AV A VA AL LI I AÇ A ÇÃ ÃO O D DO OS S C CA AU UD DA AI IS S D DE E A AR R N NO OV VO O

(1)

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA

AV A VA AL LI I AÇ A ÇÃ ÃO O D DO OS S C CA AU UD DA AI IS S D DE E A AR R N NO OV VO O

GA G AR RA AN NT TI ID DO OS S P PO OR R S SI IS ST TE EM MA AS S D DE E VE V EN NT TI I LA L A ÇÃ Ç ÃO O NA N A TU T UR RA AL L O OU U H HÍ ÍB BR RI ID DA A E EM M E ED DI IF FÍ ÍC CI IO OS S

E E S S C C O O L L A A R R E E S S

Dissertação apresentada para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica na Especialidade de Energia e Ambiente

Autor

Edna de Jesus Moreno Cardoso

Orientador

Professor Doutor Manuel Carlos Gameiro da Silva

Júri

Presidente Professor Doutor José Joaquim da Costa

Professor Auxiliar da Universidade de Coimbra

Vogal

Professor Doutor Manuel Carlos Gameiro da Silva

Professor Associado com Agregação da Universidade de Coimbra Professor Doutor Adélio Manuel Rodrigues Gaspar

Professor Auxiliar da Universidade de Coimbra

Coimbra, Julho, 2010

(2)

Os trabalhos escolares são provas para o carácter, não para a inteligência. Quer se trate de ortografia, de poesia ou de cálculo, está sempre em causa aprender a querer.

Alain, em Les Idées et les Âges, 1927.

Aos meus pais.

(3)

Ventilação Natural em Escolas Agradecimentos

Edna de Jesus Moreno Cardoso i

AGRADECIMENTOS

O trabalho que aqui se apresenta só foi possível graças à colaboração e apoio de algumas pessoas, às quais não posso deixar de prestar o meu reconhecimento.

Ao meu orientador, Professor Doutor Manuel Carlos Gameiro da Silva, pelo incentivo, dedicação e orientação deste trabalho.

Aos meus pais pelo apoio incondicional que me puderam oferecer.

Aos meus irmãos pelo incentivo.

Aos professores do curso de Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica, em especial ao professor Doutor António Gameiro Lopes, pela disponibilidade em tirarem as minhas dúvidas em programação e ao professor Doutor Adélio Gaspar, pela ajuda e disponibilidade na abordagem da ventilação natural.

À Drª Nilza Xavier pelo carinho e apoio demonstrados e à Directora da Escola Martim de Freitas pela sua disponibilidade em permitir a realização das Campanhas de medições de CO

_2.

À colega Luísa Dias, pela gentileza e ajuda na realização das campanhas de monitorização de CO

_2.

Ao Engenheiro Mário Mateus pela atenção e disponibilidade no fornecimento dos dados meteorológicos.

À Drª Isabel França, Drª Anabela Reis e à Drª Sara Almeida pela simpatia e atenção.

Aos meus amigos Lauro, Sara, Wladmir e Arlindo pelo apoio e motivação.

Por fim, não posso deixar de agradecer, a todas as pessoas que, embora não

estejam mencionadas, sempre me apoiaram e foram muito importantes para a

concretização dos meus objectivos. Sem elas, nada disto teria sido possível.

(4)

Ventilação Natural em Escolas Resumo

Edna de Jesus Moreno Cardoso ii

RESUMO

O cumprimento dos caudais de referência impostos pela nova situação regulamentar contribui para custos de energia elevados em edifícios escolares. Daí a importância de fazer um estudo aprofundado de como a ventilação natural ou híbrida pode contribuir para reduzir esses custos.

É neste âmbito que se enquadra o presente trabalho, cujo objectivo é a avaliação dos caudais de ar novo garantidos por sistemas de ventilação natural ou híbrida em edifícios escolares.

Avaliou-se a contribuição da ventilação natural para o caudal de ar novo.

Fez-se uma análise dos modelos que descrevem a ventilação natural que permitem obter uma estimativa da área das aberturas nas fachadas, a partir de cada estratégia da mesma (efeito da diferença de temperaturas, do vento e da sua acção conjunta).

Apresentam-se duas metodologias de estimativa das áreas das aberturas nas fachadas do edifício, através da ventilação natural. A primeira consiste na utilização de uma ferramenta de cálculo simplificado ClassVent, disponibilizada no regulamento de ventilação para edifícios escolares aos projectistas ingleses, BB101 (Building Bulletin 101). Na segunda recorre-se a um modelo empírico (The Britsh Standard Method), para desenvolver um software simplificado (Ventilação Natural), que foi elaborado em linguagem Visual Basic pela autora.

Palavras-chave: Ventilação natural, Ventilação híbrida, Building

Bulletin 101, Conforto ambiental interior, Eficiência

energética.

(5)

Ventilação Natural em Escolas Abstract

Edna de Jesus Moreno Cardoso iii

Abstract

With the compliance with the reference flow rates imposed by the new regulatory situation, school buildings are presenting higher energy costs. Therefore, it is important to study how natural or hybrid ventilation can help reducing costs.

In this context the objective of this study is to evaluate the fresh air flow rate of new air systems assured by hybrid or natural ventilation in school buildings. It was evaluated the contribution of natural ventilation for the new air flow rate and analysed the models that describe the natural ventilation which can obtain an estimate of openings in facades, depending on each strategy is chosen (temperature, wind and their joint action).

It is presented two methodologies that estimate the areas of openings in the building facades by natural ventilation. The first consists on using a simplified calculation tool named ClassVent, available on school buildings ventilation regulation to British designers, BB101 (Building Bulletin 101). The second methodology uses an empirical model (The British Standard Method), to develop simplified software (Natural Ventilation) in Visual Basic language.

Keywords Natural ventilation, Hybrid ventilation, Building Bulletin

101, Indoor environmental comfort (IEQ), Energy

efficiency.

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Ventilação Natural em Escolas Índice

Edna de Jesus Moreno Cardoso iv

Índice

Agradecimentos ... i

Resumo ... ii

Índice de Figuras ... v

Índice de Tabelas ... vii

Siglas ... viii

Capítulo1- Introdução

...

1 1.1. Aspectos Gerais e Regulamentação ... 1

1.2. Eficiência Energética ... 4

1.3. Conforto Ambiental Interior ... 4

1.3.1. Ambiente Térmico ... 5

1.3.2. Qualidade do Ar Interior... 5

1.4. Estrutura da Dissertação ... 7

Capítulo2- Ventilação.

...

8 2.1. Ventilação Híbrida ... 8

2.2. Infiltração ... 9

Capítulo3- Princípio de Ventilação Natural.

...

10 3.1. Estratégias de ventilação natural em edifícios escolares ... 10

3.1.1. Ventilação Natural Unilateral ... 11

3.1.2. Ventilação Natural Cruzada... 11

3.1.3. Efeito de Chaminé ... 12

3.1.4. Ventiladores Passivos ... 12

Capítulo4- Modelos simplificados de simulação e cálculo.

...

13 4.1. Ferramenta de cálculo ClassVent ... 13

4.2. Modelo de Cálculo Simplificado do Efeito da Ventilação Natural ... 15

Capítulo5- Caso prático .

...

17 5.1. Descrição da sala ... 17

5.2. Modelo para a evolução temporal da concentração de um poluente numa sala uni- zona 19

5.2.1. Apresentação e Discussão de Resultados ... 22

5.2.2. Descrição das medições ... 26

Capítulo6- Conclusões.

...

36 Referências bibliográficas ... 38

Anexo A - Manual de utilização do programa ventilação natural ... 40

Utilização do Programa ... 44

Principais elementos da interface gráfica ... 45

Interface gráfica do programa... 45

Cálculo do ΔC

p

... 49

Anexo B - Outros resultados obtidos ... 53

Anexo C - ClassVent ... 57

(7)

Ventilação Natural em Escolas Índice de Figuras

Edna de Jesus Moreno Cardoso v

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1.1 - Energia final consumida em cada sector em Portugal. ... 2

Figura 1.2 - Origem dos problemas da qualidade do ar interior. ... 6

Figura 2.1 - Sistema de ventilação híbrida. ... 8

Figura 2.2 - Diferentes tipos de frinchas no edifício. ... 9

Figura 3.1 - Sistemas de ventilação natural. ... 10

Figura 3.2 - Efeito de chaminé. ... 12

Figura 4.1 - Interface gráfica do software ClassVent. ... 13

Figura 4.2 - As diferentes estratégias de ventilação natural utilizada no programa ClassVent. ... 14

Figura 4.3 - Janela de diálogo do programa Ventilação Natural: Ventilação simples. ... 16

Figura 4.4 - Janela de diálogo do programa Ventilação Natural: Ventilação cruzada. ... 16

Figura 5.1 - A localização da sala, onde foram feitas as campanhas de medições. ... 17

Figura 5.2 - Fotografia do interior da sala 11 do bloco A, onde foram feitas as medições. 18 Figura 5.4 - Ventilação simples: Efeito da diferença da temperatura, a partir dos programas ClassVent e Ventilação Natural. ... 22

Figura 5.5 - Ventilação simples: Efeito do vento, a partir dos programas ClassVent e Ventilação Natural. ... 23

Figura 5.6 - Ventilação simples: Efeito da diferença da temperatura, para temperaturas exteriores inferiores a 20 °C, a partir do programa Ventilação Natural. ... 24

Figura 5.7 - Ventilação simples: Efeito da diferença da temperatura, para temperaturas exteriores superiores a 20 °C, a partir do programa Ventilação Natural. ... 24

Figura 5.8 - Ventilação simples: Efeito do vento, a partir do programa Ventilação Natural. ... 25

Figura 5.9 - Ventilação simples: Efeito conjugado do vento e da diferença de temperatura. Cálculo efectuado com o programa ClasssVent ... 25

Figura 5.10 - Painel frontal do monitor, modelo PS32. ... 27

Figura 5.11 - Estação meteorológica. ... 27

Figura 5.12 - Painel do weather station modelo W-8681. ... 28

Figura 5.13 - Evolução temporal da concentração de CO

₂

e número de ocupantes na sala de aula, no dia 11/2/2010. ... 29

Figura 5.14 - Decaimento da concentração de CO

2

no dia 11/2/2010. ... 29

Figura 5.15 - Ajustamento exponencial no período das 10:10 às 12:00 horas do dia 11/2/2010. ... 31

Figura 5.16 - Ajustamento linear no período das 10:10 às 12:00 horas do dia 11/2/2010. . 31

Figura 8.1 - Janela de diálogo do programa Ventilação Natural: Ventilação simples. ... 43

Figura 8.2 - Janela de diálogo do programa Ventilação Natural: Ventilação cruzada. ... 43

Figura 8.3 - Janela de diálogo do programa Ventilação Natural: Manual de utilização. .... 45

Figura 8.4 - Janela de diálogo do programa Ventilação Natural: Ventilação simples com efeito do vento. Cálculo do Caudal de Ar Novo... 46

Figura 8.5 - Janela de diálogo do programa Ventilação Natural: Ventilação simples com

efeito do vento. Cálculo da Área de Abertura na Fachada. ... 46

(8)

Ventilação Natural em Escolas Índice de Figuras

Edna de Jesus Moreno Cardoso vi

Figura 8.6 - Janela de diálogo do programa Ventilação Natural: Ventilação simples com

efeito da diferença da temperatura com duas aberturas. Cálculo do Caudal de Ar Novo. .. 47

Figura 8.7 - Janela de diálogo do programa Ventilação Natural: Ventilação simples com efeito da diferença da temperatura com duas aberturas. Cálculo da Área de Abertura na Fachada. ... 47

Figura 8.8 - Janela de diálogo do programa Ventilação Natural: Ventilação simples com efeito da diferença da temperatura com uma aberturas. Cálculo do Caudal de Ar Novo. .. 48

Figura 8.9 - Janela de diálogo do programa Ventilação Natural: Ventilação simples com efeito da diferença da temperatura com uma aberturas. Cálculo da Área de Abertura na Fachada. ... 48

Figura 8.10 - Janela de diálogo do programa Ventilação Natural: Ventilação cruzada com efeito do vento. Cálculo do Caudal de Ar Novo... 49

Figura 8.11 - Cálculo do coeficiente de pressão através da DataGridView. ... 50

Figura 8.12 - Exemplo de ficheiro de texto: coeficiente de pressão de uma parede do tipo normal, curta e longa respectivamente para 16 direcção do vento (A [°]) e para diferente tipo de exposição do edifício: E - exposto, SE - semi- exposto e P - protegido. ... 50

Figura 8.13 - Cálculo da diferença do coeficiente de pressão e caudal do ar novo. ... 51

Figura 8.14 - Janela de diálogo do programa Ventilação Natural: Ventilação cruzada com efeito da diferença da temperatura. Cálculo do Caudal de Ar Novo. ... 51

Figura 8.15 - Janela de diálogo do programa Ventilação Natural: Ventilação cruzada com efeito do vento e da diferença da temperatura. Cálculo da Área de Abertura na Fachada. . 52

Figura 9.1 - Evolução temporal da concentração de CO

2

e número de ocupantes na sala de aula, no dia 26/5/2010. ... 53

Figura 9.2 - Decaimento da concentração de CO

2

no dia 26/5/2010. ... 53

Figura 9.3 - Evolução temporal da concentração de CO

₂

e número de ocupantes na sala de aula, no dia 27/5/2010. ... 55

Figura 9.4 - Decaimento da concentração de CO

2

no dia 27/5/2010. ... 55

Figura 10.1 - Ventilação unilateral com uma abertura na fachada do edifício. ... 57

Figura 10.2 - Ventilação unilateral com duas aberturas a cotas diferentes. ... 57

Figura 10.3 - Ventilação cruzada. ... 58

Figura 10.4 - Efeito de chaminé com vários corredores. ... 58

Figura 10.5 - Ventiladores passivos. ... 59

(9)

Ventilação Natural em Escolas Índice de Tabelas

Edna de Jesus Moreno Cardoso vii

ÍNDICE DE TABELAS

Tabela 1.1 - Caudais mínimos de ar novo em escolas. ... 6

Tabela 1.2 - Concentrações máximas de diferentes poluentes no interior dos edifícios. ... 6

Tabela 5.1 - Características geométricas da sala ... 18

Tabela 5.2 - Características geométricas das janelas e da porta. ... 18

Tabela 5.3 - Taxas de renovação e caudais para os períodos de decaimento do dia 11/2/2010. ... 32

Tabela 5.4 - Taxas de renovação e caudais para os períodos de decaimento do dia 26/5/2010. ... 33

Tabela 5.5 - Taxas de renovação e caudais para os períodos de decaimento do dia 27/5/2010. ... 33

Tabela 5.6 - Taxa de renovação e caudal calculados a partir do programa Ventilação Natural. ... 34

Tabela 5.7 - Taxas de renovação e caudal calculados a partir do programa Ventilação Natural. ... 35

Tabela 8.1 - Ventilação simples. ... 41

Tabela 8.2 - Ventilação cruzada. ... 42

Tabela 9.1 - Taxas de renovação e caudais para os períodos de decaimento do dia 26/5/2010. ... 54

Tabela 9.2 - Taxas de renovação e caudais para os períodos de decaimento do dia

27/5/2010. ... 56

(10)

Ventilação Natural em Escolas Siglas

Edna de Jesus Moreno Cardoso viii

Siglas

ADAI – Associação para o Desenvolvimento da Aerodinâmica Industrial CAI – Conforto Ambiental Interior

CE – Conselho Europeu

CETIAT – Centre Technique des Industries Aérauliques et Thermiques DEM – Departamento de Engenharia Mecânica

DGEG – Direcção Geral de Energia e Geologia EEE – Eficiência Energética nos Edifícios

ERSE – Entidade Reguladora dos Serviços Energéticos

FCTUC – Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra GEE – Gases de Efeito de Estufa

NT-SCE-02 – Nota Técnica (2009) PMV – Predicted Mean Vote

RCCTE – Regulamento das Características do Comportamento dos Edifícios SCE – Sistema de Certificação Energética e da Qualidade do Ar interior nos Edifícios

RSECE – Regulamento dos Sistemas Energéticos de Climatização em Edifícios

QAI – Qualidade do Ar Interior UE – União Europeia

VN – Ventilação Natural

(11)

Ventilação Natural em Escolas Capítulo 1 - INTRODUÇÃO

Edna de Jesus Moreno Cardoso 1

1. INTRODUÇÃO

1.1. Aspectos Gerais e Regulamentação

Na maioria dos países desenvolvidos utilizam-se combustíveis fósseis (como o gás natural, carvão e petróleo) na procura de energia para assegurarem as suas necessidades energéticas.

Segundo a Direcção Geral de Energia e Geologia (DGEG), Portugal importou em 2007 cerca de 82,9 % da energia primária de origem fóssil. Isto mostra que o país está muito dependente do fornecimento de recursos energéticos externos.

A constante oscilação do mercado petrolífero deve-se à crise que se instalou nos últimos anos (tendência de crescimento) nos preços do petróleo e dos seus derivados.

O equilíbrio entre a oferta e a procura de energia, para evitar a ruptura no abastecimento da mesma, devido ao aumento do consumo nos diferentes sectores e ao aumento das emissões de gases de efeito de estufa, levaram muitos países desenvolvidos a tomar diferentes medidas de conservação de energia e a subscreveram o Protocolo de Quioto (tratado internacional com compromissos mais rígidos da emissão dos gases que agravam o efeito de estufa).

Apresenta-se na figura seguinte, o consumo dos principais sectores de actividade económica relativamente ao consumo de energia final.

Em 2007, foi de 29,2 % na Indústria, 36,4 % nos Transportes, 17,1 % no

Doméstico, 12,2 % nos Serviços e 5,1 % nos outros sectores (onde se inclui a Agricultura,

Pescas, Construção e Obras Públicas), (DGEG, 2007).

(12)

Figura 1.1 - Energia final consumida em cada sector em Portugal.

Fonte: DGEG, 2007.

Os edifícios são responsáveis por 40 % do consumo de energia e 36 % das emissões de CO

2

. O desempenho energético dos edifícios é fundamental para atingir os objectivos do Clima e da Energia da UE, nomeadamente a redução de 20 % das emissões de gases com efeito de estufa e uma poupança energética de 20% até 2020, (CE, 2010).

Melhorar o desempenho energético dos edifícios é uma forma rentável de combater as alterações climáticas e melhorar a segurança energética, além de criar oportunidades de emprego, particularmente no sector da construção (CE, 2010)

A nova legislação sobre a eficiência energética dos edifícios, que transpôs a Directiva comunitária n.º 2002/91/CE, do Parlamento Europeu e do Conselho, de 16 de Dezembro, relativa ao desempenho energético dos edifícios, estabeleceu novos regulamentos para os sistemas energéticos e de climatização nos edifícios (RSECE) e para as características de comportamento térmico dos edifícios (RCCTE), bem como a criação do sistema de certificação energética e qualidade do ar interior dos edifícios (SCE), (DGEG, Janeiro de 2010).

A nível internacional, ao abrigo do Protocolo de Quioto e do compromisso comunitário de partilha de responsabilidades, Portugal assumiu o compromisso de limitar o aumento das suas emissões de gases de efeito de estufa (GEE) em 27% no período de 2008-2012 relativamente aos valores de 1990, (ERSE, 2009).

A directiva relativa ao desempenho energético dos edifícios (2002/91/CE) é o

principal instrumento legislativo a nível da UE para melhorar o desempenho energético dos

edifícios. Nos termos desta directiva, os Estados-Membros devem aplicar os requisitos

mínimos no que respeita ao desempenho energético dos edifícios novos e nos já existentes,

(13)

assegurar a certificação do seu desempenho energético e exigir a inspecção regular de caldeiras e sistemas de ar condicionado nos edifícios, (CE, 2010).

No caso dos edifícios de serviços, aplica-se em Portugal o RSECE-QAI que estabelece os requisitos em termos de eficiência energética e da qualidade do ar interior a que eles devem obedecer. A aplicação do RSECE aos edifícios escolares, nomeadamente nas situações de requalificação decorrentes do programa existente de recuperação, tem levado a um aumento muito significativo das potências instaladas, principalmente devido aos novos sistemas de ventilação e climatização. Assim, é importante analisar os diferentes contributos que estratégias de ventilação menos consumidoras de energia, nomeadamente a Ventilação Natural (VN) podem dar para a melhoria da eficiência energética destes edifícios.

A VN é a movimentação do ar interior recorrendo a forças naturais (provenientes de um diferencial de pressão promovido por dois processos físicos: eólico e térmico). A sua eficiência dependerá de como for utilizado o sistema da ventilação natural, cuja eficiência depende de factores como a localização do edifício, o regime dos ventos, as condições térmicas, o tipo, o tamanho e a posição das aberturas nas fachadas no mesmo.

A VN além de contribuir para o arrefecimento do ar, promove a diluição e remoção de poluentes, assegurando uma boa qualidade do ambiente interior, proporcionando mais conforto aos ocupantes ajudando também a reduzir os custos energéticos e, consequentemente, a redução da poluição do ambiente exterior.

Para arejar um espaço, pode-se recorrer à ventilação mecânica (utilização de ventiladores) ou à ventilação híbrida (combinação da ventilação natural e mecânica). Na ventilação híbrida, o caudal de ar novo é assegurado pela VN, sempre que as condições climatéricas o permitam e pode-se recorrer à ventilação mecânica quando o caudal de ar novo for insuficiente para garantir um nível aceitável da qualidade do ambiente interior.

Actualmente, a ventilação natural é menos utilizada nos edifícios de serviços do que a ventilação mecânica, daí haver um número reduzido de modelos de cálculos simplificados para avaliar a contribuição da ventilação natural nos edifícios.

Assim sendo, é necessária uma abordagem teórica em relação aos factores

relacionados com as diferentes estratégias naturais, visto que a utilização da ventilação

mecânica não contribui para um desenvolvimento sustentável (aumento de custo energético

(14)

e impacto ambiental), promovendo o aumento da síndrome de edifício doente (falta de manutenção).

Neste trabalho avaliam-se os caudais de ar novo através da ventilação natural (simples e cruzada) ou híbrida em edifícios escolares. Esta avaliação é feita através de um caso prático (monitorização das concentrações de CO

2

numa das salas de aula da Escola Básica 2/3 Martim de Freitas em Coimbra), e através de dois programas de cálculo simplificado: a ClassVent e pelo programa Ventilação Natural (desenvolvida pela autora).

1.2. Eficiência Energética

O consumo de energia no sector de edifícios tem aumentado, quer nos serviços, quer nas habitações. A procura de uma melhoria contínua da qualidade do ambiente interior, traduz-se num elevado consumo dos recursos energéticos, consequentemente no aumento da poluição ambiental. O desenvolvimento sustentável, através da qualidade do ambiente interior nos edifícios, levou à preocupação da utilização racional de energia e uma melhor gestão da poluição ambiental no sector de edifícios.

Porém, há que ter em atenção a saúde dos ocupantes do edifício, garantindo a qualidade do ar interior, tendo em conta a concentração dos gases, microrganismos e de poeiras.

1.3. Conforto Ambiental Interior

A Conforto do Ambiente Interior (CAI) refere-se a todos os factores ambientais, tais como: a qualidade do ar interior (QAI), o ambiente térmico, o ruído, as vibrações, a iluminação e os aspectos ergonómicos. Estes factores afectam a qualidade de vida (saúde e o bem-estar) dos ocupantes no interior de edifícios.

O ambiente interior de um edifício pode ser influenciado por produtos

químicos, biológicos e físicos que podem ser provenientes de actividades de ocupação, dos

materiais de construção ou da temperatura ambiente.

(15)

1.3.1. Ambiente Térmico

Um ambiente térmico saudável é o resultado do controlo simultâneo da temperatura, humidade e renovação do ar num dado espaço. Uma temperatura excessiva constitui um factor de "stress" para o organismo humano, originando perturbações físicas e psicológicas.

O conforto térmico é, em linhas gerais, obtido por trocas térmicas que dependem de vários factores, ambientais ou pessoais.

O balanço térmico do corpo humano e sua resposta fisiológica dependem da produção de calor metabólico, dos valores de factores ambientais (velocidade do vento, temperatura do ar, humidade relativa e temperatura média radiante) e do tipo de vestuário que se usar. Existem vários índices utilizados para definir o grau de conforto ou desconforto térmico sentido pelas pessoas, sendo os mais utilizados o PMV e o PPD.

O cálculo do índice PMV (Predicted

Mean Vote

) é baseado num método mais generalizado, utilizado para avaliar e definir o conforto térmico. Este método foi desenvolvido por Fanger (1972) e adaptado na Norma ISO 7730. O índice PMV integra no seu cálculo um modelo da percepção sensorial humana que transforma o balanço térmico do corpo humano num valor da votação média previsível das pessoas numa escala de conforto.

1.3.2. Qualidade do Ar Interior

A renovação de ar é a forma mais simples de garantir a diluição e remoção de poluentes no interior de um edifício. Uma fraca qualidade do ar interior existente pode levar a que os ocupantes do edifício venham a apresentar problemas de saúde, tais como: a irritação dos olhos, stress, dores de cabeça e um mau desempenho dos mesmos. Nas duas tabelas seguintes, apresentam-se os valores mínimos de caudais de ar novo em escolas e as concentrações máximas de diferentes poluentes no interior dos edifícios, respectivamente.

Na figura 1.2, apresentam-se as diferentes fontes de poluição que estão ligadas aos

problemas da qualidade do ar interior.

(16)

Tabela 1.1 - Caudais mínimos de ar novo em escolas.

Espaço

Salas de aula 30

Laboratórios 35

Auditórios 30

Bibliotecas 30

Bares 35

Salas de preparação de refeições 30

Salas de refeições 35

Fonte: RSECE, 2006.

Tabela 1.2 - Concentrações máximas de diferentes poluentes no interior dos edifícios.

Fonte: Anexo II da NT-SCE-02.

Figura 1.2 - Origem dos problemas da qualidade do ar interior.

Fonte: Guia de concepção – (CETIAT, 2001).

(17)

1.4. Estrutura da Dissertação

A presente dissertação é constituída por 6 capítulos e encontra-se organizada da seguinte forma:

No capítulo 1 são referidos os aspectos gerais e regulamentação, a Ventilação Natural, bem como a abordagem da Eficiência Energética para o desenvolvimento sustentável e a Qualidade do Ambiente Interior.

No capítulo 2 faz-se uma abordagem teórica da Ventilação Natural, Híbrida e da Infiltração de um edifício.

No capítulo 3 faz-se uma abordagem teórica das diferentes estratégias da Ventilação Natural em edifícios escolares.

No capítulo 4 apresentam-se modelos simplificados de simulação e cálculo de caudais de ar novo através das diferentes estratégias de Ventilação Natural.

No capítulo 5 faz-se apresentação e discussão de resultados obtidos.

Finalizando, no capítulo 6 são contempladas as principais conclusões.

(18)

Ventilação Natural em Escolas Capítulo 2 - ventilação

2. VENTILAÇÃO

A ventilação natural (VN) promove o arrefecimento e a renovação do ar (diluição e remoção dos poluentes), necessário para manter um nível aceitável da qualidade do ambiente interior, sempre que as condições exteriores (o ruído, a poluição e as condições climatéricas do ar exterior) o permitam. Uma boa qualidade do ambiente interior proporciona melhor conforto aos ocupantes, e, consequentemente, uma melhor produtividade dos mesmos.

A VN pode contribuir também para a redução da síndrome de edifício doente e dos custos energéticos associados à climatização dos edifícios.

2.1. Ventilação Híbrida

A ventilação híbrida é a combinação da ventilação natural e da mecânica.

Esta utiliza a ventilação natural que consiste na renovação de um ar por outro, sempre que as condições exteriores o permitam. Quando o caudal promovido pela ventilação natural não for suficiente para garantir uma boa qualidade interior, recorre-se à ventilação mecânica. Na figura seguinte, apresentam-se os diferentes sistemas de ventilação híbrida.

Figura 2.1 - Sistema de ventilação híbrida.

Fonte: World Health Organization, 2009.

(19)

Ventilação Natural em Escolas Capítulo 2 - ventilação

2.2. Infiltração

Infiltração é um processo pelo qual o ar não controlado atravessa as paredes de um compartimento, através das aberturas não intencionais (todos os tipos de frinchas) existentes nas envolventes dos edifícios.

Figura 2.2 - Diferentes tipos de frinchas no edifício.

Fonte: Awbi, 2003.

(20)

Ventilação Natural em Escolas Capítulo 3 - Princípio de Ventilação Natural

3. PRINCÍPIO DE VENTILAÇÃO NATURAL

Para uma determinada configuração de abertura e dependendo do tipo de estratégia de ventilação natural, a taxa de renovação de ar varia de acordo com as forças de indução dos escoamentos, em que são predominantes: o vento atmosférico, a diferença de temperatura do ar, entre o interior e o exterior dos edifícios ou a conjugação de ambas.

A ventilação natural é gerada através de um diferencial de pressões, promovida pela acção do vento (causado pela conversão da energia cinética do vento em pressão estática) e pela diferença da temperatura do ar interior e exterior (promovendo a diferença de densidade do ar). O projecto de sistemas de ventilação natural tem interesse em aproveitar essas forças através do dimensionamento cuidadoso e do posicionamento correcto das aberturas nas envolventes do edifício.

3.1. Estratégias de ventilação natural em edifícios escolares

Podem-se utilizar três estratégias de ventilação em edifícios escolares: a ventilação mecânica, a ventilação natural ou a ventilação híbrida (conjugação das duas anteriores). A ventilação natural pode ser considerada como simples (as entradas e saídas ficam localizadas só de um lado), cruzada, com efeito de chaminé ou baseada em ventiladores passivos.

Figura 3.1 - Sistemas de ventilação natural.

(21)

3.1.1. Ventilação Natural Unilateral

A ventilação unilateral (simples) ocorre quando o fluxo de ar é admitido e expelido do compartimento pela mesma parede. Na ventilação unilateral o fluxo de impulsão térmica é importante enquanto a influência do vento não for tão importante.

As possíveis soluções de ventilação unilateral são classificadas em dois grupos:

 Ventilação unilateral com abertura ao mesmo nível.

 Ventilação unilateral com abertura a níveis diferentes.

Em ambos os casos, o fluxo do ar é devido à diferença de temperatura ambiente entre o interior e exterior. Quando a temperatura interior é maior que a exterior, o ar frio entra a partir da parte mais baixa da abertura enquanto o ar quente, sai através do nível mais alto da mesma. O sentido do fluxo é invertido quando a temperatura exterior é maior que a interior.

Ventilação unilateral com abertura ao mesmo nível

A diferença de temperatura entre o ambiente interior e exterior cria uma diferença de pressão que promove o fluxo de ar através das aberturas.

Ventilação unilateral com abertura a níveis diferentes

A diferença de temperatura entre o ambiente interior e exterior cria uma diferença de densidade que produz a diferença de pressão e promove o fluxo de ar através das aberturas.

3.1.2. Ventilação Natural Cruzada

A ventilação cruzada corresponde à situação em que o escoamento é admitido

por um dos lados e atravessa o compartimento ou o edifício, para ser expelido pelo lado

oposto. O fluxo de ar depende directamente da diferença de pressão nas aberturas, daí a

dificuldade de prever a sua magnitude devido às incertezas nos coeficientes de pressão nas

mesmas.

(22)

3.1.3. Efeito de Chaminé

O efeito de chaminé é causado pelo diferencial de pressão promovido apenas pela diferença de temperatura entre o ar interior e o ar exterior. Os ganhos de calor no edifício, através da ocupação, equipamento, iluminação e ganhos solares provocam a subida de temperatura do ar interior. A tendência do ar aquecido é de ascender para pontos mais elevados, promovendo uma depressão nas zonas de onde saiu. O ar aquecido será expelido na abertura mais elevada e o ar frio entrará na abertura mais baixa do compartimento.

Figura 3.2 - Efeito de chaminé.

3.1.4. Ventiladores Passivos

Ventiladores passivos, também conhecidos como colectores de vento, são uma forma extremamente eficiente para arejar os espaços sem consumos de energia eléctrica.

Quando devidamente aplicados, são bons métodos para a manutenção da qualidade do ar.

Os ventiladores passivos são um elemento importante de controlo de sistemas de ventilação natural, especialmente nas residências.

Estes são normalmente constituídos por condutas verticais que penetram nas

divisões do edifício no nível da cota máxima e terminam acima do nível do telhado. O seu

objectivo é aumentar a diferença de temperatura ou o fluxo de ar conduzido. O ideal seria

que a abertura do telhado, sujeita à acção do vento, provocasse uma pressão de sucção, de

modo que o fluxo de ar fosse reforçado pela acção do mesmo.

(23)

Ventilação Natural em Escolas Capítulo 4 - Modelos Simplificados de Simulação e Cálculo

4. MODELOS SIMPLIFICADOS DE SIMULAÇÃO E CÁLCULO

4.1. Ferramenta de cálculo ClassVent

O programa de simulação ClassVent é uma ferramenta informática disponibilizada aos projectistas britânicos para os auxiliar nos seus projectos, através do site sobre o código de cálculo relativo à ventilação nos edifícios escolares, o Building Buletin 101. É uma folha de cálculo, desenvolvida em Excel, de fácil utilização, que permite o dimensionamento das aberturas nas fachadas necessárias para o cumprimento dos requisitos de ventilação das salas de aula em edifícios escolares, em termos do caudal de ar novo. Na figura seguinte apresenta-se a interface gráfica do menu principal do programa ClassVent.

Figura 4.1 - Interface gráfica do software ClassVent.

(24)

O programa pode considerar, em opção, diferentes estratégias de ventilação, que se descrevem sucintamente na figura seguinte.

Ventilação unilateral com uma abertura Ventilação unilateral com aberturas em cotas diferentes

Ventilação cruzada

Efeito de chaminé com um corredor

Efeito de chaminé com vários corredores

Ventiladores passivos

Figura 4.2 - As diferentes estratégias de ventilação natural utilizada no programa ClassVent.

(25)

4.2. Modelo de Cálculo Simplificado do Efeito da Ventilação Natural

O programa Ventilação Natural é um modelo de cálculo simplificado elaborado pela autora para o dimensionamento de sistemas de ventilação natural utilizados para garantir a renovação de ar de uma sala. Os algoritmos de cálculo utilizados baseiam- se no modelo empírico proposto pelas British Standards (ver Santamouris, M. et al 1998).

Este permite a realização de cálculos para duas situações diferentes: ventilação só de um lado (ventilação simples) e ventilação cruzada. Este método assume que o fluxo de ar que atravessa o edifício é bidireccional e ignora todas as divisórias internas. O programa Ventilação Natural foi baseado neste método, cuja descrição detalhada se encontra no Anexo A.

Para a ventilação simples, o programa permite calcular quer o caudal de ar novo quer a área das aberturas nas fachadas, o que proporciona um melhor entendimento da contribuição da ventilação natural para diferentes situações: efeito do vento, efeito da diferença de temperatura com uma e duas aberturas.

O programa também permite calcular o caudal de ar novo, para avaliar a contribuição da ventilação cruzada para diferentes situações: apenas com o efeito do vento, diferença da temperatura e com o efeito de ambos. Nas figuras seguintes, apresentam-se as janelas de diálogo do programa Ventilação Natural.

Este programa é de simples utilização, encontrando-se o correspondente manual acessível através do próprio programa. O ficheiro de instalação encontra-se disponível em CD. Antes de utilizar o executável, o utilizador deverá copiar a pasta Coeficiente de Pressão e guardá-la na directoria “c:\”, pois nesta se encontram os valores dos coeficientes de pressão que são lidos a partir de um ficheiro de texto.

O programa foi validado através da simulação de algumas situações

correspondentes a ensaios experimentais realizados na Escola Martim de Freitas, em

Coimbra. Mais à frente, no presente texto, apresentam-se os resultados dos ensaios

experimentais e das correspondentes simulações.

(26)

Figura 4.3 -Janela de diálogo do programa Ventilação Natural: Ventilação simples.

Figura 4.4 - Janela de diálogo do programa Ventilação Natural: Ventilação cruzada.

(27)

Ventilação Natural em Escolas Capítulo 5 - Caso Prático

5. CASO PRÁTICO

5.1. Descrição da sala

As campanhas de medição decorreram no Bloco A da Escola EB 2/3 Martim de Freitas, situada em Coimbra, na freguesia de Santo António dos Olivais, junto aos HUC, Hospitais da Universidade de Coimbra. A sala de aula analisada, sala 11, situa-se no primeiro andar, num dos cantos do edifício, tendo duas paredes exteriores, nas fachadas expostas a Sul e a Oeste, sendo a primeira delas cega e tendo a segunda quatro janelas de grandes dimensões. A sala tem uma lotação de 28 lugares para alunos a que acresce o lugar do professor, mas, em média, costuma ter uma ocupação de 25 pessoas. Tem uma área de 46,24 m

²

e um pé direito de 3,1 m. A porta fica situada na parede oposta às janelas. Estas são do tipo deslizante e com caixilharias metálicas de alumínio, garantindo uma área de abertura de cerca de 50 % da superfície envidraçada (um pouco menos de 1 m

²

em cada uma das quatro janelas).

Figura 5.1 - A localização da sala, onde foram feitas as campanhas de medições.

Fonte: Bing, 2010.

(28)

Figura 5.2 - Fotografia do interior da sala 11 do bloco A, onde foram feitas as medições.

Tabela 5.1 - Características geométricas da sala

Área Pé-direito Volume Nº de ocupantes

Sala 6,80x6,80 3,10

143,34

25/26

Tabela 5.2 -Características geométricas das janelas e da porta.

Altura Largura Área total

Janela

1,28 1,55 1,98

Porta

1,94 0,90 1,75

(29)

5.2. Modelo para a evolução temporal da concentração de um poluente numa sala uni-zona

Considera-se um compartimento uni-zona que efectua trocas gasosas com o ar exterior, no qual há uma fonte de poluição e onde pode funcionar um elemento purificador de ar. Admitindo a possibilidade de deposição ou de absorção do poluente nas paredes e restantes superfícies, pode formular-se a evolução temporal da concentração de um poluente através da seguinte equação diferencial:

Sendo:

C, a concentração média instantânea do poluente (mg/m

³

) G, a geração de poluente no interior do compartimento (mg/h) V, o volume da sala (m

³

)

λ

v

, a taxa de renovação (h

^-1

), i.e., o caudal de ar novo a dividir pelo volume da sala

C

_ext

, a concentração do poluente no ar exterior (mg/m

³

) ν

d

, a taxa de deposição do poluente (mg/h)

S, a superfície de deposição (m

²

)

Q

ac

, o caudal através do purificador de ar (m

³

/h) ε

ac

, a eficiência do purificador de ar (adimensional)

Figura 5.3 - Compartimento uni-zona com fonte poluente, escoamento de ventilação, deposição e absorção do poluente nas paredes e elemento purificador de ar.

Fonte: Gameiro da Silva, 2009.

(1)

(30)

Os efeitos de absorção ou deposição do poluente no interior do compartimento, bem como os de remoção através de filtragem num sistema purificador, podem ser considerados de forma simplificada, atenuando a intensidade da fonte emissora do valor que lhes corresponde. Assim, para efeitos de simplificação, desprezam-se esses termos de

“aniquilação” dos poluentes, vindo:

 

  _V _ext  _V ( ) dC G

C C t

dt V

Que, integrada para uma situação em que V, G, C

ext

e Q se mantêm constantes, desde um instante inicial t = 0, em que a concentração inicial C

₀

= C

_ext

, até ao instante genérico t, dará:







₀

 



( ) _equi

(

_equi

)

^V^t

C t C C C

e

A concentração de equilíbrio C

equi

, na equação anterior, é o valor de concentração que ocorre quando é atingido o regime permanente, isto é, quando deixa de haver variação de concentração. A concentração de equilíbrio obtém-se, assim, a partir da equação 2, considerando nulo o primeiro membro (a derivada temporal da concentração):

  

equi ext

V

C C G

V

Que, tendo em atenção que λ

_v

= Q/V, vem:

 

equi ext

C C G

Q

A equação 3 pode ser reescrita na seguinte forma:

t equi

equi

e

C C

C ) t (

C

__

 



0

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(31)

Assim, a evolução temporal da concentração de um poluente num ambiente interior pode ser facilmente ajustada através de uma equação exponencial em ordem ao tempo, utilizando o método dos mínimos quadrados, sendo a taxa de renovação do espaço o valor do expoente da equação obtida.

Uma possibilidade alternativa é dada pela logaritmização da equação anterior:

C t C

C ) t ( ln C

equi

    





 







0

Que poderá tomar a seguinte forma:

 ^C ⁽ ^t ⁾ ^C   ^ln ^C ^C  ^t

ln 

_equi



₀



_equi

 

o que permite fazer a linearização da evolução temporal da concentração, desde que seja representada a evolução do logaritmo do excesso de concentração relativamente à concentração de equilíbrio, podendo o ajustamento passar a ser feito através de uma regressão linear, sendo a taxa de renovação do espaço o simétrico do declive da recta obtida. Este tipo de representação apresenta, relativamente ao anterior, a vantagem de permitir uma identificação mais simples das ocorrências de mudança de regime ao longo das séries temporais, dado que uma alteração de declive numa recta é mais fácil de identificar do que a alteração do expoente de uma equação exponencial.

(7)

(8)

(32)

5.2.1. Apresentação e Discussão de Resultados

Começam por se apresentar os resultados de um conjunto de simulações efectuadas para uma sala de aulas típica, utilizando as duas ferramentas de cálculo descritas anteriormente. As condições consideradas foram as seguintes:

1. Geometria da sala: com 8 m de largura, 6 m de comprimento e 3 m de pé-direito.

2. Números de ocupantes: 25 alunos e 1 professor.

3. Temperatura interior da sala igual a 20 ºC

4. Temperatura exterior da sala T = i, com i = 6, 8, 10, …, 30 ºC 5. Velocidade do vento u = [0,5] m/s

6. Altura da abertura H = 1,50 m

Utilizaram-se os programas ClassVent e Ventilação Natural para estimar os caudais de ar novo promovidos pela ventilação simples (através do efeito da diferença de temperaturas e do efeito do vento). Nos gráficos seguintes, apresentam-se as áreas necessárias de infiltração, para garantir um caudal de 8 l/s/pessoa (30 m

³

/h/pessoa), calculadas em função da diferença de temperatura e da velocidade do vento, respectivamente.

Figura 5.4 - Ventilação simples: Efeito da diferença da temperatura, a partir dos programas ClassVent e Ventilação Natural.

0 1 2 3 4 5 6

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Área de infiltração [m2]

Diferença da temperatura (Ti - Te) [°C]

ClassVent - Q = 8 l/s/pessoa Vent. Natural - Q = 8 l/s/pessoa

(33)

Figura 5.5 -Ventilação simples: Efeito do vento, a partir dos programas ClassVent e Ventilação Natural.

Os valores das áreas de infiltrações obtidos a partir do programa Ventilação natural (VN) foram calculados para o mesmo caudal utilizado no ClassVent, de 8 l/s/pessoa (Q = 0,21m

³

/s), com a altura da abertura igual a 1,50 m, o coeficiente de descarga da abertura de 0,13 (valor estimado a partir do programa VN), para uma temperatura interior constante de 20 °C e para a temperatura exterior (parâmetro livre) variando de 6 a 19 °C. Analogamente, obtiveram-se as restantes áreas de infiltrações para os caudais de 4, 6, 10 e 12 l/s/pessoa, respectivamente. Nos gráficos seguintes, apresentam- se as áreas de infiltrações através da ventilação unilateral (simples), com efeito da diferença de temperatura com uma abertura na fachada do edifício.

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5

Velocidade do vento [m/s]

ClassVent - Q = 8 l/s/pessoa Vent. Natural - Q = 8 l/s/pessoa

(34)

Figura 5.6 -Ventilação simples: Efeito da diferença da temperatura, para temperaturas exteriores inferiores a 20 °C, a partir do programa Ventilação Natural

.

A área de infiltração aumenta com a diminuição da diferença temperatura e com o aumento de caudal de ar novo e vice-versa.

Como o programa ClassVent não permite estimar os caudais para temperaturas exteriores superiores a 20 ºC, desenvolveu-se o programa Ventilação Natural, um programa genérico e mais virado para a realidade portuguesa.

Figura 5.7 -Ventilação simples: Efeito da diferença da temperatura, para temperaturas exteriores superiores a 20 °C, a partir do programa Ventilação Natural

.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Q = 4 l/s/pessoa Q = 6 l/s/pessoa Q = 8 l/s/pessoa Q = 10 l/s/pessoa Q =12 l/s/pessoa

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

(35)

Nos gráficos seguintes, apresentam-se as áreas de infiltração em função da velocidade do vento para os caudais de 4, 6, 8, 10 e 12 l/s/pessoa, respectivamente.

Figura 5.8 -Ventilação simples: Efeito do vento, a partir do programa Ventilação Natural

.

A área de infiltração aumenta com o aumento de caudal e com a diminuição da velocidade do vento.

Figura 5.9 - Ventilação simples: Efeito conjugado do vento e da diferença de temperatura. Cálculo efectuado com o programa ClasssVent

0 5 10 15 20 25 30

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5

Velocidade do vento [m/s]

1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 2,8 3

0 2 4 6 8 10 12 14

Área de Infiltração [m2]

Diferença de Temperatura (T_i-T_e) [ºC]

V=0 m/s V=0,5 m/s V=1m/s V=1,5 m/s V=2 m/s V=2,5 m/s V=3 m/s V=3,5 m/s V=4 m/s V=4,5 m/s V=5 m/s

(36)

5.2.2. Descrição das medições

Nos dias 11 de Fevereiro, 26 e 27 de Maio de 2010, efectuaram-se monitorizações das condições ambientais na sala11, da Escola Básica 2/3 de Martim de Freitas. Utilizou-se um equipamento de análise de condições ambientais interiores SENSOTRON PS32 (ver na figura 5.10), para registar a temperatura do ar interior, a humidade relativa, a pressão barométrica e a concentração de CO

₂

. O aparelho permaneceu na sala durante todo o período das medições. Colocou-se o aparelho de medição no centro da sala, admitindo-se que essa localização é representativa das condições médias verificados no compartimento. A autora permaneceu na sala durante todo o período de registo de dados, de modo a registar o número de ocupantes e as aberturas da porta e das janelas.

A primeira fase de monitorização teve início no dia 10/2/2010 às 17:10h e cessou às 18:01h do dia 11/2/2010 (houve aulas das 8:30h até às 18:00h, excepto das 10:20h às 11:50h). A segunda fase de monitorização teve início às 08:11h do dia 26/5/2010 (houve aulas das 8:30h até às 13:30h e no dia 27/5/2010 (houve aulas das 8:30h até às 18:00h, excepto das 15:20h até às 16:20h)) e cessou às 08:21h no dia 28/5/2010, completando-se assim 48 horas de medições.

Características do SENSOTRON PS32

O Indoor Air Quality Monitor é projectado para a medição e registo de concentração de dióxido de carbono (dentro do intervalo de 0 ÷ 5000 ppm), humidade relativa do ar (0 ÷ 100%), temperatura do ar (10 ÷ 45 ° C) e a pressão barométrica (900 ÷ 1100 hPa). Pode ser alimentado autonomamente a partir de pilhas recarregáveis para garantir um longo prazo de gravação automática (mais de 3 semanas sem carga da bateria).

Uma fonte de alimentação externa está igualmente disponível. Os valores medidos podem

ser utilizados para a determinação de parâmetros relativos ao sistema de ventilação e de ar

condicionado (taxa de renovação do ar e taxa de infiltração) Os dados gravados podem

também ser utilizados para calcular a densidade do ar e a avaliação de entalpia.

(37)

Figura 5.10 - Painel frontal do monitor, modelo PS32.

Estação meteorológica

A estação meteorológica tem sensores para a medição da direcção e velocidade vento, da temperatura interior e exterior, pressão barométrica, da humidade relativa do ar interior e exterior.

Figura 5.11 - Estação meteorológica.

(38)

Figura 5.12 - Painel do weather station modelo W-8681.

Com este aparelho foram obtidos os dados meteorológicos dos três dias das campanhas de monitorização de CO

₂

, a partir da estação meteorológica (localizada a 5 km da escola) da ADAI, Associação para o Desenvolvimento da Aerodinâmica Industrial, que serviu como um dos dados de entrada para o programa Ventilação Natural.

As horas que aparecem registadas estão uma hora em avanço relativamente à hora de Portugal. O relógio está sincronizado com uma estação de rádio que emite os dados de um relógio atómico na Alemanha.

Avaliação da contribuição da ventilação natural, através de um caso prático

Apresenta-se seguidamente a aplicação da metodologia de cálculo, já explicada anteriormente, com base nas equações que modelam a evolução temporal de um poluente no interior de uma sala, para determinar por processos de regressão, as taxas de renovação de ar a partir do tratamento dos registos temporais da concentração de CO

₂

.

Na figura 5.13 apresenta-se a evolução temporal da concentração de dióxido de

carbono e do número de ocupantes na sala de aula. Uma primeira análise dessa figura

permite fazer a identificação dos períodos considerados convenientes para o tratamento de

dados, através da aplicação de métodos de regressão. Na figura 5.14 assinalam-se esses

períodos que correspondem a situações de decaimento decorrentes de ausência ou

diminuição da fonte ou de aumentos do caudal de ar novo por alteração das condições de

ventilação. A seguir à figura 5.14, descrevem-se mais em pormenor as circunstâncias que

caracterizam cada um dos períodos identificados.

(39)

Figura 5.13 - Evolução temporal da concentração de CO2 e número de ocupantes na sala de aula, no dia 11/2/2010.

Figura 5.14 - Decaimento da concentração de CO2 no dia 11/2/2010.

1 – Infiltração da sala, o aparelho foi colocado no final do dia (10/2/2010 às 17:10 horas) e a sala manteve-se com a porta e janelas fechadas e só começou a ser ocupada a partir das 8:30 horas do dia 11/2/2010. Obtém-se assim a concentração exterior aproximadamente igual a 400 ppm.

0 5 10 15 20 25 30

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

nº de ocupantes

Concentração de CO2 [ppm]

Tempo [h]

Concentração de CO2 Número de ocupantes

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

Concentração de CO2 [ppm]

Tempo [h]

Concentração de CO2

1

5 4

3

2 6

(40)

2 – Ventilação cruzada (9:48 às 10:09 horas) através da abertura da porta e uma janela aberta (50% da área total), a sala estava ocupada por 25 pessoas.

3 – Ventilação simples (10:10 às 12:00 horas), a sala esteve desocupada e a porta ficou aberta durante este período.

4 – A partir do meio-dia a sala manteve-se sempre ocupada tendo um intervalo de desocupação de 20 minutos com a porta e janelas fechadas. Isso levou ao aumento da concentração de CO

2

da sala, atingido assim o seu valor máximo igual a 4601 ppm, (15:18 horas) ultrapassando consideravelmente o valor máximo de referência (984 ppm) estipulado no RSECE. Depois teve-se um decréscimo, com a abertura da porta para promover a mudança de turma (15:19 às 15:28 horas).

5 - Ventilação simples (15:29 às 15:41 horas), a sala estava ocupada por 25 pessoas e com a porta aberta.

6 – Ventilação simples (16:17 às 17:03 horas), a sala estava ocupada por 11 pessoas e com uma janela aberta.

Obtenção da taxa de renovação a partir monitorização das concentrações de CO

2

da sala de aula tendo a ocupação como a única fonte.

Para exemplificar o método utilizado na determinação das taxas de renovação e

dos caudais de ar novo a partir das fases de decréscimo da concentração de CO

₂

, usa-se

seguidamente a fase 3 do gráfico da figura 5.14.

(41)

Figura 5.15 - Ajustamento exponencial no período das 10:10 às 12:00 horas do dia 11/2/2010.

Figura 5.16 - Ajustamento linear no período das 10:10 às 12:00 horas do dia 11/2/2010.

A taxa de renovação do ar, foi obtida a partir da aproximação exponencial do gráfico da evolução temporal do excesso de concentração de CO

2

da sala relativamente ao exterior (400 ppm):

y = 693,52e^-1,808x R² = 0,9476

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

0 0,5 1 1,5 2

(C -Cext) [ppm]

Tempo [h]

Concentração de CO2 Exponencial (Concentração de CO2)

y = -1,8078x + 6,5418 R² = 0,9476

0 1 2 3 4 5 6 7 8

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2

ln(C -Cext) [ppm]

Tempo [h]

Concentração de CO2 Linear (Concentração de CO2)