2. Qualidade do ambiente interior dos edifícios
2.5 Ventilação
A ventilação pode definir-se como sendo a técnica que permite substituir o ar ambiente interior de um determinado local considerado não adequado por falta de pureza, de temperatura inadequada ou de humidade excessiva, por outro ar, eventualmente exterior, com melhores características [24].
A ventilação verifica-se essencial para os ocupantes dos edifícios uma vez que apresenta as seguintes funções:
Fornece oxigénio para a adequada respiração;
Permite o controlo do calor produzido pelo organismo;
Proporciona condições ambientais mais confortáveis, regulando a temperatura do ar, a humidade e a eliminação de odores indesejáveis;
Contribui para a redução das concentrações interiores dos poluentes, melhorando deste modo a qualidade do ar interior e consequentemente a saúde dos ocupantes. Nos diversos tipos de edifícios, a ventilação assume então um papel bastante importante para garantir as condições adequadas de conforto e de qualidade do ar interior. Para tal, torna-se essencial a quantificação das taxas de ventilação dos espaços interiores.
A taxa de ventilação pode ser determinada através do caudal de ventilação, 𝑞 [m3/h], ou ainda
através do número de renovações horárias, 𝑅𝑝ℎ [h-1]. A renovação horária pode ser entendida como o número de vezes que o ar de um espaço é renovado em cada hora, encontrando-se relacionada com o caudal volúmico de ventilação, conforme indica a expressão (2-6) (adaptado de [27]).
𝑅𝑝ℎ =
𝑞
𝑉 (2-6)
Em que:
𝑅𝑝ℎ– Número de renovações horárias [h-1];
𝑞 – Caudal de ventilação [m3/h];
𝑉 – Volume efetivo do espaço [m3].
Um dos principais métodos utilizados na determinação da taxa de ventilação dos espaços interiores dos edifícios é o método do gás traçador. Trata-se de um método que consiste na libertação de uma determinada quantidade de um gás com propriedades específicas no interior de um espaço em estudo e no registo da evolução da sua concentração ao longo do tempo. Na avaliação da ventilação dos espaços interiores pertencentes a edifícios de escritórios, habitações, hospitais, escolas, infantários e lares de idosos, é comum utilizar-se como gás
é portanto recorrente em situações nas quais não se pretenda interferir nas rotinas diárias dos ocupantes.
A determinação da taxa de ventilação dos espaços interiores pelo método do gás traçador pode ainda ser realizada através de diferentes técnicas que analisam a concentração do gás traçador ao longo do tempo. As referidas técnicas existentes correspondem a diferentes procedimentos normalizados de emissão e controlo.
Nos casos de estudo da dissertação apenas será abordada a avaliação da renovação horária pela técnica do decaimento, utilizando o CO2 metabólico como gás traçador.
Conforme descrito nas normas ASTM E 741 [28] e ASTM D 6245 [29], quando o gás traçador usado na técnica do decaimento é o CO2 produzido pelo metabolismo dos ocupantes, as medições
da concentração em função do tempo iniciam-se no instante de saída dos ocupantes do espaço em estudo. A partir desse instante, o decaimento da concentração do gás é medido ao longo do tempo e a taxa de renovação horária é determinada com base nos valores registados.
De acordo com a norma ASTM E 741 [28], para a técnica do decaimento, o cálculo da taxa de renovação horária pode ser determinada através de dois métodos. O método mais utilizado é através da equação da reta de regressão linear resultante dos mínimos quadrados, aplicado aos valores experimentais obtidos, o qual será utilizado na determinação das renovações horárias dos casos de estudo da dissertação.
Deste modo, para uma determinada zona em estudo, é necessária a consideração das seguintes hipóteses [30]:
O regime é permanente (temperatura exterior e vento estacionários – caudais aproximadamente constantes);
A concentração do gás traçador no exterior é nula (não recorrendo ao CO2);
Não existe emissão nem adsorção de gás.
Com a consideração das hipóteses mencionadas, o balanço de massa do gás traçador pode ser expresso pela seguinte equação deferencial [30]:
𝑉𝑑𝑐(𝑡)
𝑑𝑡 = −𝑞𝑐(𝑡) (2-7)
Em que:
𝑉 – Volume efetivo do espaço [m3];
𝑐 – Concentração volúmica do gás traçador [-];
𝑞 – Caudal de ar exterior (caudal de ventilação) [m3/h].
𝑐(𝑡) = 𝑐0𝑒− 𝑞
𝑉 𝑡 (2-8)
Em que:
𝑐0 – Concentração inicial, em volume, do gás traçador [-].
Pelo rearranjo da equação (2-8), obtém-se: 𝑞 𝑉= 𝑅𝑝ℎ = ln ( 𝑐0 𝑐(𝑡)) 𝑡 ⟺ ln(𝑐(𝑡)) = −𝑅𝑝ℎ 𝑡 + ln (𝑐0) (2-9)
Pela análise da equação (2-9), conclui-se que a variação do logaritmo neperiano da concentração, em função do tempo, é linear e o módulo do declive da reta da representação gráfica dessa variação é o número de renovações horárias.
Os gráficos da Figura 2-3 ilustram a descrição das funções que definem a concentração do gás e o logaritmo neperiano da concentração do gás, em função do tempo, no qual o módulo do declive da reta corresponde à taxa média de renovação de ar.
Figura 2-3: Técnica do decaimento: A) decaimento da concentração do gás traçador; B) gráfico do logaritmo da concentração em função do tempo (adaptado de [31])
Para o gráfico apresentado na Figura 2-3 B), caso exista uma zona inicial não linear, a mesma deve ser retirada do cálculo do declive, dado que se considera que não se encontram estabelecidas as condições estacionárias para a realização do ensaio [30].
A técnica do decaimento traduz-se numa técnica bastante utilizada na determinação da renovação horária de uma dada zona em estudo. No entanto, a referida técnica possui como desvantagem a pequena duração do ensaio, pela qual a taxa de renovação de ar obtida é característica somente daquele intervalo de tempo.
O intervalo entre medições deve ser menor que dois minutos; Deverão registar-se, no mínimo, cinco valores;
O tempo de ensaio deverá ser aproximadamente igual à “constante de tempo nominal”, 𝜏𝑛 [h], com o valor mínimo de uma hora. A “constante de tempo nominal”, 𝜏𝑛 [h], é
definida como o inverso da taxa de renovação horária, 𝑅𝑝ℎ [h-1]: 𝜏𝑛 =
1
𝑅𝑝ℎ (2-10)
Na normalização existente [28] são referidos ainda valores da incerteza no cálculo da renovação horária ou do caudal exterior da ordem de 10%, para um intervalo de confiança de 95%.
O cálculo das renovações horárias dos espaços interiores dos edifícios tem como principal objetivo analisar se os espaços em estudo possuem capacidade para uma renovação de ar aceitável, dentro dos valores mínimos regulamentados. Na legislação aplicável em Portugal, existem regulamentados na Portaria n.º 353-A/2013 [7] os valores mínimos de caudais de ar novo requeridos em função da carga poluente devida à ocupação (Método prescritivo), conforme apresentado no Quadro 2-10.
Quadro 2-10: Valores mínimos de caudais de ar novo requeridos em função da carga poluente devida à ocupação (Método prescritivo, adaptado de [7])
Tipo de
atividade Exemplos de tipo de espaço
Caudal de ar novo [m3/(hora.pessoa)]
Sono Quartos, Dormitórios e similares 16
Descanso Salas de repouso, Salas de espera, Salas de conferência,
Auditórios e similares, Bibliotecas 20
Sedentária
Escritórios, Gabinetes, Secretarias, Salas de aula, Cinemas, Salas de espetáculo, Salas de refeições, Lojas e
similares, Museus e galerias, Salas de convívio, Salas de atividade de estabelecimentos de geriatria e similares
24
Salas de jardins de infância e pré-escolar e Salas de
creche 28
Em função do disposto no ponto 2.2.2 da Portaria n.º 353-A/2013 [7], nos quartos dos lares os valores mínimos de caudais de ar novo (obtidos no Cap. IV) foram calculados unicamente em função da ocupação. Relativamente aos outros espaços e uma vez que os edifícios estudados são relativamente antigos, nos cálculos relativos aos valores mínimos dos caudais de ar novo desprezou-se a carga poluente devida aos materiais da envolvente. Tomando como exemplo a
sala 3 do infantário 1, com área de 38,66 m² e pé-direito de 2,7 m, o caudal de ar novo terá que ser o maior dos seguintes valores:
Caudal em função da ocupação: 21 (n.ᵒ ocupantes) × 28 m3/h.pessoa = 588 m3/h;
Caudal em função da carga poluente do edifício: 126 m2 (área total) × 3 m3/h.m2 (sem
atividades que envolvam a emissão de poluentes específicos) = 378 m3/h.
Pelo exemplo exposto, verifica-se que esta simplificação de cálculo para locais com elevada densidade não é prejudicial na obtenção do caudal máximo. No entanto, a sala de convívio do lar de idosos 1, em face da área total bastante elevada, apresenta-se, como o único compartimento estudado no qual o caudal em função da carga poluente do edifício é superior ao caudal em função da ocupação.