Conforto térmico de estudantes universitários em salas de aula com ventilação híbrida em clima subtropical úmido

Abstract

O objetivo deste trabalho é analisar o conforto térmico de estudantes em salas de aula de universidades localizadas em Joinville/SC e São José/SC que operam em condições de ventilação natural e condicionamento artificial. Um estudo de campo foi realizado durante dez meses em 28 salas de aula e contou com a participação de 2034 estudantes. As salas de aula possuíam ar-condicionado do tipo split e janelas, ambos operáveis livremente por estudantes e professores. Utilizando duas estações microclimáticas, foram realizadas medições ambientais no mesmo instante em que questionários de conforto térmico eram aplicados. Foram obtidas 13200 respostas válidas ao longo de 140 dias de levantamentos. Os dados coletados durante o estudo de campo foram organizados em uma planilha e cada resposta de cada estudante foi associada aos seus respectivos hábitos e preferências pessoais, às condições socioeconômicas, e às condições ambientais internas e externas. A partir desse banco de dados, uma análise estatística foi conduzida para responder aos objetivos propostos. Foram realizadas comparações entre as respostas subjetivas dos estudantes com os modelos de conforto térmico analítico e adaptativo. Em seguida, foram desenvolvidos modelos de conforto térmico analítico e adaptativo para as salas de aula estudadas. Para responder ao objetivo geral desta tese, inicialmente foi necessário criar um subconjunto dos dados coletados em campo. Os dados foram agrupados a partir de quatro aspectos relacionados ao contexto socioeconômico: faixa de renda, situação de trabalho, curso de graduação e etnia. Utilizando o teste estatístico de Kruskall-Wallis, um subconjunto de dados foi criado a partir do conjunto de dados inicial. Este subconjunto foi desenvolvido com respostas de estudantes que possuíam características pessoais similares e que estavam submetidos às condições ambientais similares. O teste de Kruskall-Wallis foi novamente aplicado a este novo conjunto de dados para os votos de sensação térmica com o objetivo de verificar se havia diferenças significativas para os votos de sensação térmica entre os grupos de diferentes contextos socioeconômicos. Durante os estudos de campo, a temperatura média do ar externo foi 25,0oC em Joinville e 23,6oC em São José. O isolamento médio de roupas dos estudantes foi 0,73 clo em Joinville e 0,78 clo em São José. As temperaturas médias de conforto térmico de Griffiths para Joinville e São José foram 23,6oC e 22,8oC, respectivamente. As principais conclusões desta tese são: o modelo de conforto térmico PMV/PPD (Predicted Mean Vote/Predicted Percentage of Dissatisfied) não foi capaz de prever o voto médio dos estudantes na maioria dos casos, o que pode ser resultado da liberdade que os estudantes tinham em executar ações adaptativas; durante a operação com ventilação natural os estudantes, em geral, se mostravam mais satisfeitos com o ambiente térmico e durante o uso do ar-condicionado, os estudantes eram menos tolerantes a variações da temperatura interna; em todos os casos (ventilação natural e ar-condicionado), a temperatura preferida pelos estudantes foi superior à temperatura de neutralidade térmica; os modelos de conforto térmico adaptativos desenvolvidos nesta tese apresentaram faixas um pouco mais estreitas e ligeiramente deslocadas para baixo em relação aos modelos da ASHRAE, o que indica a necessidade de modelos de conforto térmico específicos para diferentes usuários (estudantes, neste caso); não foram encontradas evidências de que há diferenças significativas no conforto térmico de estudantes que pertencem a diferentes cursos de graduação e diferentes classes sociais, quando submetidos a condições térmicas similares.

Abstract: This study aims to analyze students' thermal comfort in classrooms at universities located in Joinville/SC and São José/SC in naturally ventilated or air-conditioned classrooms. A field study was conducted in 28 classrooms over ten months and involved 2034 students. The classrooms had split air-conditioning and windows, both freely operable by students and teachers. Using two microclimatic stations, environmental measurements were carried out while thermal comfort questionnaires were applied. Thirteen thousand two hundred valid responses were obtained over 140 days of surveys. The data collected during the field study was organized in a spreadsheet, and each student's response was associated with their respective personal habits and preferences, socioeconomic conditions, and internal and external environmental conditions. A statistical analysis was conducted using such a database to respond to the objectives proposed. Comparisons were made between the students' subjective responses with the analytical and adaptive thermal comfort models. Next, analytical and adaptive thermal comfort models were developed for the classrooms studied. To respond to the general objective of this thesis, it was initially necessary to create a subset of the data collected in the field. The data were grouped based on four socioeconomic contexts: income range, work situation, undergraduate course and ethnicity. Using the Kruskall-Wallis statistical test, a subset of data was created from the initial data set. This subset was developed with responses from students who had similar personal characteristics and were subjected to similar environmental conditions. The Kruskall-Wallis test was again applied to this new dataset for thermal sensation votes to check whether there were significant differences in thermal sensation votes between groups from different socioeconomic backgrounds. During the field studies, the average external air temperature was 25.0oC in Joinville and 23.6oC in São José. The average insulation of students' clothing was 0.73 clo in Joinville and 0.78 clo in São José. Average thermal comfort temperatures from Griffiths to Joinville and São José were 23.6oC and 22.8oC, respectively. The main conclusions of this thesis are: the thermal comfort model PMV/PPD (Predicted Mean Vote/Predicted Percentage of Dissatisfied) was not able to predict the average vote of students in most cases, which may be a result of the freedom that students had to carry out adaptive actions; during operation with natural ventilation, in general, students were more satisfied with the thermal environment and during the use of air-conditioning, students were less tolerant to variations in indoor temperature; in all cases (natural ventilation and air-conditioning) the temperature preferred by the students was higher than the temperature of thermal neutrality; the adaptive thermal comfort models developed in this thesis presented slightly narrower ranges and slightly shifted downwards in relation to the ASHRAE models, which indicates the need for specific thermal comfort models for different users (students in this case); no evidence was found that there are significant differences in the thermal comfort of students belonging to different undergraduate courses and different social classes, when subjected to similar thermal conditions.