpo e cedido ao ambiente é aproximadamente 75 W.

Quando o calor produzido é maior que o calor dissipado, o corpo humano reage com mecanismos de termo regulação, ou seja, pelo suor, vasodilatação e termólise, que é a redução nos processos internos de combustão química no corpo. Quando o calor produzido é menor que o dissipado, o corpo se protege por aumentar o tremor do corpo, os pelos da pele ficam a uma altura maior (arrepio) de forma a manter uma camada de ar aquecido na superfície e ocorre a vasoconstrição, de modo a acelerar o fluxo sanguíneo.

Neste mesmo contexto, a vestimenta representa uma variável importante para o conforto térmico, pois atua como uma barreira para as trocas térmicas de convecção, radiação e condução. Em clima seco, vestimentas adequadas podem manter a umidade advinda do organismo pela transpiração. A vestimenta funciona como isolante térmico — que mantém, junto ao corpo, uma camada de ar mais aquecido, conforme seja mais ou menos isolante, conforme seu ajuste ao corpo e conforme a porção de corpo que cobre.

A vestimenta adequada será função da temperatura média ambiente, do movimento do ar, do calor produzido pelo organismo e, em alguns casos, da umidade do ar e da atividade a ser desenvolvida pelo indivíduo. A vestimenta reduz o ganho de calor relativo à radiação solar direta, as perdas em condições de baixo teor de umidade e o efeito refrigerador do suor. Reduz, ainda, a sensibilidade do corpo às variações de temperatura e de velocidade do ar. Sua resistência térmica depende do tipo de tecido, da fibra e do ajuste ao corpo, devendo ser medida através das trocas secas relativas de quem a usa. Sua unidade, “clo”, equivale a 0,155 m2Κ/W.

Então, o conforto térmico está associado a algumas variáveis, que devem ser analisadas adequadamente. Entre elas:

1. Variáveis humanas:

Metabolismo (idade, sexo, raça, hábitos alimentares, atividade) e vestimenta.

1. Variáveis meio ambiente:

TBS, TBU, UR, Velocidade do ar, Latitude/Longitude e Radiação solar.

1. Variáveis do ambiente:

Orientação do ambiente, área e material de janelas e paredes, iluminação artificial, equipamentos, demanda de renovação de ar externo e infiltração.

Fanger, em 1972, realizou uma análise experimental com uma grande amostragem de pessoas, e equacionou o conforto térmico através de diversas variáveis. Através destas equações, outros autores, como Givoni (1992), chegaram a uma zona de conforto, delimitada por algumas regiões dentro da carta psicrométrica (Região 1 na figura 01), como pode ser visualizado na Figura 01.

[pic 1]

Figura 1: Carta bioclimática

Fonte: Givoni, 1992

Padrão normalizado de conforto

O padrão de conforto pode variar para cada tipo de atividade. De acordo com a norma NBR 16401, a tabela 01 mostra alguns dados de temperatura e umidade relativa ideais para o conforto:

Tabela 01: Condições recomendadas para o verão

Finalidade	Local	Recomendável	Máxima
TBS (°C)	UR (%)	TBS (°C)	UR (%)
Conforto	Residências Hotéis Escritórios Escolas	23 a 25	40 a 60	26,5	65
Lojas de curto tempo de ocupação	Bancos Barbearias Cabelereiros Lojas Magazines Supermercados	24 a 26	40 a 60	27,0	65
Ambientes com grandes cargas de calor latente e/ou sensível	Teatros Auditórios Templos Cinemas Bares Lanchonetes Restaurantes Bibliotecas Estúdios de TV	24 a 26	40 a 65	27	65
Locais de reunião com movimento	Boates Salões de Baile	24 a 26	40 a 65	27	65
Ambientes de arte (Para o ano inteiro)	Depósitos de livros, manuscritos e obras raras	21 a 23	40 a 50	-	-
Acesso	Halls de elevadores	-	-	28	70

Fonte: NBR 16401