Casos de Estudo: CFD

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Outubro 2013

Casos de Estudo: CFD

Ventilação - Escola da Baixa em Lisboa

Mário Neves

1

Dono de Obra

Câmara Municipal de Lisboa

Projeto de Arquitetura

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1. Contexto

• Adaptação parcial de um edifício, classificado, em Lisboa para

acomodação de uma Escola

• Implementação de uma estratégia de Ventilação Híbrida

Caso de Estudo: CFD - Ventilação - Escola da

Baixa 2

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2. Estratégia de Ventilação

• Extracção através de sistema dedicado a cada espaço, composto por grelhas

com condutas até à cobertura, onde serão inseridos ventiladores. O Sistema

disporá de variação de velocidade com controlo de CO

₂

por sonda ambiente

• Em geral será adoptada uma solução de ventilação híbrida para as Salas de

Actividades do infantário (piso 1), Refeitório do (piso 2) e para as Salas de Aula

(piso 3)

• Dado tratar-se de um edifício classificado a única possibilidade prática é a

admissão de ar natural através de grelhas na fachada

• Em cada espaço será adoptado o critério: 28 m3/h.ocupante, com uma

ocupação, máxima de 25 crianças e 1 adulto

Caso de Estudo: CFD - Ventilação - Escola

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3. Objectivos

1. Estimativa dos caudais de ar que irão

ser admitidos, de forma natural, nos

espaços da escola através de grelhas

instaladas na fachada e através da

abertura

parcial

dos

vãos

envidraçados

2. Avaliação das taxas de ventilação

resultantes

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4. Metodologia Adoptada

da Baixa 5 • Definição de um conjunto de coeficientes de pressão

1- CFD Exterior

• Definição de caudais de ar • Definição de Condições fronteira

2 - Simulação

Dinâmica

• Verificação da distribuição do ar no interior dos espaços.

3 - CFD Interior

• Processo – 3 etapas

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4. Metodologia Adoptada

• Tratamento de Dados

• Aquecimento activado (20ºC) • Janelas fechadas

• Grelhas abertas

Período 1 – Janeiro até Março

• Aquecimento desactivado

• Janelas abertas (15% e 30% - área) • Grelhas abertas

Período 2 – Abril até Maio

• Aquecimento desactivado

• Janelas abertas (15% e 30% - área) • Grelhas abertas

Período 3 – Junho até Julho

• Aquecimento activado (20ºC) • Janelas fechadas

• Grelhas abertas

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4. Metodologia Adoptada

da Baixa 7

• Cenários Considerados

• Ventilação Natural (componente eólica 0%)

Cenário 1

• Ventilação Natural (componente eólica 50%)

Cenário 2

• Ventilação Natural (componente eólica 100%)

Cenário 3

• Ventilação 100% mecânica

Cenário 4

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5. CFD Exterior

• Dados Climáticos

• Obtidos a partir do ficheiro - Lisboa (formato epw)

• Dados filtrados para todos os dias de calendário e período das 08:00 até 20:00, excluindo valores nulos.

Rótulos de Linha Média de Velocidade (m/s) Máx de Velocidade (m/s) DesvPad de

Velocidade (m/s) Contagem (horas)

E 5.2 10.4 1.5 340 N 5.9 10.8 1.6 625 NE 5.6 11.4 1.7 1514 NW 5.7 10.4 1.5 1027 W 5.3 9.5 1.5 322 Total Geral 5.0 11.4 1.8 3828

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5. CFD Exterior

da Baixa 9

(Imagem - Ventilação Natural de Edifícios – Ferrando Silva)

• Modelo Simplificado da Baixa

• De forma a balizar o efeito da componente eólica, em virtude da simplificação do modelo geométrico, para a estimativa das taxas de ventilação serão efectuadas três simulações dinâmicas (Cenários) para cada período com factores de redução de vento diferentes, respectivamente:

 0%_V - Componente eólica não considerada

 50%_V - Componente eólica considerada com 50% de redução  100%_V- Componente eólica considerada sem redução

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5. CFD Exterior

N

NE

E

S

W

SE

SW

NW

• Metodologia

• Realização de 8 CFDs exteriores com incrementos na direcção do vento de 45º

• Velocidade em campo aberto de 5 m/s

• Recolha da variação da pressão por cada ponto

Sala A Sala P Ref Cobertura

• CFDs realizados com o MicroFlow (IES – VE – 6.0.4.10)

(Fachada do Edifício)

(Plantas dos CFD Exteriores - Velocidade)

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5. CFD Exterior

da Baixa 11

• Coeficientes de Pressão (Cp)

(°) Sala A Ref. SalaP Cobertura 0 0.39 0.33 0.56 0.39 45 -0.15 -0.07 -0.07 -0.23 90 0.93 0.99 0.99 0.48 135 0.42 0.53 0.53 0.31 180 0.25 0.27 0.28 0.20 225 0.45 0.39 0.33 0.42 270 0.76 0.50 0.50 0.47 315 0.61 0.58 0.51 0.47

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6. Simulação Dinâmica

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6. Simulação Dinâmica

da Baixa 13

• Condições Consideradas

Ocupação • Perfil diário de ocupação de acordo com o Anexo XV do RSECE para estabelecimentos de ensino • Taxa metabólica de acordo com ASHRAE Fundamentals 2009, capitulo 18, Tabela 1

Iluminação

• Perfil diário de iluminação de acordo com o Anexo XV do RSECE para estabelecimentos de ensino • Densidade 10 W/m2 • Controlo através de sensor de iluminação - 300 lux Equipamento • Perfil diário de equipamento de acordo com o Anexo XV do RSECE para estabelecimentos de ensino • Densidade 5 W/m2 Infiltrações • Infiltrações através da envolvente opaca não consideradas neste estudo

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6. Simulação Dinâmica

da Baixa 14

• Metodologia

• Realização no total de 22 simulações dinâmicas:  Período 1 e 4

o 3 - Simulações com diferentes factores de redução do vento o 1 - Simulação para 100% de ventilação mecânica (vãos fechados)  Períodos 2 e 3

o 3 - Simulações com diferentes factores de redução do vento e vãos com uma área de abertura de 15 %

o 3 - Simulações com diferentes factores de redução do vento e vãos com uma área de abertura de 30 %

o 1 - Simulação para 100% de ventilação mecânica (vãos fechados)

• Obtenção de caudais de ar, temperaturas das superfícies interiores, ganhos internos e perdas ou ganhos através dos vãos envidraçados

• Só serão apresentados os resultados detalhados para a Sala A • Simulações Dinâmicas realizadas com o DesignBuilder V 3.0.0.092

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6. Simulação Dinâmica

da Baixa 15

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6. Simulação Dinâmica

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6. Simulação Dinâmica

da Baixa 17

• Exemplo: Sala A – Período 1 – 100%_V

(Temperatura interior e exterior de uma parede)

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7. CFD Interior

• Modelo Geométrico – Sala A

(Pormenor da abertura de admissão do ar e radiador) (Planta da Sala A)

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7. CFD Interior

da Baixa 19

• Exemplo: Sala A – Velocidade do ar

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7. CFD Interior

• Exemplo: Sala A – Idade do ar

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8. Resultados

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9. Conclusões

da Baixa 23

• ASHRAE 62.1-2007 – Anexo C

𝐶𝑠 = 𝐶𝑜 +𝑁 𝑉

Cs – Concentração de CO2 no espaço em regime permanente

Co – Concentração de CO₂ no exterior N – Emissão de CO₂ pelos ocupantes V – Ar novo admitido

NT-SCE-02 - Quadro 2 1800 (mg/m3)

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9. Conclusões

Taxas de Ventilação Insuficientes

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9. Conclusões

da Baixa 25

• ASHRAE 55-2004 – Figura 5.2.1.1

(Condições válidas para Taxas de Metabolismo de 1 a 1.3 met e velocidade do ar interior inferior a 0.2 m/s)

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9. Conclusões

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9. Conclusões

• O sistema proposto, em modo de 100 % de ventilação natural, sem a abertura

dos vãos envidraçados e em condições de ocupação plena, não assegura os níveis

adequados de ventilação na generalidade das horas simuladas.

• Através de tabela da frequência relativa das Rph verifica-se que o sistema de

ventilação mecânica irá estar em operação, na generalidade das horas, nas

estações de aquecimento e arrefecimento.

• Verifica-se através do CFD interior, em modo de ventilação mecânica, que a

velocidade na zona ocupada não é superior a 0.2 m/s

.

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