The purpose of this study is to develop an improved human radiation exchange model for use by planners and researchers. Although applicable for all environments, emphasis will be on urban areas. All processes of radiation exchange between the human body surface and surrounding environments were investigated through human body area factors (effective radiation area factor, feff, and projected area factor, fp), existing human thermal exchange models and three-dimensional (3D) computer simulation models with collected microclimatic data. For new body area factors, a sample of standing contemporary Canadian adults in normal-weight (male: 31 persons, female: 40) and over-weight (male: 48, female: 20) body mass index (BMI) categories were analyzed. A 3D mean body model was created for each category. Only very small differences in feff and fp were found between genders and BMI categories. Differences in feff and fp values between this study and previous studies were very large, up to 0.101 and 0.173, respectively. Another common body posture, walking, was also studied for the normal-weight male and female BMI categories. 3D computer walking body models at four stride positions were created. The directionless fp values for walking posture had minor differences between genders and positions in a stride. However, the differences of mean directional fp values between azimuth angles were great enough (up to 0.072) to create important differences in modeled radiation receipt. When both standing and walking postures are considered, the mean feff value of standing (0.826) and walking (0.846), 0.836, could be used. However, fp values should be selected carefully because differences between directional and directionless fp values were large enough that they could influence the estimated level of human thermal sensation. A new human radiation exchange model was developed using the new body area factors and compared with five existing models and one method (Burt, COMFA, MENEX, OUT_SET* and RayMan models and the six-directional method) using collected microclimatic data observed in Guelph, Ontario, Canada. Most differences between models came from absorbed solar radiation, especially absorbed direct beam solar radiation because of differences in fp* (=fp×feff) and feff or some missing components (feff or view factors). The lowest differences between the new model and the RayMan model alter the net all-wave radiation estimate up to 29 Wm-2, which can be significant in the human thermal exchange model. For 3D computer estimation, a new human-urban radiation exchange simulation model was developed combining the new human radiation exchange model and improved urban area factors (i.e., albedos and view factors of sunny and shaded building, ground and vegetation surfaces). The results of the new computer model were compared with microclimatic data collected in Nanaimo, B.C., Canada and Changwon, Republic of Korea as well as with two other 3D computer simulation programs, RayMan Pro and ENVI-met 3.1. The differences between the collected data and the new model were very small. Their correlation was very strong, over 0.99 for total radiation. RayMan Pro and ENVI-met 3.1 programs had larger differences, and their correlations with measured data were weaker than the new model’s. Accurate meteorological and urban setting data should be obtained for better results. The new model will give planners and researchers a simple tool to estimate accurate radiation effects in complex urban areas. / Graduate

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / In Brazil the insufficient investments in public politics on low income housing (LIH) and the urgency in solve the great housing deficit contribute to the low building quality of the housing, which historically presents problems regarding thermal comfort and energy efficiency. The occupants are the most affected with this practice, since, in order to improve their thermal comfort, they must use artificial conditioning, which is incompatible with their incomes. This research aims to evaluate the hygrothermal performance of single-family one-floor low income housing typologies in use located in Santa Maria, southern Brazil and the thermal comfort of occupants. For this study, houses under several solar orientations were selected in three different locations of the city. The method used for the evaluation of the performance is based in requirements and criteria obtained from the mathematic calculation of thermal parameters which consider the building performance in a global basis, such as the global heat flow coefficients, the radiant asymmetry, among others. Based on the results obtained, the houses can be classified according to the achieved performance. Furthermore, the perceived thermal sensation was evaluated through the application of a questionnaire during the winter and summer periods of 2012. The satisfaction degree was assessed according the Predicted Mean Vote (PMV) proposed by Fanger and standardized by the International Organization for Standardization 7730 (ISO, 1994) and the American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE, 2004). While questionnaires were applied, indoor and outdoor air temperatures and relative humidity were measured to compare against the opinion of the interviewees. Results show that the evaluated houses present a very unsatisfying hygrothermal performance as they do not show building envelopes compatibles with the local climate. Among all the evaluated houses, those from the Residencial Zilda Arns presented best performance due to the higher thermal resistance of the roof and the possibility of ventilation. Regarding the results of the survey, the calculated hygrothermal performance reflects the opinion of the interviewees, who consider their houses thermally uncomfortable for both winter and summer. The rooms pointed as the most uncomfortable have unfavourable solar orientation a either during the summer or during the winter. Interviewees pointed the cover as the main responsible for the thermal exchanges. Besides, the low constructive quality of the housings is noted through the high and low temperatures measured during the summer and the winter. / No Brasil, os escassos investimentos em políticas públicas de habitação de interesse social (HIS) e a urgência em sanar o grande déficit habitacional presente no país atualmente, contribui com a baixa qualidade construtiva das habitações que, historicamente, apresentam problemas de conforto térmico e eficiência energética. Os moradores são os mais afetados com esta prática, visto que, para melhorarem a sensação de conforto em suas habitações, necessitam utilizar a climatização artificial, muitas vezes incompatível com a sua faixa de renda. O trabalho proposto consiste na avaliação do desempenho higrotérmico de habitações térreas unifamiliares de interesse social da cidade de Santa Maria/RS. Tem como objetivo avaliar o desempenho higrotérmico de HIS térreas unifamiliares construídas e em uso na cidade de Santa Maria, RS e o conforto térmico de seus usuários. Para o estudo, foram selecionadas habitações com diferentes orientações solares em três conjuntos habitacionais da cidade. O método utilizado para a avaliação de desempenho baseia-se em requisitos e critérios, que são obtidos a partir do cálculo matemático de parâmetros térmicos que consideram o desempenho da edificação de maneira global, tais como o coeficiente volumétrico global de perdas e ganhos de calor, a assimetria da radiação térmica, entre outros. A partir dos resultados desta avaliação, as habitações podem ser classificadas de acordo com o desempenho alcançado. Além disso, a opinião dos usuários foi avaliada através de questionários que foram aplicados no período de verão e inverno de 2012. Levantou-se o grau de satisfação segundo o Voto Médio Estimado (PMV Predicted Mean Vote) proposto por Fanger e normalizado pela International Organization for Standardization 7730 (ISO, 1994) e American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE, 2004). Juntamente com a aplicação dos questionários, foram medidas as temperaturas internas e externas e as umidades relativas para comparar com a opinião dos entrevistados. Os resultados apontam que as habitações avaliadas apresentam desempenho higrotérmico insatisfatório, pois não apresentam fechamentos compatíveis com o clima local. Entre todas as edificações avaliadas, as habitações do Residencial Zilda Arns apresentam desempenho superior devido a maior resistência térmica da cobertura e a possibilidade de ventilação deste fechamento. Em relação aos resultados das entrevistas, pode-se perceber que o desempenho higrotérmico calculado reflete a opinião dos entrevistados que consideram suas habitações termicamente desconfortáveis para os dois períodos climáticos. Os cômodos apontados como os mais desconfortáveis são aqueles que possuem orientação solar mais desfavorável para verão e inverno. A cobertura foi apontada pelos moradores como o principal elemento responsável pelas trocas térmicas pela edificação. Além disso, percebe-se o mau desempenho térmico das habitações através das altas temperaturas mensuradas no interior das habitações durante o verão e as baixas temperaturas verificadas no inverno.

O objeto desta pesquisa consiste em avaliar e propor índices de conforto térmico humano por meio de variáveis ambientais, subjetivas e individuais, em escala climática local e regional. Para tanto, parte-se da hipótese de que o estudo abrangente do conforto térmico humano em escala local, por meio de entrevistas e análise do tempo in-loco, forneceria subsídios para o desenvolvimento de um índice que transite até a escala regional do clima. Parte-se, então, de um método indutivo experimental (levantamento em campo de variáveis climáticas, individuais e subjetivas) onde foram feitas coletas em campo no período de agosto de 2015, janeiro e julho de 2016, com a aplicação de questionários à população simultâneos a coleta de dados meteorológicos. Os resultados do estudo apontaram para a determinação da influência das particularidades climáticas regionais no conforto e na sensação térmica das pessoas entrevistadas, por meio dos efeitos diretos do clima regional. Confirmou-se a existência da influência do sexo dos indivíduos em relação às suas respostas de sensação térmica, bem como a influência dos aspectos fisiológicos tais como o índice de massa corporal e a faixa etária, na preferência térmica dos destes entrevistados. O presente estudo também possibilitou a calibração das faixas interpretativas de conforto térmico de diferentes índices de conforto para a área de estudo. Foram propostos quatro índices de conforto humano com base nas variáveis ambientais, subjetivas e individuais locais, sendo um índice exclusivo para a situação de verão, outro calculado para o inverno, um terceiro índice desenvolvido para ambas as situações sazonais (verão e inverno) e um quarto índice, também para ambas as situações sazonais, porém, tendo como variáveis de partida apenas a temperatura do ar, da umidade relativa do ar e da velocidade do vento. Por fim, foram avaliadas estatisticamente a abrangência espacial e a extrapolação da escala de análise dos resultados para um dos índices desenvolvidos, propondo a validação deste para a escala climática regional. Os resultados apresentados possibilitaram a avaliação do conforto humano, das variáveis ambientais, subjetivas e individuais, bem como o desenvolvimento de um índice adequado tanto para escala local quanto para a escala regional do clima, o que conferiu uma resposta conclusiva à hipótese central apresentada. / This research aims to evaluate and propose human thermal comfort indexes using environmental, individual and subjective variables in the local and regional climatic scales. For that, the hypothesis tested is that the comprehensive study of human thermal comfort, by means of interviews and in-situ weather analysis, provides the basis for the development of an index suitable to be applied also in the regional climatic scale. The first step in the research consisted of an experimental inductive method of field data collection of climatic, individual and subjective variables. Data was collected in the periods of August 2015, January and July of 2016, with questionnaires being applied to the population simultaneously to the collection of meteorological data. Results point to the influence of regional climatic characteristics over the thermal comfort of interviewed individuals, through the direct effects of regional climatic conditions. The influence of gender in thermal comfort responses was confirmed, as well as physiological aspects such as Body Mass Index and age group, in the thermal preference of interviewed individuals. This study also made it possible to calibrate different human thermal comfort classes for the different comfort indexes used in the area of study. Four human thermal comfort indexes were proposed based on environmental, subjective and individual local variables. One index was calculated for Summer, another for Winter, and a third index was developed for both seasons. A fourth index was also calculated for both seasons but using only air temperature, relative humidity and wind speed as variables. Lastly, the spatial representativeness and scale extrapolation of the results for one of the developed models were evaluated statistically in order to propose its validation to the regional climatic scale. Results present the evaluation of human thermal comfort and environmental, subjective and individual variables, as well as the development of an index suitable for both local and regional climatic scales, which provided an appropriate answer to the central hypothesis presented.

O objeto desta pesquisa consiste em avaliar e propor índices de conforto térmico humano por meio de variáveis ambientais, subjetivas e individuais, em escala climática local e regional. Para tanto, parte-se da hipótese de que o estudo abrangente do conforto térmico humano em escala local, por meio de entrevistas e análise do tempo in-loco, forneceria subsídios para o desenvolvimento de um índice que transite até a escala regional do clima. Parte-se, então, de um método indutivo experimental (levantamento em campo de variáveis climáticas, individuais e subjetivas) onde foram feitas coletas em campo no período de agosto de 2015, janeiro e julho de 2016, com a aplicação de questionários à população simultâneos a coleta de dados meteorológicos. Os resultados do estudo apontaram para a determinação da influência das particularidades climáticas regionais no conforto e na sensação térmica das pessoas entrevistadas, por meio dos efeitos diretos do clima regional. Confirmou-se a existência da influência do sexo dos indivíduos em relação às suas respostas de sensação térmica, bem como a influência dos aspectos fisiológicos tais como o índice de massa corporal e a faixa etária, na preferência térmica dos destes entrevistados. O presente estudo também possibilitou a calibração das faixas interpretativas de conforto térmico de diferentes índices de conforto para a área de estudo. Foram propostos quatro índices de conforto humano com base nas variáveis ambientais, subjetivas e individuais locais, sendo um índice exclusivo para a situação de verão, outro calculado para o inverno, um terceiro índice desenvolvido para ambas as situações sazonais (verão e inverno) e um quarto índice, também para ambas as situações sazonais, porém, tendo como variáveis de partida apenas a temperatura do ar, da umidade relativa do ar e da velocidade do vento. Por fim, foram avaliadas estatisticamente a abrangência espacial e a extrapolação da escala de análise dos resultados para um dos índices desenvolvidos, propondo a validação deste para a escala climática regional. Os resultados apresentados possibilitaram a avaliação do conforto humano, das variáveis ambientais, subjetivas e individuais, bem como o desenvolvimento de um índice adequado tanto para escala local quanto para a escala regional do clima, o que conferiu uma resposta conclusiva à hipótese central apresentada. / This research aims to evaluate and propose human thermal comfort indexes using environmental, individual and subjective variables in the local and regional climatic scales. For that, the hypothesis tested is that the comprehensive study of human thermal comfort, by means of interviews and in-situ weather analysis, provides the basis for the development of an index suitable to be applied also in the regional climatic scale. The first step in the research consisted of an experimental inductive method of field data collection of climatic, individual and subjective variables. Data was collected in the periods of August 2015, January and July of 2016, with questionnaires being applied to the population simultaneously to the collection of meteorological data. Results point to the influence of regional climatic characteristics over the thermal comfort of interviewed individuals, through the direct effects of regional climatic conditions. The influence of gender in thermal comfort responses was confirmed, as well as physiological aspects such as Body Mass Index and age group, in the thermal preference of interviewed individuals. This study also made it possible to calibrate different human thermal comfort classes for the different comfort indexes used in the area of study. Four human thermal comfort indexes were proposed based on environmental, subjective and individual local variables. One index was calculated for Summer, another for Winter, and a third index was developed for both seasons. A fourth index was also calculated for both seasons but using only air temperature, relative humidity and wind speed as variables. Lastly, the spatial representativeness and scale extrapolation of the results for one of the developed models were evaluated statistically in order to propose its validation to the regional climatic scale. Results present the evaluation of human thermal comfort and environmental, subjective and individual variables, as well as the development of an index suitable for both local and regional climatic scales, which provided an appropriate answer to the central hypothesis presented.

Spaces with high occupancy density like classrooms are challenging to ventilate and use a lot of energy to maintain comfort. Usually, a compromise is made between low energy use and good Indoor Environmental Quality (IEQ), of which poor IEQ has consequences for occupants’ health, productivity and comfort. Alternative strategies that incorporate elevated air speeds can reduce cooling energy demand and provide occupant’s comfort and productivity at higher operative temperatures. A ventilation strategy, Intermittent Air Jet Strategy (IAJS), which optimizes controlled intermittent airflow and creates non-uniform airflow and non-isothermal conditions, critical for sedentary operations at elevated temperatures, is proposed herein. The primary aim of the work was to investigate the potential of IAJS as a ventilation system in high occupancy spaces. Ventilation parameters such as air distribution, thermal comfort and indoor air quality are evaluated and the system is compared with a traditional system, specifically, mixing ventilation (MV). A 3-part research process was used: (1) Technical (objective) evaluation of IAJS in-comparison to MV and displacement ventilation (DV) systems. (2) An occupant response study to IAJS. (3) Estimation of the cooling effect under IAJS and its implications on energy use. All studies were conducted in controlled chambers. The results show that while MV and DV creates steady airflow conditions, IAJS has  cyclic airflow profiles which results in a sinusoidal temperature profile around occupants. Air distribution capability of IAJS is similar to MV, both having a generic local air quality index in the occupied zone. On the other hand, the systems overall air change rate was higher than a MV. Thermal comfort results suggest that IAJS generates comfortable thermal climate at higher operative temperatures compared to MV. Occupant responses to IAJS show an improved thermal sensation, air quality perception and acceptability of indoor environment at higher temperatures as compared to MV. A comparative study to estimate the cooling effect of IAJS shows that upper HVAC setpoint can be increased from 2.3 – 4.5 oC for a neutral thermal sensation compared to a MV. This implies a substantial energy saving potential on the ventilation system. In general, IAJS showed a potential for use as a ventilation system in classrooms while promising energy savings. / Lokaler där många människor vistas, som t.ex. klassrum, är ofta svåra att ventilera. Att upprätthålla en bra termisk komfort kräver en hög energianvändning. Vanligtvis blir det en kompromiss mellan låg energianvändning och bra kvalitet på inomhusmiljön (IEQ). Dålig IEQ får konsekvenser för människors hälsa, produktivitet och komfort. Alternativa ventilationsstrategier, som använder förhöjda lufthastigheter, kan minska kylbehovet och därmed energianvändningen. I denna avhandling utvärderas en ny ventilationsstrategi, Intermittenta luftstrålar (IAJS), där korta perioder med hög lufthastighet genererar en svalkande effekt, när rummets temperatur upplevs som för hög. Det primära syftet med arbetet var att undersöka potentialen hos IAJS som ett ventilationssystem för klassrum, där den termiska lasten ofta är hög. Strategin jämförs mot traditionella ventilationsprinciper som omblandande ventilation (MV) och deplacerande ventilation (DV). Parametrar som luftdistributionsindex, termisk komfort, luftkvalitet och energibesparing har utvärderats. Alla studier utfördes i klimatkammare. Resultaten visar att medan MV och DV skapar konstanta luftflödesförhållanden genererar IAJS cykliska hastighetsprofiler samt en sinusformad temperaturvariation i vistelsezonen. IAJS klarar att bibehålla ett bra termiskt klimat vid högre operativa temperaturer jämfört med MV. I en jämförelse med ett traditionellt HVAC-system visar beräkningar  att dess börvärde kan höjas från 2.3 till 4.5 °C med bibehållen termisk komfort. Detta indikerar en avsevärd energibesparingspotential vid användande av IAJS.

Este trabalho aborda o desempenho térmico obtido em edifícios industriais do setor calçadista, perante a importância em obter condições ambientais favoráveis à execução das atividades através de uma arquitetura adequada ao contexto climático. Assim, o objetivo nesta pesquisa é avaliar as condições de conforto térmico oferecidas pelos edifícios das indústrias calçadistas do município de Jaú, um importante pólo industrial do setor no interior de São Paulo. Caracterizam-se as tipologias construtivas dos edifícios quanto à geometria, materiais e sistema de ventilação. As estratégias passivas para obtenção de conforto térmico nos galpões fabris são identificadas e avaliadas utilizando as recomendações presentes na NBR 15220. Para avaliar as condições de conforto térmico, foram medidas as variáveis ambientais, sendo que a temperatura foi analisada sob condições de aceitabilidade térmica, conforme estabelecido pela ASHRAE 55-2010. Para estimar a sensação térmica dos usuários, são utilizados os índices PMV e PPD. Também foi aplicado um questionário para verificar o nível de satisfação dos funcionários com o ambiente de trabalho. Os resultados apontam que a maioria dos edifícios apresenta uma tipologia semelhante, com geometria retangular e ventilação realizada através de esquadrias nas fachadas. A ausência de diversas estratégias passivas resulta em um edifício com baixa inércia térmica e vulnerável às condições climáticas externas, sendo que em períodos quentes a temperatura interna foi superior a 30ºC, e em períodos frios inferior a 15ºC. A sensação térmica dos usuários na maior parte do período do expediente corresponde ao desconforto térmico para o calor, principalmente no período vespertino, sendo que a porcentagem de insatisfeitos ultrapassa 80%. Deste modo, há necessidade de otimizar a adoção de estratégias passivas, para proporcionar melhores condições térmicas de trabalho. Para isto, são indicadas soluções simples, que propiciam melhorias ao desempenho térmico dos edifícios, exemplificando: o uso de sistemas que possibilitem o resfriamento evaporativo e ampliação das áreas de aberturas destinadas à ventilação do edifício. / This paper discusses the thermal performance obtained in industrial buildings in the footwear sector, given the importance of obtaining favorable environmental conditions for the execution of activities through an architecture suited to the climate context. Thus, the objective of this research is to evaluate the thermal comfort conditions provided by the buildings of the footwear industries of Jaú city, an important industrial pole. It is characterized the typologies of building\'s construction regarding its geometry, materials and ventilation system. The passive strategies for achieving thermal comfort in the factory sheds are identified and evaluated using the recommendations present in the NBR 15220. To evaluate the thermal comfort conditions it was measured the environmental variables, and the temperature was examined under conditions of thermal acceptability, as established by ASHRAE 55-2010. In order to estimate the thermal sensation of the users, the PMV and PPD indices were used. Also, a questionnaire was applied in order to check the level of employee satisfaction with the working environment. The results show that most of the buildings presents a typology similar with a rectangular geometry and ventilation obtained through frames at the facades. The absence of different passive strategies results in a building with a low thermal inertia and vulnerable to the external weather conditions, and in hot periods, the internal temperature was above 30°C, and during colder periods it was lower than 15°C. The thermal sensation of users in most of the period of the working shift matches the thermal discomfort to the heat, especially in the afternoon, and the percentage of discontentment exceeds 80%. This way, there is a need to optimize the adoption of passive strategies, to provide better thermal conditions of work. For this purpose, simple solutions that provide improvements to the thermal performance of buildings are given, examples: the use of systems which allows evaporative cooling and expansion of openings areas for the ventilation of the building.

Este trabalho aborda o desempenho térmico obtido em edifícios industriais do setor calçadista, perante a importância em obter condições ambientais favoráveis à execução das atividades através de uma arquitetura adequada ao contexto climático. Assim, o objetivo nesta pesquisa é avaliar as condições de conforto térmico oferecidas pelos edifícios das indústrias calçadistas do município de Jaú, um importante pólo industrial do setor no interior de São Paulo. Caracterizam-se as tipologias construtivas dos edifícios quanto à geometria, materiais e sistema de ventilação. As estratégias passivas para obtenção de conforto térmico nos galpões fabris são identificadas e avaliadas utilizando as recomendações presentes na NBR 15220. Para avaliar as condições de conforto térmico, foram medidas as variáveis ambientais, sendo que a temperatura foi analisada sob condições de aceitabilidade térmica, conforme estabelecido pela ASHRAE 55-2010. Para estimar a sensação térmica dos usuários, são utilizados os índices PMV e PPD. Também foi aplicado um questionário para verificar o nível de satisfação dos funcionários com o ambiente de trabalho. Os resultados apontam que a maioria dos edifícios apresenta uma tipologia semelhante, com geometria retangular e ventilação realizada através de esquadrias nas fachadas. A ausência de diversas estratégias passivas resulta em um edifício com baixa inércia térmica e vulnerável às condições climáticas externas, sendo que em períodos quentes a temperatura interna foi superior a 30ºC, e em períodos frios inferior a 15ºC. A sensação térmica dos usuários na maior parte do período do expediente corresponde ao desconforto térmico para o calor, principalmente no período vespertino, sendo que a porcentagem de insatisfeitos ultrapassa 80%. Deste modo, há necessidade de otimizar a adoção de estratégias passivas, para proporcionar melhores condições térmicas de trabalho. Para isto, são indicadas soluções simples, que propiciam melhorias ao desempenho térmico dos edifícios, exemplificando: o uso de sistemas que possibilitem o resfriamento evaporativo e ampliação das áreas de aberturas destinadas à ventilação do edifício. / This paper discusses the thermal performance obtained in industrial buildings in the footwear sector, given the importance of obtaining favorable environmental conditions for the execution of activities through an architecture suited to the climate context. Thus, the objective of this research is to evaluate the thermal comfort conditions provided by the buildings of the footwear industries of Jaú city, an important industrial pole. It is characterized the typologies of building\'s construction regarding its geometry, materials and ventilation system. The passive strategies for achieving thermal comfort in the factory sheds are identified and evaluated using the recommendations present in the NBR 15220. To evaluate the thermal comfort conditions it was measured the environmental variables, and the temperature was examined under conditions of thermal acceptability, as established by ASHRAE 55-2010. In order to estimate the thermal sensation of the users, the PMV and PPD indices were used. Also, a questionnaire was applied in order to check the level of employee satisfaction with the working environment. The results show that most of the buildings presents a typology similar with a rectangular geometry and ventilation obtained through frames at the facades. The absence of different passive strategies results in a building with a low thermal inertia and vulnerable to the external weather conditions, and in hot periods, the internal temperature was above 30°C, and during colder periods it was lower than 15°C. The thermal sensation of users in most of the period of the working shift matches the thermal discomfort to the heat, especially in the afternoon, and the percentage of discontentment exceeds 80%. This way, there is a need to optimize the adoption of passive strategies, to provide better thermal conditions of work. For this purpose, simple solutions that provide improvements to the thermal performance of buildings are given, examples: the use of systems which allows evaporative cooling and expansion of openings areas for the ventilation of the building.

In this thesis, there is processed design of test procedure for innovative HVAC system. This design was created in consecutive phases with use of thermal manikin Newton and climate chamber. Correlation between data from thermal manikin and tests subjects and possible design changes were evaluated after each phase. There are mentioned basics of human thermoregulation, factors which affect thermal comfort and ways in which is possible to measure and rate it with use of thermal comfort scales and comfort zones diagram. The thesis includes survey for testing thermal comfort and scales which are used to complete it. In the end, we mentioned some results alongside with our approach in evaluation of correlation between thermal manikin and test. There is also final design of test procedure for innovative HVAC system which would be used for its calibration and final functionality testing.

[ES] Tradicionalmente, los espacios abiertos al aire libre han sido utilizados por los habitantes como lugares clave para la vida social, donde la gente pasa su tiempo libre. Sin embargo, debido a problemas de confort térmico, se ha reducido su uso. Es necesario mantener estos espacios activos mejorando el nivel de confort térmico. Hasta ahora, los estudios anteriores han carecido de un enfoque morfológico integral de las áreas urbanas y su impacto en el confort térmico. Entre los diversos componentes del entorno construido, las superficies verticales ocupan una gran parte del área, y el papel de estas superficies en la radiación térmica ha sido descuidado en los estudios a escala urbana. Este estudio tiene como objetivo desarrollar una respuesta efectiva para el confort térmico humano en espacios urbanos al aire libre, considerando la configuración geométrica de las superficies verticales. El estudio comienza con una revisión exhaustiva de estudios indios previos que se centran en el confort térmico en exteriores. Después de adquirir los conocimientos necesarios en el campo y comprender las lagunas existentes en los estudios de confort térmico en India, se presta atención a los sitios y las respectivas zonas climáticas. El estudio se centra en dos espacios abiertos comerciales en el clima compuesto de Delhi y cuatro barrios residenciales diferentes en Jaisalmery, analizando el efecto de las superficies verticales en el confort térmico humano al aire libre. Se llevaron a cabo simulaciones utilizando el software Envi-met para obtener varios índices climáticos, que se analizaron junto con parámetros físicos definidos por la relación altura-ancho, el factor de visión del cielo y la orientación de las superficies verticales. Se realizaron mediciones de campo para validar los resultados obtenidos de las simulaciones de Envi-met, y también se realizó una encuesta para comprender el nivel subjetivo de confort térmico. Los resultados se analizaron para la temporada de verano, ya que el invierno no es dominante y tiene una duración corta en el año. El estudio revela que las superficies verticales y su geometría tienen un efecto significativo en el confort térmico exterior. Las geometrías urbanas complejas pueden generar diferentes niveles de confort térmico en proximidad cercana, observándose variaciones en el nivel de confort térmico debido a los cambios en las geometrías de las superficies verticales alrededor de los espacios abiertos. El acceso solar, la sombra y la velocidad del viento también influyen en el confort térmico, siendo evidente el efecto de los parámetros geométricos en las sensaciones térmicas de los usuarios. Una mayor relación altura-ancho puede ayudar a mejorar el nivel de sensación térmica, aunque la influencia del factor de visión del cielo es menos prominente. Este estudio proporcionará pautas para arquitectos, arquitectos paisajistas, planificadores e ingenieros para diseñar espacios abiertos al aire libre cómodos desde el punto de vista térmico. Además, se abordará seriamente problemas a gran escala como el efecto de isla de calor urbano. Los espacios exteriores ya no se considerarán como espacios adicionales una vez que se construyan los edificios, y desde la etapa conceptual, los diseñadores considerarán el espacio exterior al diseñar los edificios y las funciones interiores. Este estudio también sentará las bases para futuras investigaciones, ya que abre varias direcciones que requieren atención. Considero que la investigación en este campo tiene un alcance amplio en el futuro, dado que la temperatura de la Tierra está aumentando debido al calentamiento global. Es responsabilidad de los arquitectos diseñar espacios de manera que la experiencia del usuario no se vea afectada mientras se mantiene el nivel de confort térmico. / [CA] Tradicionalment, els habitants han utilitzat espais a l'aire lliure com a llocs clau per a la vida social, on la gent passa el seu temps lliure. Tanmateix, a causa dels problemes de confort tèrmic, el seu ús s'ha reduït. Cal mantenir aquests espais actius, millorant el nivell de confort tèrmic. Fins ara, els estudis anteriors no han tingut un enfocament morfològic integral de les zones urbanes i el seu impacte en el confort tèrmic. Entre els diversos components de l'entorn construït, les superfícies verticals ocupen una gran part de la zona, i el paper d'aquestes superfícies en la radiació tèrmica s'ha descuidat en estudis a escala urbana. Aquest estudi pretén desenvolupar una resposta efectiva per al confort tèrmic humà en espais a l'aire lliure urbà, tenint en compte la configuració geomètrica de superfícies verticals. L'estudi comença amb una revisió exhaustiva dels estudis indis anteriors que se centren en el confort tèrmic a l'aire lliure. Després d'adquirir els coneixements necessaris en el camp i comprendre les llacunes en els estudis de confort tèrmic a l'Índia, es presta atenció als llocs i a les zones climàtiques respectives. L'estudi se centra en dos espais oberts comercials en el clima compost de Delhi i quatre barris residencials diferents a Jaisalmery, analitzant l'efecte de les superfícies verticals sobre el confort tèrmic humà a l'aire lliure. Es van realitzar simulacions mitjançant el programari Envi-met per obtenir diversos índexs climàtics, que es van analitzar juntament amb paràmetres físics definits per la relació amplada d'alçada, el factor de visió del cel i l'orientació de les superfícies verticals. Es van realitzar mesures de camp per validar els resultats obtinguts de les simulacions Envi-met, i també es va realitzar una enquesta per comprendre el nivell subjectiu de confort tèrmic. Els resultats es van analitzar per a la temporada d'estiu, ja que l'hivern no és dominant i té una durada curta a l'any. L'estudi revela que les superfícies verticals i la seva geometria tenen un efecte significatiu en el confort tèrmic exterior. Les geometries urbanes complexes poden generar diferents nivells de confort tèrmic a prop, s'observen variacions en el nivell de confort tèrmic a causa dels canvis en les geometries de les superfícies verticals al voltant dels espais oberts. L'accés solar, l'ombra i la velocitat del vent també influeixen en el confort tèrmic, l'efecte dels paràmetres geomètrics sobre les sensacions tèrmiques dels usuaris és evident. Una proporció d'amplada d'alçada més alta pot ajudar a millorar el nivell de sensació tèrmica, tot i que la influència del factor de visió del cel és menys destacada. Aquest estudi proporcionarà directrius perquè arquitectes, arquitectes paisatgístics, planificadors i enginyers dissenyin espais a l'aire lliure termalament còmodes. A més, es tractaran seriosament problemes a gran escala com l'efecte insular de calor urbana. Els espais exteriors ja no es consideraran espais addicionals un cop construïts edificis i des de l'etapa conceptual, Els dissenyadors tindran en compte l'espai exterior a l'hora de dissenyar edificis i funcions interiors. Aquest estudi també posarà les bases per a futures investigacions, ja que obre diverses direccions que requereixen atenció. Crec que la investigació en aquest camp té un abast ampli en el futur, ja que la temperatura de la Terra augmenta a causa de l'escalfament global. És responsabilitat dels arquitectes dissenyar espais perquè l'experiència de l'usuari no es vegi afectada mantenint el nivell de confort tèrmic. / [EN] Traditionally the outdoor open spaces were used by inhabitants; the social life was largely dependent on the user spending time in outdoor spaces. These spaces including streets, markets, shopping precincts, community centers, plazas, and playgrounds play a vital role in the social life of communities. Due to thermal comfort issues, the use of these spaces is declining. It is necessary to keep these spaces active by improving the thermal comfort level. The focus on a single morphological entity of an urban area and its effect on thermal comfort level is lacking in earlier studies. Out of the various components of the built environment, the vertical surface is one of the components which occupies the maximum area. The role of vertical surfaces in thermal radiation remains unresolved, unobserved, unexplored, and unapplied at the urban scale studies. This study aims to develop an effective response for human thermal comfort level in an outdoor urban space affected by the geometrical configuration of vertical surfaces. The study begins with an in-depth review of Indian studies which are focused on outdoor thermal comfort. After grasping the necessary knowledge in the field and understanding the gaps present in thermal comfort studies in India, the sites and the respective climatic zones were given attention. This study is focused on two different commercial open spaces in the composite climate of Delhi and four different residential neighborhoods in Jaisalmer and discussed the effect of vertical surfaces on human thermal comfort in an outdoor environment. Software simulations with Envi-met were performed to achieve various climatic indices. These indices were analyzed with physical parameters defined by the height-to-width ratio, sky view factor, and the orientation of vertical surfaces. Field measurements were conducted to validate the results obtained from Envi-met simulation outputs. Alongside this, a questionnaire survey was conducted to understand the subjective thermal comfort level. Results were analyzed for the summer season since winter is not dominant and lasts only for a short duration of the year. The study shows that the vertical surfaces and their geometry have high effects on outdoor thermal comfort. Complex urban geometries can result in varying thermal comfort levels. Within small proximity, the variation in thermal comfort level can be observed due to the change in the vertical surface geometries around the open spaces. The effect of solar access, shade, and wind velocity is seen in the thermal comfort level. The effect of geometrical parameters is evident in the thermal sensation votes of the user. A higher height-to-width ratio can help improve the thermal sensation level, whereas the effect of the sky view factor is less prominent. This study will give guidelines for architects, landscape architects, planners, and engineers to design thermally comfortable outdoor open spaces. It will also create a serious approach while considering the broad-scale issues such as the urban heat island effect. The outdoor spaces will not be considered as the leftover spaces once the building is constructed, whereas right from the conceptualization the designers will think about the outdoor space while designing the buildings and indoor functions. The study will also act as a base for future research since this research opens up several directions which need attention. I feel research in this field is of great scope in the future as the earth's temperature is increasing due to global warming. It is an architect's responsibility to design spaces in such a way that user experience is not affected while maintaining the thermal comfort level. / Khaire, JD. (2023). Effect of Vertical Urban Surfaces on Human Thermal Comfort in an Outdoor Environment [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/202304

Ľudia žijúci vo vyspelých krajinách trávia väčšinu svojho života vo vnútorných prostrediach budov alebo dopravných prostriedkov. Z tohto dôvodu, záujem o výskum kvality vnútorných prostredím rastie, pričom hlavný dôraz je kladený na oblasti výskumu ľudského zdravia, produktivity a komfortu. Jedným z faktorov ovplyvňujúci kvalitu prostredí je ich tepelný aspekt, ktorý je najčastejšie popísaný teplotou vzduchu, radiačnou teplotou, vlhkosťou vzduchu a rýchlosťou prúdenia vzdu-chu. Zatiaľ čo tieto parametre je možné riadiť systémom pre vykurovanie, vetranie a klimatizáciu nezávisle na počasí, takéto zariadenia sa podieľajú na vysokej spotrebe energie a značnej uhlíkovej stope. V prostediach kabín áut a dopravných prostriedkov je riadenie parametrov tepelného prostredia komplikované z dôvodu ich asymetrickej a časovo premenlivej povahy. Táto situácia je obzvlášť kritická vo vozidlách na elektrický pohon s vlastnou batériou, kde je energia na úpravu vnútornej mikroklímy čerpaná na úkor dojazdu vozidla. Pre uvedené dôvody sa hľadajú nové, en-ergeticky účinnejšie spôsoby pre úpravu tepelných prostredí a zabezpečenia tepelného komfortu. Jedným z potenciálnych riešení sú zariadenia dodávajúce človeku teplo alebo chlad lokálne, ako napríklad vyhrievané a vetrané sedadlá a sálavé panely. Vzhľadom na to, že experimentálny výskum vnútorných prostredí je náročný s ohľadom na čas a potrebné vybavenie, trendy výskumu vplyvov takýchto zariadení na človeka smerujú k optimalizačným úlohám vo virtuálnych prostrediach pomocou modelov ľudksej termofyziológie a tepelného pocitu/komfortu. Avšak pre spoľahlivé výsledky modelovania sú potrebné presné vstupné parametre definujúce prostredie, odev, vplyv povrchov v kontakte s človekom (napríklad sedadlá) a pôsobenie systémov na lokálnu úpravu mikroklímy. Cieľom tejto dizertačnej práce je vytvorenie metodológie na hodnotenie tepelných prostredí v kabínach automobilov s ohľadom na pozíciu v sede a využitím technológii na lokálnu úpravu tepelných prostredí. Jedným z požiadavkov na takúto metodológiu je jej aplikovateľnosť vo virtuálnych ale aj reálnych prostrediach. V prípade hodnotenia reálnych prostredí, cieľom je vytvorenie demonštrátora, ktorý by bol využiteľný ako spätná väzba pre riadenie systémov pre úpravu mikroklímy na základe požadovaného tepeleného pocitu. Validita uvedenej metodológie bola demonštrovaná v typických podmienkach kabín automobilov (5–41 °C) a poznatky z tejto práce sú prenesiteľné do širokého spektra inžinierkych aplikácii. V oblasti osobnej dopravy a pracovných prostredí s vyššou tepelnou záťažou je táto metóda užitočná pre identifikáciu možných zdrojov diskomfortu. Navyše je táto metóda vhodná i pre rýchlo rastúci segment elektrických vozidiel, kde je možné sledovať tok energie potrebnej na dosiahnutie určitej úrovne komfortu a riešenie optimalizačných úloh za účelom úspory energie a predĺženie dojazdu. Obdobné aplikácie možno nájsť i v budovách a prostrediach s podobnými charakteristikami.