CONFORT AMBIENTAL EN ESPACIOS ABIERTOS

Dres. Leonardo Monteiro y Marcia Alucci

Si establecer predictivamente las condiciones ambientales en un espacio interior confinado no es tarea sencilla y requiere de la utilización de complejos programas de cálculo, mucho más intrincado es querer predecir las condiciones de confort ambiental cuando se trata de espacios abiertos.

Es que a las variables que intervienen para modificar las condiciones ambientales en un espacio interior (temperaturas de bulbo seco y radiantes, humedades absolutas y relativas, movimiento del aire interior, radiación solar incidente sobre elementos opacos o penetrando a través de elementos vidriados, etc.) se agregan, cuando se trata de un espacio exterior, la acción del viento y/o de la radiación solar actuando libremente sobre las personas, a no ser que algún elemento se lo impida.

Sin embargo es necesario, a pesar de la dificultad, tener elementos de análisis o de cálculo que se aproximen en sus resultados a las situaciones reales, dado que en nuestras ciudades actuales, mucha gente pasa mucho tiempo en las calles, plazas o parques, en eventos deportivos o artísticos o sea utilizando espacios exteriores. Por lo tanto para evaluar condiciones existentes o para acompañar a los diseñadores y paisajistas en su tarea creativa, se torna imprescindible contar con herramientas fiables de análisis.

Para alcanzar este objetivo, los Dres. Leonardo Marques Monteiro y Marcia Peinado Alucci de la Universidad de San Pablo están realizando una minuciosa investigación en la que se realizan tareas de campo con gran despliegue y en las que intervienen numerosos grupos de voluntarios. Veamos el relato que hacen de sus experiencias e investigaciones:

CONFORTO TERMICO EM ESPACOS ABERTOS E TEMPERATURA EQUIVALENTE DE PERCEPCAO

Levantamentos Empíricos

A fim de verificar os resultados dos modelos preditivos, foi realizada uma série de levantamentos de campo, para os quais se definiu o seguinte procedimento. Foram estabelecidas três bases para determinação das diversas variáveis: uma primeira a céu aberto, uma segunda sob copa de árvores e uma terceira sob cobertura têxtil Uma base, a 10m de altura, foi estabelecida para referenciar as variáveis ambientais, situando-se espacialmente entre as três bases citadas. No total, cento e cinqüenta pessoas foram entrevistadas em cada uma das três bases, em seis horários diferentes.

A execução operacional dos levantamentos foi realizada da seguinte maneira. Estabeleceram-se dois grupos de setenta e cinco pessoas. Realizaram-se os procedimentos com o primeiro grupo nos três primeiros horários, repetindo-se os procedimentos com o segundo grupo nos três horários seguintes. Cada grupo foi subdividido em três, cada um de vinte e cinco integrantes. Cada subgrupo dirigiu-se a uma base. Na primeira base, todas as pessoas receberam etiquetas identificadoras (A01-A25, B01-B25, C01-C25), responderam um questionário para verificação de características gerais (sexo, idade, peso, altura) e aclimatação (locais onde já viveu e por quanto tempo) e foram fotografadas (em grupos de cinco) para posterior identificação da vestimenta. Após esses procedimentos iniciais, todos ficaram vinte minutos expostos às condições ambientes locais, para em seguida receberem um questionário de percepção e preferência de sensação térmica (Figura 2). Neste questionário, perguntou-se também se alguma peça de roupa foi alterada desde o momento do registro fotográfico. Depois de respondidos, os questionários foram recolhidos e cada grupo se dirigiu à próxima base, onde permaneceram por mais vinte minutos, realizando o mesmo procedimento até terem passado pelas três bases. O segundo grupo de setenta e cinco pessoas passou pelos mesmos procedimentos, trocando de bases em sentido inverso ao do primeiro grupo. Os levantamentos foram realizados para dias de verão e de inverno.

Ver: Questionário de percepção e preferência de sensação térmica.

Os equipamentos utilizados em cada base serão aqui sucintamente descritos. Na base a céu aberto, foi utilizada uma estação meteorológica marca ELE modelo EMS com sensores de temperatura e umidade do ar, velocidade e direção do vento modelo e piranômetro Eppley, registrando-se os dados em data logger marca ELE modelo MM900 EE 475-016. Na base sob cobertura arbórea utilizou-se estação meteorológica Huger Eletronics modelo GmbH WM918, com sensores de temperatura e umidade do ar, velocidade e direção do vento, armazenando-se os dados diretamente em microcomputador portátil. Na base sob cobertura têxtil tensionada utilizou-se estação Innova 7301, com módulo de conforto (sensores de temperatura, umidade e velocidade do ar) e de estresse térmico (do qual se utilizou o termômetro de globo) registrando-se os dados em data logger de conforto térmico da mesma marca, modelo 1221. Na base a 10m de altura utilizou-se estação meteorológica semelhante (modelo GmbH WM921) à da base sob copas de árvores, enviando-se os dados para microcomputador portátil através de ondas de rádio. Os registros realizados pelos equipamentos se deram em intervalos de um minuto. Em cada uma das três bases, foi montado um set com dois termômetros de globo. Os globos de latão utilizados apresentam diâmetro de 17 cm. Em cada set, pintou-se um globo de preto fosco e outro de cinza médio fosco. Os termômetros utilizados em cada globo são de mercúrio. A leitura e o registro dos dados deram-se a cada dez minutos. Dada o grande número de pessoas mobilizadas para o levantamento de campo em questão, decidiu-se pela realização de medições extras das variáveis ambientais caso houvesse algum problema com o registro eletrônico em curso. Assim montou-se um set com um termohigrômetro marca Homis modelo 229 e um set com quatro anemômetros marca Homis modelo 209 em cada uma das bases.

RESULTADOS DA PESQUISA

Como resultados atuais da pesquisa em andamento, serão apresentados: (1) um quadro comparativo de classificação dos modelos, (2) uma proposição de critérios para comparação de resultados dos modelos, (3) resultados comparativos entre simulações preditivas e dados coletados em levantamentos de campo, e (4) proposição de um índice de Temperatura Equivalente Percebida (TEP), para avaliação das condições de sensação térmica

1. Classificação dos modelos

Para facilitar a consideração dos resultados, foi realizada uma classificação dos modelos estudados, considerando conceitos modelares e modais. Consideraram-se ainda os seus respectivos índices, segundo o critério de interpretação apresentado. Assim, os modelos foram classificados segundo dois critérios: o objeto de predição e o método predominante de modelagem. Segundo o objeto de predição, tem-se a consideração ou do esforço fisiológico (cujos índices são comumente referidos como de estresse térmico), ou da sensação térmica (cujos índices são comumente considerados como de conforto térmico). Com relação ao método predominante de modelagem, tanto os modelos de esforço fisiológico quanto os modelos de sensação térmica podem ser subdivididos em modelos numéricos e modelos analíticos, segundo sejam, respectivamente, adotadas abordagens predominantemente indutivas ou dedutivas (ver Tabela 1). Já os índices foram classificados segundo o seu principal critério interpretativo. Assim, os índices considerados baseiam-se predominantemente em um dos dois seguintes critérios: analogia ou parametrização. Quando a interpretação é realizada através de analogia, verifica-se, invariavelmente, a adoção de temperaturas equivalentes. Estas são temperaturas equivalentes de referência, no caso de modelos de esforço fisiológico, e temperaturas equivalentes de sensação térmica, no caso dos modelos que têm esta como objeto de predição. Em ambos os casos, é habitual o estabelecimento posterior de faixas interpretativas para os valores das temperaturas equivalentes. Nos casos em que não ocorre um processo analógico, observa-se o estabelecimento de um parâmetro específico, ou ainda da relação entre diversos parâmetros. No caso de índices de estresse térmico, os parâmetros são fisiológicos. Já com relação aos índices de conforto térmico, tem-se parametrização através de variáveis fisiológicas ou através de escalas arbitrárias de valores. Em ambos os casos verifica-se posterior correlação dos valores encontrados com respostas subjetivas. Assim, ainda que nas duas situações tenha-se uma interpretação qualitativa subjetiva, convencionou-se aqui a divisão dos índices parametrizados segundo a utilização de parâmetros ditos fisiológicos ou qualitativos. Estes foram assim chamados porque a escala de valores é arbitrada pelas respostas subjetivas, recaindo a ênfase no caráter qualitativo. Já aqueles foram assim chamados porque a escala de valores é determinada efetivamente pelo parâmetro ou relação de parâmetros fisiológicos.

Ver: Tabela 1-Proposta de classificação dos modelos e índices levantados.

2. Critérios de comparação

Para a realização da comparação entre os diversos modelos foram estabelecidos três critérios que estão baseados na correlação entre os resultados fornecidos pelos diversos modelos e os resultados encontrados no levantamento de campo, levando em consideração os valores médios obtidos em cada uma das trinta e seis situações levantadas. Assim, para cada modelo, a consideração dos resultados é realizada através, primeiramente, da correlação entre os resultados do parâmetro adotado pelo modelo e os resultados, em termos de respostas subjetivas de percepção de sensação térmica, do levantamento de campo. O segundo critério é a correlação entre os resultados do índice do modelo e os resultados, também em termos de respostas subjetivas de percepção de sensação térmica, do levantamento de campo. Por fim, é considerada a porcentagem de equivalência de respostas do índice para os casos em que haja a possibilidade de estabelecimento de correlação lingüística entre as faixas interpretativas deste e as utilizadas no levantamento de campo. As faixas de interpretação dos valores dos índices podem ser encontradas nas referências mencionadas neste artigo e em Monteiro (2005a e 2005b). Com relação aos índices baseados em temperaturas equivalentes, utilizaram-se as faixas interpretativas propostas por De Freitas (1997). Ainda que o autor aponte a utilização desse critério apenas para os índices baseados em temperatura efetiva, adotou-se o mesmo para os demais casos, por falta de outras referências bibliográficas (exceto para o caso do STI, em que se utilizou Blazejczyk, 1996).

3. Resultados Comparativos

A Tabela 2 apresenta os resultados em termos correlativos e de percentual de acerto preditivo. A tabela 3 traz os limites microclimáticos e das variáveis pessoais considerados para as correlações no conjunto de levantamentos e simulações realizados.

Ver: Tabela 2:-Módulos das correlações entre resultados empíricos e das simulações.

Ver: Tabela 3: Valores limite observados para as variáveis ambientais.

4. Proposição da Temperatura Equivalente de Percepção (TEP)

Ao se considerar os diversos modelos preditivos de conforto térmico, observou-se a tendência em se adotarem temperaturas equivalentes no lugar de escalas interpretativas. Considerando-se a aplicação para espaços abertos, índices de temperatura equivalente apresentam algumas vantagens. Não precisam, em princípio, de escalas interpretativas, uma vez que fazem referência a uma situação equivalente de comparação. Por não precisarem de escala interpretativa, podem ser utilizados individualmente como valores de referência para sensação térmica, uma vez que consideram as diferentes variáveis ambientais e apresentam interpretação de caráter indutivo.

Para a proposição de uma equação que fornece valores de temperatura equivalente, assumiram-se aqui as seguintes condições para o ambiente de referência: temperatura radiante média igual à temperatura do ar: trm = tar; velocidade do ar aproximadamente igual a zero: var = 0,1 m/s; umidade relativa igual a cinqüenta por cento: UR = 50%. Baseando-se essas assunções, pode-se estabelecer relação entre a temperatura equivalente a ser proposta e as sensações previstas pelos levantamentos e campo. Desta forma, correlacionando-se as variáveis ambientais das setenta e duas situações levantadas e o valor médio de percepção de sensação térmica verificado em cada uma delas (tendo como base os resultados dos 1750 questionários aplicados), e realizando-se as considerações teóricas e adaptações numéricas apresentadas por Monteiro e Alucci (2009), tem-se, para pessoas em espaços abertos com vestimentas adequadas à situação climática em questão, a proposição da seguinte equação:
TEP = -3,777 + 0,4828 · tar + 0,5172 · trm + 0,0802 · UR - 2,322 · var

Em resumo, a temperatura equivalente percebida (TEP) de um dado ambiente pode ser sucintamente definida como uma escala de sensação térmica que apresenta valores numericamente iguais aos da temperatura do ar de um ambiente de referência (tar=trm, UR=50% e var=0) em que se verifica o mesmo valor médio de percepção de sensação térmica que no ambiente em questão.

Destaque-se que o modelo apresenta correlação de 0,93, com p<0,001, e 96% de acertos preditivos considerando os dados dos demais levantamentos empíricos. Observando-se os resultados da Tabela 2, nenhum outro modelo apresenta resultados tão significativos. Ressalta-se, contudo, que a equação foi obtida a partir de dados compreendidos em determinadas situações ambientais e que a utilização em outras situações depende da verificação de correlação de resultados de possíveis extrapolações com dados observados. Os limites verificados no levantamento de variáveis ambientais são os apresentados na Tabela 3. Ainda que a vantagem de temperaturas equivalentes seja a possibilidade de interpretação intuitiva de seus valores, é também interessante a existência de escalas interpretativas, uma vez que a interpretação intuitiva só é possível após a exposição a vários ambientes e o conhecimento de suas respectivas temperaturas equivalentes. Deste modo, apresenta-se na Tabela 4 as faixas para interpretação do índice de temperatura equivalente percebida, em função dos valores médios de sensação térmica.

Ver: Tabela 4: Faixas interpretativas para a temperatura equivalente percebida (TEP).

CONSIDERAÇÕES FINAIS

O objetivo desta pesquisa foi verificar a aplicabilidade de diferentes modelos preditivos de conforto térmico em espaços abertos, comparando seus resultados e propondo uma nova modelagem por meio de abordagem específica. A classificação proposta e os critérios estabelecidos para comparação dos resultados permitem aproximações sucessivas dos modelos em estudo. A primeira correlação verifica o potencial do modelo, em termos do parâmetro adotado, ou da relação entre parâmetros adotada, para prever a sensação térmica. A segunda correlação aponta o potencial do índice de interpretação do modelo. A terceira correlação fornece, efetivamente, uma quantificação dos acertos, em termos de predição, do modelo e de seu respectivo índice.

A nova modelagem proposta, representativa das situações urbanas específicas estudadas na cidade de São Paulo, é derivada de tratamento estatístico da base de dados empírica, análise de modelos e proposição de temperatura equivalente percebida. Verifica-se que a correlação dos resultados preditivos modelares encontrados (0,93) são mais significativos que de qualquer outro modelo, mesmo calibrado (Monteiro e Alucci, 2007b). Ainda que seja de se esperar que, na comparação de um modelo com os demais, na qual o critério de comparação seja uma base empírica da mesma localidade geradora do modelo, tenham-se melhores resultados correlativos do próprio modelo, não se pode negar a conclusão de que um simples modelo linear gerado, dada uma população adaptada a determinadas condições climáticas, é de mais fácil utilização e apresenta melhores resultados que qualquer outro modelo. Tem-se, assim, a verificação de que a predição de conforto térmico em espaços abertos requer modelos com calibração e validação específicas para dada população adaptada a determinadas condições climáticas."

Para más información ver:
- Antecedentes analizados para esta investigación
- Bibliografía utilizada.
Para consultas: Dr.Leonardo M. Monteiro