Aula P: Qualidade de Ar Interior

(1)

1

A ventilação cumpre, na maioria dos edifícios de serviços, um duplo

papel:

- Garantir a qualidade do ar

- Remover cargas térmicas

No caso da qualidade de ar interior (QAI) podemos distinguir três

grupos de poluentes:

- Devido aos ocupantes (CO2, humidade, odores)

- Devido aos materiais de construção (COV, etc.)

- Provenientes do exterior (partículas, radão, CO, etc.)

(2)

Concentração =

Previsão de concentração de poluentes

Quantidade de Poluente

Quantidade de ar

Caudal de poluente

Caudal de ar

Concentração =

Interior

Concentração

Exterior

+

(3)

3

Caudal de =

Ventilação

Qual o caudal de ar adequado?

Caudal de poluente introduzido

Concentração máx. - Concentração ext.

Nesta expressão é preciso atenção à coerência de unidades: as unidades

utilizadas para o caudal nos dois lados da equação têm de ser idênticas

Faz-se esta análise para os diferentes poluentes e o contaminante mais

exigente....manda!

(4)

Para níveis de metabolismo normais (dentro do âmbito de aplicação do

modelo Fanger) a relação entre o nível metabólico e o consumo de O

₂

é a

seguinte (Emmerich & Persily 2001):

Em que: AD é a área de superfície corporal (correlação de DuBois), M é o

nível metabolico em Met, RQ é o rácio entre consumo de O

₂

e produção de

CO

₂

(0.83). Aplicando valores standard obtém-se:

Aula P: Qualidade de Ar Interior – Correlação para previsão de

quantidade de CO

₂

Produzido por ocupante

s

l

RQ

M

A

V

D o

/

77 .

0

23 .

0 00276

.

0

2 .

+

=

s

l

V

O

0 .

0062

/

77 .

0

83 .

0

23 .

0

2 .

1

8 .

1 00276

.

0

2 .

=

+

×

=

(5)

5

A correlação apresentada no slide anterior prevê para um homem adulto uma

produção de CO

₂

de 18.5 l/h.

Utilizando a expressão de DuBois em conjunto com o nível metabólico (em

Met) é possível obter outros volumes de emissão.

Quando se fazem cálculos de concentração de CO

₂

tipicamente opta-se por

utilizar partes por milhão ou mg/m3. Tendo em conta que a imprecisão

introduzida pela aproximação de Boussinesq (ar incompressível) é

negligenciável: as duas abordagens são equivalentes.

Neste caso a conversão entre mg/m

3

_{e ppm obtém-se (ρ=1.2041 kg/m}

3

_,

CO

₂

=44.01 g/mol, Ar=28.98 g/mol):

1800 mg/m

3

_{= 1495 mg/kga = 28.98/44.01 x 1495 = 984.4 ppm ≈ 1000 ppm}

Aula O: Qualidade de Ar Interior – Correlação para previsão de

quantidade de CO

₂

Produzido por ocupante

(6)

Método de Cálculo

Para obter prever o nível de CO₂ utiliza-se a solução analítica da equação de conservação de CO₂ no interior de um

compartimento (neste caso em ppm, nesta expressão um espaço entre variáveis equivale a uma multiplicação):

Em que:

Vs é o volume da sala em m3_.

CO2 é a concentração interior de CO₂ (ppm).

ML é a produção de CO₂ por ocupante (em mililitros).

Occ é o numero de ocupantes.

F é o fluxo de ar devido a infiltração (m3_/s).

Na solução utilizam-se renovações por hora (RPH)

CO2e é a concentração exterior de CO₂.

A solução desta equação para o caso CO₂[0]= CO₂e é a seguinte:

Aula O: Qualidade de Ar Interior – Correlação para previsão de

quantidade de CO

₂

Produzido por ocupante

(7)

7

Caudal de ar necessário para um ocupante (CO

₂

)

Caudal Necessário

=

18 l/h

(1400 - 400) 10

-6

=

Para remover o CO

₂

produzido por uma pessoa de forma a limitar a

concentração interior a 1400 ppm quando temos 400 ppm no

exterior:

/h

m

18 l/h

18'000

=

3 =

(8)

Caudal Necessário

=

18 l/h

(5000 - 400) 10

-6

=

Para remover o CO

₂

produzido por uma pessoa de forma a limitar

a concentração interior a 5000 ppm quando temos 400 ppm no

exterior:

= 3900 l/h = 4 m

3 /h

(9)

9

Neste caso, o nariz é o aparelho de medida:

¬

 

Um olf: é o debito de odor produzido por uma

pessoa...típica. É o equivalente a uma potência “de

odor”.

¬

 

Um pol = é o resultado da diluição de um olf num

caudal igual a um litro de ar limpo por segundo.

Para além da necessidade de controlar o nível de CO

₂

, existe também a

necessidade de quantificar a concentração de odor produzido pelos

(10)

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

P

ourc

ent

age

d'

ins

at

is

fa

it

s

O Olf e o pol foram propostos por Fanger, que propôs também uma

relação entre pol (na horizontal do gráfico) e percentagem de pessoas

insatisfeitas (no eixo vertical)

(11)

11

Caudal Necessário

=

1 olf

0,2 pol

= 5 l

s

Para remover os odores produzidos por um

ocupante de forma a limitar o odor interior a 0,3 pol

quando temos 0,1 pol no exterior:

/h

m

18 0,005

3600

h

1/3600

m

0,005

s

l

5 =

3 =

×

=

3 Caudal de ar necessário para um ocupante controle

de odores

(12)

Caudal Necessário

=

72 g/h

= 24 kg

3

/h

Para remover o vapor de água produzido por um ocupante, de forma a manter uma

HR de 40% (temperatura interior de 22°C) em condições de ambiente exterior de

0°C e 100% de HR:

22°C et 40% HR corresponde a 7 g/kg d’air

0°C et 100% HR corresponde a 4 g/kg d’air

Caudal de ar necessário para um ocupante controle de

(13)

13

Caudal Nacessário

=

120 W

(22-0) K

!0,34 Wh/(m

3

K)

=16

m

3

h

Caudal necessário para remover o calor sensível

introduzido por um ocupante quando estão 22°C no

interior e 0°C no exterior:

Caudal de ar necessário para um ocupante controle

de temperatura

(14)

Resumo dos resultados dos exemplos anteriores...qual o

caudal de ar novo necessário (m

3 _{/h por ocupante)?}

Débit requis [m³/h]

0

5

10

15

20

25 Odeur

CO²

Vapeur d'eau

Chaleur

Air inspiré

(15)

15

Poluente

Odor

CO2

Vapor

Calor

"Débito"

1 Olf

18 l/h

72 g/h

120 W

"Concentração"

0.3 Pol 1400 ppm

7 g/kg

22 °C

Conc. ext.

0.1 Pol 400 ppm

4 g/kg

0 °C

Caudal de ar [m!/h]

18

20

16 Neste exemplo é o vapor de água que determina o caudal a utilizar

(16)

Aula Q

(17)

17

Existem vários regras para a promoção da Q.A.I.:

Reduzir as fontes de poluição interior, em particular: evitar a utilização de

materiais poluentes.

Controlar as fontes de poluição interior através de exaustão localizada, junto a

cada fonte.

Posicionar cuidadosamente as admissões de ar novo exterior (>1.5m do

pavimento, distanciada mais de 5-15m das exaustões).

Utilizar sistemas de ventilação eficientes, com caudais de ar novo adequados.

Quando necessário utilizar sistemas mecânicos com filtragem de eficiência

adequada.

(18)

A regulamentação nacional sobre Qualidade de Ar Interior (QAI)

•  RSECE impõe concentrações limite para vários poluentes

(19)

(20)

A eficiência de um sistema de ventilação condiciona todas as funções que o sistema cumpre. Quanto menor for a eficiência, maior será o caudal de ar necessário para garantir um determinado caudal efetivo:

Caudal efetivo= Caudal total x Eficiência

De uma forma simplificada podemos dividir os sistemas de ventilação mecânica associados aos sistemas de climatização em duas famílias “extremas”:

1. Sistemas perfeitamente estratificados (ventilação por deslocamento)

2. Sistemas perfeitamente misturados (ventilação por mistura)

Os sistemas de ventilação mecânica mais usuais e convencionais são do tipo 2. Os sistemas do tipo 1 surgem normalmente em grandes espaços, construídos de raiz.

Na prática não existem sistemas perfeitos, pelo que nenhum sistema é do tipo 1 ou 2, sendo antes uma combinação dos dois. Por norma, a maior predominância de um dos casos permite enquadrar o sistema. O sistema mais corrente é do tipo parcialmente misturado (2). Curiosamente, uma das

razões para a não obtenção de mistura perfeita é a estratificação (que está na base do sistema 1!).

Sistemas de ventilação mecânica

Padrões e eficiência de ventilação

(21)

21

Ventilação por deslocamento vertical

Neste tipo de sistema o ar entra por baixo (mais frio do que a temperatura média da sala) e sai por cima (mais quente).

É um sistema em que se utiliza insuflação a baixa velocidade de insuflação (<0.2m/s).

O ar quente forma uma camada de mistura a nível superior, que não deverá penetrar na zona ocupada (se isso acontecer perde-se o benefício do sistema).

Este sistema é muito eficaz em situações onde as fontes de poluentes interiores aquecem o ar (ou seja: também são cargas térmicas).

Este sistema têm eficiência de ventilação máxima...desde que o ar de ventilação não esteja mais quente que a sala (para isso a sala tem de ter fontes de calor....e precisar de arrefecimento).

Este tipo de sistema é muito interessante em espaços de grande altura: permite climatizar apenas a zona inferior (que é a que

(22)

(23)

23 Neste tipo de sistema o ar entra por cima e

sai por cima ou por baixo (não faz grande diferença).

É um sistema em que se utiliza insuflação a alta velocidade (> 3-4m/s).

O sistema tenta promover uma mistura perfeita com o ar da sala.

Este sistema é muito eficaz em situações de elevada carga térmica de arrefecimento

(superior a 60W/m2_).

Este sistema têm eficiência de ventilação variável, mas sempre inferior a 0.9.

Este tipo de sistema é muito utilizado

porque, por norma, não é fácil introduzir o ar a nível inferior (interfere demasiado com a flexibilidade de utilização dos espaços).