Estratégias de ventilação natural e sua influência na renovação do ar em uma edificação hospitalar: anteprojeto de um novo ambulatório para o Hospital Universitário Onofre Lopes

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(1)UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE TECNOLOGIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ARQUITETURA, PROJETO E MEIO AMBIENTE (MESTRADO PROFISSIONAL). ESTRATÉGIAS DE VENTILAÇÃO NATURAL E SUA INFLUÊNCIA NA RENOVAÇÃO DO AR EM UMA EDIFICAÇÃO HOSPITALAR Anteprojeto de um novo ambulatório para o Hospital Universitário Onofre Lopes. FABIANO FECHINE TORRES CLEMENTE Orientadora: Profa. Dra. Eunádia Silva Cavalcante Coorientador: Prof. Dr. José Clewton do Nascimento. Natal-RN 2017.

(2) 2. FABIANO FECHINE TORRES CLEMENTE. ESTRATÉGIAS DE VENTILAÇÃO NATURAL E SUA INFLUÊNCIA NA RENOVAÇÃO DO AR EM UMA EDIFICAÇÃO HOSPITALAR Anteprojeto de um novo ambulatório para o Hospital Universitário Onofre Lopes.. Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação. em. em. Arquitetura,. Projeto e Meio Ambiente, da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, como requisito para obtenção do título de Mestre em Arquitetura, Projeto e Meio Ambiente.. Orientadora: Prof. Dra. Eunádia Silva Cavalcante Coorientador: Prof. Dr. José Clewton do Nascimento. Natal-RN 2017.

(3) 3. CLEMENTE, Fabiano F.T. ESTRATÉGIAS DE VENTILAÇÃO NATURAL E SUA INFLUÊNCIA NA RENOVAÇÃO DO AR EM UMA EDIFICAÇÃO HOSPITALAR: Anteprojeto de um novo ambulatório para o Hospital Universitário Onofre Lopes. Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em em Arquitetura, Projeto e Meio Ambiente, da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, como parte dos requisitos para obtenção do título de Mestre Profissional. Área de concentração: Projeto, Morfologia e Conforto no Ambiente construído. Linha de pesquisa: Projeto de Arquitetura Orientadora: Profa. Dra. Eunádia Silva Cavalcante Coorientador: Prof. Dr. José Clewton do Nascimento. Aprovada em ata depositada na secretaria do curso: _____/______/_____. Banca Examinadora. ______________________________________________________________ Prof.(a) Dr.(a) Eunádia Silva Cavalcante Presidente PPAPMA/UFRN ______________________________________________________________ Prof. Dr. José Clewton do Nascimento Examinador interno ______________________________________________________________ Prof.(a) Dr.(a) Virgínia Maria Dantas de Araújo Examinadora interna ______________________________________________________________ Prof.(a) Dr.(a) Luciana Medeiros Examinadora externo à IES.

(4) Universidade Federal do Rio Grande do Norte – UFRN Sistema de Bibliotecas – SISBI Catalogação da Publicação na Fonte - Biblioteca Central Zila Mamede Clemente, Fabiano Fechine Torres. Estratégias de ventilação natural e sua influência na renovação do ar em uma edificação hospitalar: anteprojeto de um novo ambulatório para o Hospital Universitário Onofre Lopes / Fabiano Fechine Torres Clemente. 2017. 161 f.: il. Dissertação (Mestrado profissional) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Centro de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Arquitetura, Projeto e Meio Ambiente. Natal, RN, 2017. Orientadora: Prof.ª Dr.ª Eunádia Silva Cavalcante. Coorientador: Prof. Dr. José Clewton do Nascimento. 1. Ventilação natural - Dissertação. 2. Renovação do ar - Dissertação. 3. Ventilação cruzada - Dissertação. 4. Trocas de ar por hora - Dissertação. 5. Eficiência energética - Dissertação. I. Cavalcante, Eunádia Silva. II. Nascimento, José Clewton do. III. Título. RN/UF/BCZM. CDU 72(813.2).

(5) 4. DEDICATÓRIA. Ofereço este singelo trabalho a todos os colaboradores do Hospital Universitário Onofre Lopes, cuja missão é ofertar vidas. Ao meu filho Augusto, estrela guia, presente maior que Deus me deu..

(6) 5. AGRADECIMENTOS A espiritualidade divina por sempre estar presente guiando-me no caminho da perseverança, mesmo nos momentos mais difíceis. Aos meus orientadores pela paciência e boas recomendações. A Luiz Ricardo e toda equipe do Setor de Infraestrutura Física do HUOL. A Ronald de Góes pelos ensinamentos de arquitetura hospitalar obtidos ao longo da convivência em seu escritório. Enfim, a todos que direta ou indiretamente contribuíram para a consecução deste sonho, em especial meus inesquecíveis colegas de turma..

(7) 6. RESUMO Alguns sítios na cidade de Natal/RN possuem agradáveis condições de ventilação natural, no entanto, as edificações construídas dependem excessivamente de sistemas de ar-condicionado para renovação do ar, muitas vezes fruto de um planejamento inadequado que não prioriza aspectos do conforto ambiental. Sendo assim, o trabalho a seguir trata-se do anteprojeto arquitetônico de um novo ambulatório para o Hospital Universitário Onofre Lopes com ênfase na aplicação de estratégias passivas de ventilação natural com objetivo de promover um maior número de trocas de ar no interior dos ambientes. O prédio possui uma área construída de 31.998,97m², distribuídos ao longo de 10 pavimentos, sendo um térreo e mais 06 andares superiores, além de três subsolos, a ser edificado na área 01 do Campus Biomédico da Saúde, localizado no Bairro de Petrópolis. A adoção do partido arquitetônico levou em consideração uma série de condicionantes tais como topografia do terreno, direção e velocidade dos ventos predominantes, sistema construtivo, além daquelas de ordem normativas, com destaque para NBR-15220 e Código de Combate a Incêndio. Os procedimentos metodológicos adotados envolveram o cálculo do fluxo e número de trocas de ar por hora nas salas de espera, consultórios e mecanoterapia/termoterapia que foram registrados em memórias de cálculo, para o qual foi necessário o conhecimento das velocidades dos ventos no interior dos ambientes analisados, de dados obtidos na base de dados do Laboratório de Conforto Ambiental da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, além da utilização de referências bibliográficas sobre o tema do conforto térmico. Os resultados obtidos mostram que as estratégias de ventilação cruzada aplicadas no projeto, tais como utilização de sheds na cobertura para captar o vento em direção a poços de ventilação, aliados a átrios internos e locação de aberturas em pontos opostos com diferentes coeficientes de pressão, dimensionadas e sombreadas adequadamente, provocam um aumento no fluxo e número de trocas de ar por hora no interior dos ambientes quando comparado à ventilação unilateral. Dessa forma permite-se que cada um seja ocupado por uma maior quantidade de pessoas, requisito esse importante para a funcionalidade do prédio, já que o hospital trata-se de uma instituição de ensino. Dessa forma, potencializa-se o uso da ventilação natural e cria-se as condições para minimizar o consumo de ar condicionado, que contribui para o planejamento de uma arquitetura com mais eficiência energética. Palavras-chave: Ventilação Natural; Renovação do ar; Ventilação cruzada; trocas de ar por hora; Eficiência energética..

(8) 7. ABSTRACT Some sites in the city of Natal / RN have pleasant conditions of natural ventilation, however, the built buildings rely heavily on air conditioning systems for air renovation, often the result of inadequate planning that does not prioritize aspects of environmental comfort. Therefore, the following work deals with the architectural design of a new outpatient clinic for the University Hospital Onofre Lopes, with emphasis on the application of passive strategies of natural ventilation with the objective of promoting a greater number of air changes within the environments. The building has a built area of 31,998.97m², distributed over 10 floors, one ground floor and a further six floors, in addition to three basements, to be built in area 01 of the Biomedical Health Campus, located in the Petropolis District. The adoption of the architectural party took into account a series of constraints such as topography of the terrain, direction and speed of prevailing winds, construction system, besides those of normative order, especially NBR-15220 and Fire Code. The methodological procedures adopted involved calculating the flow and number of air changes per hour in the waiting rooms, clinics and mechanotherapy / thermotherapy that were recorded in calculation memories, for which it was necessary to know the velocities of the winds inside the environments analyzed, from data obtained from the Laboratory of Environmental Comfort of the Federal University of Rio Grande do Norte, in addition to the use of bibliographical references on the topic of thermal comfort. The results show that the cross ventilation strategies applied in the design, such as the use of sheds in the roof to capture the wind towards ventilation wells, allied to internal atria and rent of openings in opposite points with different pressure coefficients, dimensioned and properly shaded, cause an increase in the flow and number of air changes per hour inside the environments when compared to unilateral ventilation. In this way, each one is allowed to be occupied by a larger number of people, a requirement that is important for the functionality of the building, since the hospital is a teaching institution. In this way, the use of natural ventilation is potentiated and conditions are created to minimize the consumption of air conditioning, which contributes to the planning of a more energy efficient architecture. Key words: Natural ventilation; Air renewal; Cross ventilation; Shading; Energy efficiency..

(9) 8. LISTA DE FIGURAS Figura 2-1: Trocas de ar por hora (N) ........................................................................ 21 Figura 2-2 Ventilação mínima necessária em função do número de pessoas. ......... 22 Figura 2-3: Equação do fluxo de ar para o caso de ventilação cruzada .................... 23 Figura 2-4: Formulas para o cálculo da variação dos coeficientes de pressão do ar 23 Figura 2-5: Equação do fluxo de ar que percorre o ambiente em caso de ventilação unilateral .................................................................................................................... 24 Figura 2-6: Equação da ventilação na altura da abertura .......................................... 24 Figura 2-7: Equação da área equivalente ................................................................. 25 Figura 2-8: Equação do número de trocas de ar por hora/pessoa ............................ 25 Figura 2-9: Planilha para estimativa da velocidade média interna e taxa de renovação do ar .......................................................................................................................... 26 Figura 2-10: Campo para introdução dos dados da abertura de entrada dentro da planilha. ..................................................................................................................... 26 Figura 2-11: Campo para os dados da abertura de saída e dimensões do ambiente .................................................................................................................................. 27 Figura 2-12: Campo para inserção dos dados da localidade e entorno .................... 27 Figura 2-13: Resultados númericos da planilha ........................................................ 28 Figura 2-14: Gráfico da velocidade média mensal ao longo do ano .......................... 28 Figura 2-15: Primeira parte da memória de cálculo. .................................................. 29 Figura 2-16: Segunda parte da memória de cálculo que fornece o resultado da correção dos ventos. ................................................................................................. 29 Figura 2-17: Desenvolvimento da área útil de ventilação. ......................................... 29 Figura 2-18: Quinta parte da planilha com a esquematização do resultado de fluxo de ar. .............................................................................................................................. 30 Figura 2-19: Tabela dio fluxo de ar no interior do ambiente para ventilação unilateral .................................................................................................................................. 30 Figura 2-20: ultimos itens da memória de cálculo. .................................................... 30 Figura 3-1: Valores dos coeficientes de pressão do vento em torno de um dado volume representativo de uma edificação.............................................................................. 32 Figura 3-2: Sentido dos ventos num ambiente com ventilação cruzada ................... 33 Figura 3-3: Ventilação cruzada em ambientes com aberturas em paredes opostas . 33.

(10) 9. Figura 3-4: Estratégias de condicionamento térmico passivo para regiões de clima quente e úmido ( Zona Bioclimática Nº08) ................................................................ 34 Figura 3-5: Sheds para exaustão (c) e captação do ar (d) ........................................ 34 Figura 3-6: Simulação em CFD do sentido da ventilação natural em um ambiente com captador na cobertura e janela a sotavento. ............................................................. 35 Figura 3-7: Análise em CFD da ventilação natural em circulação com captador entre 2 salas: (a) aberturas da primeira sala fechadas (b) aberturas da primeira sala abertas .................................................................................................................................. 36 Figura 3-8: Sala do arquiteto João Filgueiras Lima (Lelé) no CTRS em Salvador/BA. .................................................................................................................................. 36 Figura 3-9: Sede do Tribunal de Contas em Cuiabá/MT. .......................................... 36 Figura 3-10: Associação de ventilação cruzada horizontal e vertical utilizando poços de ventilação. ............................................................................................................ 37 Figura 3-11: Desenho de uma torre de ventilação. ................................................... 38 Figura 3-12: Diminuição da coluna de líquido em A2 resultado da diminuição da pressão. .................................................................................................................... 38 Figura 3-13: Telhado supenso com a demonstração do Efeito Venturi. .................... 39 Figura 3-14: Ventilação Unilateral ............................................................................. 40 Figura 3-15: Ângulo de abertura e área útil de ventilação ......................................... 41 Figura 3-16: Sombreamento efetuado por meio de um beiral em balanço. ............... 41 Figura 3-17: Proteção das aberturas utilizando-se brises metálicos. ........................ 42 Figura 3-18: Sombreamento com uso de cobogós no Hosp. Univ. Onofre Lopes..... 42 Figura 3-19: Vegetação como elemento de sombreamento. ..................................... 42 Figura 3-20: Recomendações para as aberturas de edifícios localizados na zona bioclimática Nº 08. ..................................................................................................... 43 Figura 3-21: Corte esquemático de abertura situada em fachada Sudeste. ............. 43 Figura 3-22: Corte esquemático de abertura em fachada Nordeste.......................... 44 Figura 3-23: Corte esquemático de abertura em Fachada Noroeste. ....................... 44 Figura 3-24: Corte esquemático de abertura situada em Fachada Sudoeste. .......... 45 Figura 4-1: Esquematização do Conceito ................................................................. 46 Figura 4-2: Programação Arquitetônica ..................................................................... 47 Figura 4-3: Croqui com o local da edificação projetada em vernelho. ....................... 48 Figura 4-4: Prédio do Centro Cirúrgico Geral e UTI. ................................................. 48.

(11) 10. Figura 4-5: Planta de situação com a delimitação das áreas que compõem o campus biomédico da saúde da UFRN. ................................................................................. 49 Figura 4-6: Indicação das edificações que o compõe o HUOL. ................................ 50 Figura 4-7: Indicação da declividade no local hachurado onde será implantado o novo ambulatório................................................................................................................ 51 Figura 4-8: Edificações a serem demolidas e preservadas no CCS. ........................ 52 Figura 4-9: Direção dos ventos predominantes no local de implantação. ................. 52 Figura 4-10: Maquete eletrônica do volume do ambulatório (em verde) e seu entorno contruído. .................................................................................................................. 53 Figura 4-11: Simulação dos coeficientes de pressão da fachada frontal. ................. 53 Figura 4-12: Coeficientes de pressão na face posterior do volume estudado ........... 54 Figura 5-1: Interior das áreas de trabalho. ................................................................ 56 Figura 5-2: Visual externa do edifício. ....................................................................... 57 Figura 5-3:Vista Aérea do hospital ............................................................................ 57 Figura 5-4: Corte do bloco vertical do Hospital.......................................................... 58 Figura 5-5: Imagem interna do ginásio poliesportivo ................................................. 58 Figura 5-6: Vista Frontal das galerias de ventilação. ................................................. 59 Figura 5-7: Corte esquemático das galerias subterrâneas. ....................................... 59 Figura 5-8: Vista aérea do Hospital da Rede Sarah no Rio de Janeiro/RJ. ............... 60 Figura 5-9: Croqui de Lelé destacando a circulação do ar no interior dos ambientes .................................................................................................................................. 60 Figura 5-10: Abertura das basculantes ..................................................................... 61 Figura 5-11: Centro Tecnológico de Energia Sustentável (Ningbo, China) ............... 62 Figura 5-12: Direção do fluxo de ar nos meses de inverno ....................................... 63 Figura 5-13: Direção do fluxo interior de ar nos meses de inverno ........................... 63 Figura 6-1: Setorização do pavimento Tipo: (a) Com três ambulatórios por pavimento (b) Dois ambulatórios por pavimento ......................................................................... 73 Figura 6-2: Fluxograma com três ambulatórios por pavimento tipo........................... 75 Figura 6-3: Fluxograma com dois ambulatórios por pavimento ................................. 75 Figura 6-4: Maquete física da concepção inicial. ....................................................... 76 Figura 6-5: Maquete física da modificação volumétrica ............................................ 77 Figura 6-6: Trechos do ínicio e meio da via interna ................................................... 77 Figura 6-7: Mapa da área 01 com o traçado da via interna (em vermelho) ............... 78 Figura 6-8: Maquete volumétrica e eletrônica do pavimento terreo sob pilotis .......... 78.

(12) 11. Figura 6-9: Croqui do átrio interno no centro da edificação. ...................................... 79 Figura 6-10: Volumetra final do ambulatório ............................................................. 79 Figura 6-11: Edifício em laje protendida maciça. ....................................................... 80 Figura 6-12: Restaurante executado em laje plana protendida no palácio do Planalto em Brasilia/DF. .......................................................................................................... 80 Figura 6-13: Sala de exercícios físicos. ..................................................................... 81 Figura 6-14: Módulo de eletroterapia. ....................................................................... 81 Figura 6-15: Modulação construtiva dos hospitais da Rede Sarah. .......................... 82 Figura 6-16: Sistema construtivo das divisórias utilizadas na Rede Sarah. .............. 83 Figura 6-17: Paineis em argamassa armada............................................................. 83 Figura 6-18: Exemplos de obras hospitalares com vidro laminado (à esquerda: Hospital da Bahia,Salvador/BA; à direita: Hospital da Beneficência Portuguesa, em São José do Rio Preto/SP)........................................................................................ 84 Figura 6-19: Janela em vidro laminado Maximar....................................................... 85 Figura 6-20: Janela Basculante com trava limitadora de segurança ......................... 85 Figura 6-21:Sistema construtivo das alvenarias externas ......................................... 85 Figura 6-22: Detalhe do esquema de montagem de uma fachada ventilada. ........... 86 Figura 6-23: Primeiro sistema construtivo da cobertura ............................................ 86 Figura 6-24:Sistema construtivo do teto jardim ......................................................... 87 Figura 6-25:Teto jardim na cobertura no Ambulatório de Fisioterapia....................... 87 Figura 6-26: Pavimento tipo com a fração que contém as salas de esperas ............ 88 Figura 6-27:Corte com a direção do fluxo de ar no interior do salas de esperas e átrio interno ....................................................................................................................... 89 Figura 6-28: Corte Esquemático dos ambientes da Fachada Nordeste .................... 89 Figura 6-29: Átrio na sala de marcação de consultas. .............................................. 90 Figura 6-30: Maquete Eletrônica dos sheds da cobertura. Delimitado em vermelho, Shed da Fachada Nordeste; em amarelo sheds captadores de ar; em verde, aberturas zenitais dos átrios. ..................................................................................................... 90 Figura 6-31: Corte esquemático com o fluxo de ar no interior do ambulatório. ......... 91 Figura 6-32: Parte de um corte contendo a direção do fluxo de ar no interior do poço de ventilação e átrio ligado aos ambientes internos .................................................. 92 Figura 6-33: Corte com a direção do fluxo de ar no interior dos ambientes da fachada Noroeste .................................................................................................................... 92 Figura 6-34: Desenho esquemático de uma área de refúgio .................................... 93.

(13) 12. Figura 6-35: Abas verticais sombreando as aberturas da fachada noroeste. ........... 94 Figura 6-36: Balcões sombreando as aberturas da Fachada NE. ............................. 95 Figura 6-37: Balcões sombreando as aberturas da Fachada SE. ............................. 95 Figura 6-38: Área de embarque e desembarque de ambulâncias do HUOL ............. 95 Figura 6-39: Maquete eletrônica da nova área de desembarque. ............................. 95 Figura 6-40: Atual espaço de convivências do hospital ............................................. 96 Figura 6-41: Jardim interno e Vidraças da sala de marcação de consultas. ............. 96 Figura 6-42: Quadro de áreas construídas das edificações do Campus de Ciências da Saúde ........................................................................................................................ 97 Figura 7-1: Esquadrias da sala de esperas 01 .......................................................... 98 Figura 7-2: Detalhamento da abertura de saída da sala de esperas 01. ................... 99 Figura 7-3: Estimativa da velocidade média no interior das salas de esperas. ......... 99 Figura 7-4:Detalhamento da abertura após a modificação no seu ângulo de giro e número de folhas..................................................................................................... 100 Figura 7-5: Croqui eletrônico com a implantação do edifício projetado em relação ao norte geográfico ...................................................................................................... 101 Figura 7-6: Esquadrias dos ambientes da Fachada Sudeste .................................. 102 Figura 7-7: Média anual da velocidade dos ventos no interior dos ambientes da Fachada Sudeste. ................................................................................................... 102 Figura 7-8: Média anual da velocidade dos ventos no interior dos consultórios da fachada Nordeste. ................................................................................................... 103 Figura 7-9: Velocidades dos ventos no interior do duto de ventilação .................... 104 Figura 7-10: Esquema das aberturas. ..................................................................... 104 Figura 7-11: Corte esquemático da ventilação no interior dos ambientes internos . 105 Figura 7-12: Velocidade dos ventos no interior dos ambientes internos sem a ventilação cruzada .................................................................................................. 105 Figura 7-13: Velocidade dos ventos no interior do poço de ventilação voltado para os ambientes da Fachada Noroeste ............................................................................ 106 Figura 7-14: Velocidades dos ventos no interior do ambiente considerando apenas a ventilação unilateral. ................................................................................................ 107 Figura 7-15: Velocidades dos ventos no interior da sala de mecanoterapia. .......... 108 Figura 7-16: Modelo de simulação do programa Solar Tool. ................................... 109 Figura 7-17: Maquete eletrônica das aberturas da Fachada SE. ............................ 109 Figura 7-18: Corte Esquemático do sombreamento de aberturas da Fachada SE. 109.

(14) 13. Figura 7-19: Porcentagem de sombreamento das aberturas da Fachada Sudeste. ................................................................................................................................ 110 Figura 7-20: Diagrama de Máscara de Sombra do dia 26/11. ................................. 110 Figura 7-21: Diagrama de Máscaras de Sombra do dia 02/07. ............................... 110 Figura 7-22: Porcentagem de sombreamento das aberturas após a modificação da profundidade dos balcões. ...................................................................................... 111 Figura 7-23: Diagrama de Máscara de Sombra do dia 25/06. ................................. 112 Figura 7-24: Diagrama de Máscaras de Sombra do dia 24/12. ............................... 112 Figura 7-25: Maquete volumétrica da fachada NE e seu modelo para simulação confeccionado no Solar Tool. .................................................................................. 113 Figura 7-26: Modelo de simulação sem as edificações construídas do HUOL........ 113 Figura 7-27: Taxa de sombreamento das aberturas por mês e ano ........................ 113 Figura 7-28: Diagrama de máscara de sombra das aberturas do sexto pavimento 114 Figura 7-29: Protótipo de cada uma das aberturas da Fachada Noroeste. ............ 115 Figura 7-30: Aberturas da Fachada Noroeste ......................................................... 115 Figura 7-31: Taxa de sombreamento da 1º simulação das aberturas da fachada noroeste .................................................................................................................. 115 Figura 7-32: Diagrama de máscaras de sombra dos dias 07/05 e 18/06. ............... 116 Figura 7-33: Diagrama de Máscaras de Sombra dos dias 29/01 e 10/12. .............. 116 Figura 7-34: Recomendações de sombreamento para aberturas em fachadas noroeste. ................................................................................................................. 117 Figura 7-35: Protótipo das aberturas para simulação no Solar Tool. ...................... 117 Figura 7-36: Malha com marquises em concreto armado dentro dos módulos. ...... 118 Figura 7-37: Taxa de sombreamento da 2º simulação das aberturas da Fachada NO. ................................................................................................................................ 118 Figura 7-38: Diagrama de máscaras de sombra com a porcentagem de sombreamento em diferentes horários do dia 25/06. ....................................................................... 119.

(15) 14. LISTA DE SIGLAS AHS: ângulo horizontal de sombreamento; AVS: ângulo vertical de sombreamento; CCS: Campus de Ciências da Saúde; CFD: Dinâmica dos fluidos computacional; CDI: Centro de Diagnóstico por Imagem; DML: Depósito de Material de Limpeza; EBSERH: Empresa Brasileira de Serviços Hospitalares; ECI: Edifício Central de Internação; EAS: Estabelecimento assistencial de saúde; HUOL: Hospital Universitário Onofre Lopes; INMETRO: Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia; Q: Fluxo de ar em m³/s. N: Número de trocas de ar por pessoa / hora SAME: Serviço de Arquivo Médico e Estatístico; SCODE: Serviço de Cirurgia da Obesidade e Doenças Relacionadas; SIF: Setor de Infraestrutura Física; SUS: Sistema único de Saúde; SOMASUS: Sistema de apoio à elaboração de Projetos de Investimentos em Saúde; UFRN: Universidade Federal do Rio Grande do Norte; UTI: Unidade de Terapia Intensiva..

(16) 15. SUMÁRIO 1. 2. INTRODUÇÃO ---------------------------------------------------------------------------- 17 1.1. Objeto de estudo ------------------------------------------------------------------- 18. 1.2. Objetivos ------------------------------------------------------------------------------ 19. 1.3. Justificativa --------------------------------------------------------------------------- 19. METODOLOGIA DA PESQUISA ---------------------------------------------------- 21 2.1. Equações matemáticas ligadas ao fluxo de ar (Q). ----------------------- 23. 2.1.1 Área efetiva de ventilação --------------------------------------------------- 24 2.1.2 Número de trocas de ar (N) ------------------------------------------------- 25. 3. 2.2. Estimativa do potencial de ventilação ----------------------------------------- 25. 2.3. Memórias de cálculos ------------------------------------------------------------- 28. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ----------------------------------------------------------- 32 3.1. Ventilação cruzada ----------------------------------------------------------------- 32. 3.1.1 Captadores de vento ---------------------------------------------------------- 34 3.1.2 Poços de ventilação ----------------------------------------------------------- 37. 4. 5. 6. 3.2. Ventilação Unilateral --------------------------------------------------------------- 39. 3.3. Área efetiva de ventilação -------------------------------------------------------- 40. 3.4. Sombreamento das aberturas -------------------------------------------------- 41. CONDICIONANTES PROJETUAIS ------------------------------------------------- 46 4.1. Conceito------------------------------------------------------------------------------- 46. 4.2. Implantação -------------------------------------------------------------------------- 47. 4.3. Topografia do Terreno ------------------------------------------------------------ 49. 4.4. Direção dos ventos predominantes -------------------------------------------- 52. 4.5. Sistema Construtivo --------------------------------------------------------------- 54. 4.6. Flexibilidade -------------------------------------------------------------------------- 54. ESTUDOS DE REFERÊNCIAS ARQUITETÔNICAS -------------------------- 56 5.1. Confederação Nacional dos Municípios, Brasília/DF. -------------------- 56. 5.2. Hospital da Rede Sarah (Fortaleza/CE) -------------------------------------- 57. 5.3. Hospital da Rede Sarah (Rio de Janeiro/RJ) ------------------------------- 60. 5.4. Centro Tecnológico de Energia Sustentável ( Ningbo, China) --------- 61. PARTIDO ARQUITETONICO --------------------------------------------------------- 64 6.1. Programa de Necessidades ----------------------------------------------------- 64. 6.1.1 Recomendações gerais ------------------------------------------------------ 72.

(17) 16. 6.1.2 Zoneamento --------------------------------------------------------------------- 73 6.1.3 Fluxos ----------------------------------------------------------------------------- 74 6.2. Estudos Volumétricos ------------------------------------------------------------- 76. 6.3. Sistema construtivo ---------------------------------------------------------------- 80. 6.3.1 Modulação ----------------------------------------------------------------------- 82 6.3.2 Divisórias ------------------------------------------------------------------------- 83 6.3.3 Esquadrias ----------------------------------------------------------------------- 84 6.3.4 Cobertura e revestimentos -------------------------------------------------- 85 6.4. Estratégias de ventilação cruzada --------------------------------------------- 88. 6.4.1 Salas de esperas--------------------------------------------------------------- 88 6.4.2 Ambientes da Fachada Nordeste ------------------------------------------ 89 6.4.3 Ambientes internos ------------------------------------------------------------ 91 6.4.4 Ambientes da Fachada Noroeste ------------------------------------------ 92 6.5. Legislações Incidentes no Projeto --------------------------------------------- 93. 6.5.1 Código de Segurança e Proteção contra incêndio do Estado do Rio Grande do Norte. --------------------------------------------------------------------------------- 93 6.5.2 Código de Obras --------------------------------------------------------------- 95 6.5.3 Plano Diretor Municipal ------------------------------------------------------- 96 6.5.4 Resolução da Diretoria do Colegiado Nº50 (RDC 50). -------------- 97 7. RESULTADOS DAS ESTRATÉGIAS DE VENTILAÇÃO NATURAL ------ 98 7.1. Sala de Esperas 01 ---------------------------------------------------------------- 98. 7.2. Ambientes da Fachada Sudeste --------------------------------------------- 101. 7.3. Ambientes da Fachada Nordeste -------------------------------------------- 103. 7.4. Ambientes Internos -------------------------------------------------------------- 104. 7.5. Ambientes da Fachada Noroeste. ------------------------------------------- 106. 7.6. Sala de Mecanoterapia e Termoterapia ------------------------------------ 107. 7.7. Estudos de sombreamentos --------------------------------------------------- 108. 7.7.1 Aberturas da Fachada Sudeste ------------------------------------------ 108 7.7.2 Aberturas da Fachada Nordeste ----------------------------------------- 112 7.7.3 Aberturas da Fachada Noroeste ----------------------------------------- 114 8. CONSIDERAÇÕES FINAIS --------------------------------------------------------- 120. REFERÊNCIAS------------------------------------------------------------------------------ 122 APÊNDICES---------------------------------------------------------------------------------- 126.

(18) 17. 1 INTRODUÇÃO Nos estabelecimentos assistenciais de saúde a renovação do ar interno é uma questão diretamente relacionada ao controle das infecções hospitalares, pois segundo Yau et al (2011) o ar contém uma variedade de partículas poluentes, tais como bioaerossóis, gases liberados a partir de organismos vivos (fungos, bactérias e vírus) e resíduos de gases anestésicos (óxido nitroso, sevoflurano, desflurano, isoflurano e halotano). A sua renovação é fundamental para a dissipação destes contaminantes e possível graças a ventilação natural ou artificial conforme as funções exercidas em cada setor. Em áreas críticas, tais como centro cirúrgicos e UTI’s, é obrigatória, por norma, a instalação de sistemas de climatização artificial devido a necessidade de controles mais rigorosos de qualidade do ar. Já em enfermarias e consultórios não há essa obrigatoriedade, logo apresentam potencial para a criação de espaços saudáveis para os pacientes, acompanhantes e equipe médica por meio do aproveitamento da ventilação natural (ULRICH et al. 2004), que além da vantagem do baixo custo de manutenção, contribui para a diminuição da demanda energética do edifício por ser uma estratégia de condicionamento passivo. Estudos demonstram que edifícios naturalmente ventilados apresentam menores riscos de desenvolvimento da chamada “Síndrome do Edifício Doente”, caracterizada pela manifestação de sintomas de doenças durante o período de ocupação, tais como dor de cabeça, problemas nos olhos (irritação, dor secura, coceira ou lacrimejamento), problemas nasais (coriza ou irritação), na garganta (secura, dor ou irritação), tórax (sensação de opressão e dificuldade respiratória), letargia (sonolência e debilidade), anormalidades na pele (secura, coceira ou irritação), e problemas para manter a concentração no trabalho. Argiriou et al. (1994) investigaram os problemas de qualidade do ar interno em edifícios de escritórios e hospitais naturalmente ventilados e mecanicamente condicionados e identificaram que o número de sintomas apresentados pelos ocupantes de edifícios mecanicamente ventilados foi levemente acima dos naturalmente ventilados. No entanto, a elevada compartimentação das edificações onde ocorrem atividades de atenção à saúde humana, sobretudo em edificações verticalizadas,.

(19) 18. dificulta o aproveitamento da ventilação natural, e na prática poucos são os projetos de referência que possuem aberturas de entrada e saída do vento com objetivo de promover uma ventilação cruzada. Com isso, muitas delas estão cada vez mais dependentes de sistemas de ar condicionado para promover um número de trocas de ar condizentes com os padrões estabelecidos para a arquitetura hospitalar, causando assim um forte impacto no seu consumo energético. Montero (2006, p.202) em seu trabalho sobre a eficiência energética na obra do arquiteto João Filgueiras Lima (Lelé) traz a seguinte afirmação do mesmo: “(...) Um sistema de ar condicionado consome 30 ou 40% da energia do prédio, dependendo do prédio (...)”. Portanto, se o funcionamento dos estabelecimentos assistenciais de saúde (EAS) pressupõem um largo consumo de energia, adotar uma tipologia capaz de promover o consumo racional é condição sine qua non para qualquer projeto de novos ambientes. Algumas instituições hospitalares, a exemplo do Hospital Universitário Onofre Lopes (HUOL), localizam-se em sítios com grande potencial de ventilação natural, no entanto, ainda há um planejamento inadequado de sua ocupação que não distribui os ambientes priorizando aspectos do conforto ambiental. Resulta disso uma forte dependência de climatizadores na maioria dos ambientes de um prédio situado numa topografia elevada à 40m em relação ao nível do mar e com poucas obstruções à passagem da ventilação. Além disso, percebe-se o comodismo de muitos funcionários, que fazem uso do ar condicionado mesmo nos dias frios, e em ambientes nos quais a climatização mecânica não é obrigatória, o que não parece ser uma solução inteligente e definitiva para contribuir positivamente na redução do consumo de energia deste hospital que, recentemente, inaugurou uma Unidade de Terapia Intensiva Pediátrica com cinco leitos e existindo a previsão de ampliação do número de leitos de enfermarias. Ou seja, há uma demanda crescente do consumo de energia, decorrente das ampliações que são necessárias ao seu funcionamento.. 1.1 OBJETO DE ESTUDO Tendo em vista esse aumento crescente no consumo de energia elétrica do HUOL, e em contrapartida a necessidade de construções contemporâneas mais.

(20) 19. sustentáveis, o objeto de estudo deste trabalho trata-se do anteprojeto arquitetônico de um novo ambulatório de especialidades médicas com ênfase na aplicação de estratégias passivas de ventilação natural nos consultórios, salas de esperas e demais ambientes.. 1.2 OBJETIVOS O objetivo geral é a proposição de uma edificação hospitalar verticalizada com um maior número de trocas de ar por meios passivos, com a finalidade de criar as condições necessárias para se ter um menor consumo energético com sistemas de climatização do ar no interior dos recintos. Para tanto, foi necessário cumprir alguns objetivos específicos, entre eles destacam-se: . Identificar estratégias de ventilação cruzada que possam ser aplicadas ao caso de uma edificação hospitalar vertical;. . Dimensionar e sombrear adequadamente as aberturas para promover o máximo de aproveitamento do fluxo de ar circulante nos ambientes;. . Flexibilidade dos espaços;. . Promover a renovação do ar sem comprometer a privacidade dos ambientes (consultórios).. . Verificar se o fluxo de ar encontrado permite uma ocupação de pessoas que atenda às necessidades do ambiente.. 1.3 JUSTIFICATIVA A ideia de desenvolver este trabalho surgiu de uma demanda real existente na lista de obras necessárias para readequação e expansão física do hospital, constante no Plano Diretor Estratégico do HUOL, documento desenvolvido em 2014 com intuito de enquadrá-lo nas metas estabelecidas pelo Programa de Recuperação dos Hospitais Universitários Federais (REHUF). Entre as obras previstas, está a construção de um novo prédio para o ambulatório central com unidade de internação ambulatorial (60 leitos dia) e centro cirúrgico ambulatorial. Para este trabalho foi dado prioridade apenas ao planejamento do ambulatório, de forma que a unidade de internação e centro cirúrgico ambulatorial.

(21) 20. deverão ser frutos de um outro trabalho posterior onde o projeto arquitetônico tenha como premissa a conectividade com a obra ora apresentada. Como servidor do HUOL, na qualidade de empregado público da Empresa Brasileira de Serviços Hospitalares (EBSERH), e lotado no Setor de Infraestrutura Física, houve facilidade para a obtenção de informações e realização dos estudos in loco para determinação do programa de necessidades, visualização dos projetos arquitetônicos e dados sobre topografia, ventilação e insolação do terreno. O trabalho divide-se em oito capítulos: No primeiro faz-se uma breve explanação sobre a problemática ligada ao elevado consumo energético com sistemas de ar condicionados no Hospital Universitário Onofre Lopes, de forma que justifica a escolha do tema, objetivos e objeto de estudo do projeto. Em seguida é apresentado o procedimento metodológico utilizado para o cálculo do fluxo e número de trocas de ar dos ambientes, bem como as fórmulas e ferramentas utilizadas. No capítulo três foram discutidas algumas estratégias de ventilação natural utilizadas na arquitetura para promover a renovação do ar por meios passivos, pois no caso concreto do projeto desenvolvido, apresentaram resultados positivos de fluxo e números de trocas de ar por hora no interior dos ambientes analisados. No quarto, vem as condicionantes projetuais de ordem climáticas, físicas e normativas, que juntamente com as referências arquitetônicas do capítulo cinco, influenciaram a adoção do partido arquitetônico apresentado no sexto tópico do trabalho. No sétimo capítulo, são discutidos os resultados de fluxo e número de trocas de ar das estratégias passivas de ventilação cruzada aplicadas no projeto e por fim, tem-se as considerações finais onde se destaca a imprescindível utilidade da ventilação cruzada para a renovação do ar, comprova-se a veracidade de alguns estudos científicos de sombreamento e a importância do correto dimensionamento das esquadrias para eficiência das estratégias de ventilação natural utilizadas..

(22) 21. 2 METODOLOGIA DA PESQUISA Em cada ambiente estudado foi calculado o fluxo de ar (Q) e o respectivo número de trocas de ar por pessoa/ hora (N), considerando duas situações distintas: Numa primeira análise como se, hipoteticamente, não houvesse ventilação cruzada no ambiente e em seguida considerando o mesmo com a estratégia de ventilação cruzada adotada no projeto. Tal procedimento teve por finalidade avaliar as diferenças de resultados que indicam as vantagens das estratégias em termos de renovação do ar. Ao mesmo tempo forneceu parâmetros para concluir se deveria ser preciso realizar alguma modificação na área útil das esquadrias, caso o número de trocas de ar por pessoa/ hora não atingisse o valor mínimo igual a quatro (04) estipulado para este trabalho (Figura 2-1). Na prática, o número pressupõe-se ser suficiente para remover o nível de agentes nocivos no interior de ambulatórios, pelo fato do paciente não saber ainda se está diagnosticado com algum tipo de enfermidade ao adentrar na consulta. Figura 2-1: Trocas de ar por hora (N). Fonte: Adaptado de Chiarelo (2006, p.27). A outra parte da pesquisa consistiu em identificar o número de pessoas que poderia ocupar cada ambiente com o fluxo de ar (Q) encontrado, e assim verificar se o resultado seria suficiente para promover uma renovação de ar satisfatória para 05 pessoas, sendo um (01) paciente, um (01) médico, um (01) acompanhante e dois (02).

(23) 22. alunos participantes de aulas práticas, conforme levantamento realizado in loco nos consultórios. Além disso, o projeto dimensionou uma ocupação mínima de 105 pessoas em cada uma das salas de espera, correspondente ao número suficiente para atender aos dois ambulatórios de cada pavimento tipo. Esse valor tem por base também um levantamento in loco efetuado no Onofre Lopes que contabilizou o número de pacientes e acompanhantes na sala de espera mais movimentada dos ambulatórios em horário de pico. Para o cálculo deste número de pessoas, foi utilizada a tabela elaborada por Rivero (1985) que estabelece uma correlação entre fluxo de ar e número de pessoas a ocupar um dado ambiente (Figura 2-2). O procedimento consiste em calcular inicialmente o volume do ambiente analisado (m³), utilizando a tradicional fórmula matemática do volume. Em seguida divide-se o valor encontrado pela quantidade de pessoas, que teoricamente deve ocupar o ambiente, a fim de determinar em que linha da primeira coluna da tabela (espaço disponível por pessoa) o espaço se insere. Figura 2-2 Ventilação mínima necessária em função do número de pessoas.. Fonte: Rivero (1985). Localizada a linha, observa-se os valores que estão na mesma linha e abaixo das colunas “Mínimo” e “sem fumar”, pois a terceira foi descartada já que o HUOL não permite a entrada de fumantes. Caso o resultado de fluxo esteja entre os números existentes nessas citadas colunas, significa que a ventilação natural proporciona uma troca de ar satisfatória para cada pessoa que ocupa o ambiente estudado..

(24) 23. 2.1 EQUAÇÕES MATEMÁTICAS LIGADAS AO FLUXO DE AR (Q). O modelo algébrico utilizado para descobrir o fluxo de ar (Q), extraiu da literatura sobre conforto térmico algumas fórmulas que mudam conforme a situação de ventilação cruzada ou unilateral respectivamente. No primeiro caso, as variáveis envolvidas são a área equivalente da abertura (Aj), a velocidade do ar na altura da mesma (V) e a variação dos coeficientes de pressão (Figura 2-3). Figura 2-3: Equação do fluxo de ar para o caso de ventilação cruzada. Fonte: Adaptado de Lamberts et al (2009). Caso o ângulo de incidência dos ventos predominantes esteja entre 0º e 30º, a diferença entre os coeficientes de pressão é diretamente igual a 1,2, no entanto, se esse ângulo estiver entre 30º e 90º, deve-se utilizar a expressão matemática correspondente da tabela (Figura 2-4) que, multiplicado por 0,3, serve para encontrar a variação dos coeficientes de pressão. Figura 2-4: Formulas para o cálculo da variação dos coeficientes de pressão do ar. Fonte: Adaptado de Lamberts et al (2009). Para o caso de ventilação unilateral, a fórmula é mais simplificada, pois desconsidera a variação dos coeficientes de pressão do ar existentes. Portanto, apenas a área efetiva de ventilação e a velocidade média do vento na altura da abertura de entrada do ar são levadas em consideração (Figura 2-5)..

(25) 24. Figura 2-5: Equação do fluxo de ar que percorre o ambiente em caso de ventilação unilateral. Fonte: Adaptado de Lamberts et al (2009). Nota-se que nas duas fórmulas anteriores, é necessário o conhecimento da velocidade dos ventos na altura da abertura de entrada (V). Essa variável correlaciona-se com a velocidade média do vento na estação meteorológica da cidade (Vm) e os dois coeficientes k e a que variam conforme a localização da edificação, considerada zona urbana para este trabalho. Ressalta-se que o coeficiente Z, relativo à altura da abertura em edifícios ou da cumeeira, foi adotado como um valor constante e igual a 1,25m, pois todas as aberturas analisadas foram padronizadas com esta dimensão (Figura 2-6). Figura 2-6: Equação da ventilação na altura da abertura. Fonte: Adaptado de Lamberts et al (2009). 2.1.1 Área efetiva de ventilação Tanto no caso da ventilação cruzada como unilateral, a fórmula da área efetiva de ventilação (Aj) é a mesma para todos os casos, devendo-se ter conhecimento de.

(26) 25. duas variáveis que são o somatório de todas as áreas de entrada e saída do fluxo de ar. Como o estudo foi realizado considerando cada ambiente com as portas fechadas, por questões de privacidade e isolamento acústico dos recintos, a parcela a ser acrescentada na fórmula da área equivalente foi desconsiderada (Figura 2-7). Figura 2-7: Equação da área equivalente. Fonte: Adaptado de Lamberts et all, 2009. 2.1.2 Número de trocas de ar (N) Com os dados calculados de fluxo de ar (Q), pode-se obter os resultados de número de trocas de ar por pessoa/hora (n) no interior dos ambientes a partir da formula que considera também o volume do ambiente (Figura 2-8). Figura 2-8: Equação do número de trocas de ar por hora/pessoa. Fonte: Adaptado de Lamberts et all, 2009. 2.2 ESTIMATIVA DO POTENCIAL DE VENTILAÇÃO Para calcular as velocidades médias internas, que entraram nas fórmulas mostradas anteriormente, foi utilizado o modelo de planilha elaborado por Cunha (2010) e obtido no Laboratório de Conforto Ambiental da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (LABCOM) que estima o potencial de uso da ventilação natural em um dado ambiente interno, ao serem inseridos os dados climáticos de ventilação da cidade de Natal (Figura 2-9)..

(27) 26. Figura 2-9: Planilha para estimativa da velocidade média interna e taxa de renovação do ar. Fonte: Cunha (2010). O modelo foi utilizado em vista do seu fácil manuseio e a possibilidade de rápida comparação de múltiplas alternativas, alterando-se apenas as variáveis numéricas (CUNHA, p.107, 2010). Para que a ferramenta forneça os resultados, é necessário inicialmente inserir os dados de dimensões da janela de entrada, seu azimute na fachada, altura do peitoril (m) e pavimento onde encontra-se (Figura 2-10). Ressalta-se que esses dois últimos dados foram considerados sempre constantes e iguais um (01), pois no primeiro pavimento a velocidade dos ventos sempre é menor em relação aos demais andares superiores. Figura 2-10: Campo para introdução dos dados da abertura de entrada dentro da planilha.. Fonte: Adaptado da planilha extraída no LABCOM (2016).

(28) 27. Figura 2-11: Campo para os dados da abertura de saída e dimensões do ambiente. Fonte: Adaptado da planilha extraída no LABCOM (2016). Em seguida introduz na planilha as dimensões da abertura de saída e aspectos relacionados ao ambiente que são o seu comprimento e largura, pé direito e espessura da laje (Figura 2-11). O arquivo necessita também que seja inserida a localidade onde o ambiente se encontra (Natal/RN) e as característica do entorno que dividem-se em área aberta plana, campos com obstáculos esparsos em relação ao vento, área urbana (subúrbio) e centro da cidade (Figura 2-12). Em todas as análises realizadas foi inserido o último item devido à proximidade da edificação projetada com o centro da cidade. Depois de inseridos todos os dados, o arquivo oferece em termos numéricos a maior taxa de renovação do ar (trocas/hora), com o seu dia e horário, além do aproveitamento médio do vento (Figura 2-13). Figura 2-12: Campo para inserção dos dados da localidade e entorno. Fonte: Acervo do LABCOM (2016).

(29) 28. Figura 2-13: Resultados númericos da planilha. Fonte: Acervo do LABCOM (2016). Em termos gráficos fornece a taxa de renovação do ar mensal, a velocidade média interna ao longo dos meses do ano e ainda uma distribuição da quantidade de trocas de ar do ambiente ao longo de todas as horas do ano. Interessa para este trabalho apenas o gráfico da velocidade interna (Figura 2-14), pois o número de trocas de ar do ambiente foi calculado pelas fórmulas matemáticas do método algébrico extraído da literatura. Figura 2-14: Gráfico da velocidade média mensal ao longo do ano. Fonte: Acervo do LABCOM (2016). 2.3 MEMÓRIAS DE CÁLCULOS As equações matemáticas do fluxo de ar (Q) e número de trocas de ar foram organizadas em uma memória de cálculo dividida em cinco partes. Na primeira, são preenchidas as dimensões do ambiente analisado que automaticamente fornece o resultado do seu volume. Logo em seguida vem as dimensões das aberturas de entrada e saída do vento, bem como a velocidade dos ventos em Natal/RN na estação meteorológica (m/s). Na linha que indica a altura da cumeeira (m), coloca-se a altura da abertura e na última, com a diferença de pressão (Delta Cp), põem-se os valores fixos da fórmula já.

(30) 29. apresentada que sempre dará um resultado igual a 0,36 nos casos de ventilação cruzada (Figura 2-15). Figura 2-15: Primeira parte da memória de cálculo.. Fonte: Elaborado pelo autor.. Na segunda parte vem a esquematização do valor corrigido da velocidade dos ventos (V). Na primeira linha são mostradas as incógnitas da fórmula matemática e seus valores são preenchidos logo abaixo na segunda linha (Figura 2-16). É importante lembrar que o valor introduzido na linha abaixo da coluna “Vm”, correspondente a velocidade média do vento na estação meteorológica, ou seja, fora do ambiente, foi ajustado em cada caso para um número em que o resultado da velocidade média interna se aproximasse do menor valor apresentado pela planilha da estimativa do potencial de ventilação. Figura 2-16: Segunda parte da memória de cálculo que fornece o resultado da correção dos ventos.. Fonte: Elaborado pelo autor.. Na terceira parte é apresentado o resultado da área equivalente de ventilação. Na primeira linha são identificados os campos onde serão introduzidas a área útil de ventilação das aberturas de entrada e saída do vento na segunda linha. O restante da tabela é apenas o desenvolvimento do cálculo que automaticamente gera o valor final destacado na célula hachurada em verde (Figura 2-17). Figura 2-17: Desenvolvimento da área útil de ventilação.. Fonte: Elaborado pelo autor..

(31) 30. O quarto item é o mais importante da planilha, pois apresenta os resultado de fluxo de ar (m³/s) no interior do ambiente analisado. Na primeira linha são postas as variáveis da fórmula que são a área equivalente, a velocidade média interna do ar, que deve coincidir com valor da correção da velocidade dos ventos, e o delta Cp igual a 0,36 para ventilação cruzada. Na segunda linha coloca-se os resultados encontrados e assim a planilha fornece o valor final hachurado em verde (Figura 2-18). Figura 2-18: Quinta parte da planilha com a esquematização do resultado de fluxo de ar.. Fonte: Elaborado pelo autor.. Esta é a única parte em que a memória de cálculo da ventilação cruzada diferese da unilateral, pois nesta última não existe o campo “Delta Cp” devido ao fato das correntes de vento não se originarem pelas diferenças de pressão do ar, mas sim por causa das diferentes temperaturas (Figura 2-19). Figura 2-19: Tabela dio fluxo de ar no interior do ambiente para ventilação unilateral. Fonte: Elaborado pelo autor.. Na duas partes finais da tabela, encontram-se os resultados do número de trocas de ar por hora e da quantidade de pessoas que podem ocupar os ambientes com o fluxo encontrado (Q). No primeiro caso, ao preencher os dados de fluxo de ar (m³/h) e volume do ambiente (m³), a planilha fornece automaticamente os resultados nos campos destacados em verde (Figura 2-20). Figura 2-20: ultimos itens da memória de cálculo.. Fonte: Elaborado pelo autor.. Em seguida, logo abaixo da linha identificada com o nome “número de pessoas” introduz-se aquele número que é o parâmetro para definir em que linha da primeira.

(32) 31. coluna da tabela de Rivero (1985) o fluxo deve se enquadrar. Com isso é só fazer em seguida uma regra de três simples para mostrar a quantidade de pessoas, em termos inteiros, que pode ocupar o ambiente. Essas memórias de cálculos, juntamente com os estudos de sombreamento, definiram o dimensionamento adequado das aberturas de forma mais rápida, pois sua forma automática evitou cálculos mais demorados e trabalhosos. Além disso, eliminou as chances de erros e tornou os resultados da pesquisa mais precisos. Portanto, é uma ferramenta que pode servir de modelo a quem se interessar..

(33) 32. 3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA O desafio para o projeto arquitetônico deste edifício foi pensar formas de aproveitar a ventilação natural frente a relativa compartimentação de seus pavimentos, verticalização e vasto programa de necessidades que impôs a locação de muitas aberturas em fachadas com baixos coeficientes de pressão do ar por motivos funcionais e compactação do prédio. Muitas são as estratégias que possibilitam esse aproveitamento e, conforme NBR 15.220 (2005), algumas são recomendadas para Natal/RN. Entre elas destacam-se:. 3.1 VENTILAÇÃO CRUZADA Também chamada de ventilação natural dinâmica, é consequência da ação mecânica do vento sobre as superfícies da envoltória de um edifício que provoca o surgimento de diferentes coeficientes de pressão do ar responsáveis por induzir o deslocamento das massas de ar das regiões de maiores coeficientes para as de menor (Figura 3-1). Figura 3-1: Valores dos coeficientes de pressão do vento em torno de um dado volume representativo de uma edificação. Fonte: Alucci e Cóstola (2011). Esses coeficientes mudam de valores conforme os ângulos de incidência dos ventos predominantes que nunca são constantes por causa de suas variações de direção. Logo, a ventilação cruzada apresenta a desvantagem de apresentar turbulências de fluxo de ar que podem causar uma redução ou aumento das taxas de ventilação. Apesar disto, Cunha (2010, p.83) explica que o correto dimensionamento.

(34) 33. e orientação das aberturas favorecem a diferença de pressão, estimulando a ventilação nos ambientes. Para que haja ventilação cruzada é necessário a existência de duas aberturas em faces com diferentes coeficientes de pressão. Dessa forma, as correntes de convecção introduzem o ar frio e carregam consigo o ar aquecido para fora do recinto (Figura 3-2). No caso de aberturas situadas em planos opostos do ambiente, esse fenômeno é mais eficiente, pois o fluxo de ar atravessa-o transversalmente, potencializando a renovação do ar interno (Figura 3-3). Figura 3-2: Sentido dos ventos num ambiente com ventilação cruzada. Fonte: Nunes (2014). Figura 3-3: Ventilação cruzada em ambientes com aberturas em paredes opostas. Fonte: Amparo, Gomes e Souza (2011). Se a instituição estiver localizada em regiões de clima quente e úmido, a ventilação cruzada é indispensável devido aos benefícios de trocas de calor, de.

(35) 34. esfriamento das estruturas e de higiene dos ambientes, sendo recomendada permanentemente para todo ano (Figura 3-4). Figura 3-4: Estratégias de condicionamento térmico passivo para regiões de clima quente e úmido ( Zona Bioclimática Nº08). Fonte: NBR 15220-3 (2005).. Portanto, segundo Lamberts et al (1997), aberturas, janelas, dispositivos de ventilação e demais estruturas do edifício deverão ser concebidas com a finalidade de prover ventilação cruzada que além de contribuir para a renovação do ar, pode causar uma melhoria na sensação térmica de regiões quente e úmidas se a temperatura ultrapassar os 29ºC ou a umidade relativa do ar for superior a 80%. A ventilação cruzada pode ser horizontal ou vertical. No primeiro caso o ar circula livremente pelo pavimento através de aberturas situadas em pontos opostos ou adjacentes dos cômodos. No segundo, o fluxo de ar desloca-se verticalmente através de poços de ventilação, cuja extremidade superior é dotada de um captador de vento. 3.1.1 Captadores de vento São estruturas posicionadas acima do nível da cobertura, responsáveis por permitir a passagem da ventilação natural para o interior dos ambientes e podem funcionar tanto como entrada do fluxo de ar ou saída dependendo da finalidade para o qual foi projetado. Segundo Araújo (p.47, 2011) são posicionados na cobertura por este ser o local onde os ventos são mais fortes, estáveis e com velocidade mais elevada. (Figura 3-5). Figura 3-5: Sheds para exaustão (c) e captação do ar (d). Fonte: Araújo (2011).

(36) 35. Funcionam como uma alternativa para potencializar a ventilação natural em ambientes com janelas localizadas a sotavento (orientação contrária ao sentido do vento), pois conforme verificou a autora (ARAÚJO, 2011), quando o captador está voltado para os ventos predominantes, e suas esquadrias encontram-se na região de sombra do edifício, cria-se um diferencial de pressão que induz a circulação do ar em direção a abertura de saída (Figura 3-6). Figura 3-6: Simulação em CFD do sentido da ventilação natural em um ambiente com captador na cobertura e janela a sotavento.. Fonte: Araújo (2011, p.109). A mesma pesquisadora descobriu ainda que se o captador estiver localizado no teto de uma circulação entre dois cômodos, pode-se criar uma ventilação cruzada também no ambiente a sotavento, desde que não haja passagem de ar de uma sala para outra, ou seja, todas as janelas do primeiro ambiente devem estar fechadas (Figura 3-7). Como a localização dos hospitais, geralmente em centros urbanos, demanda edifícios verticalizados com tipologias que dificultam a adoção de estratégias de ventilação cruzada, a instalação desses captadores (sheds) na cobertura é uma alternativa para captar a ventilação natural direcionando-a aos ambientes (Figura 3-8). Da aplicação destes elementos na cobertura, além da ventilação natural, podese tirar partido da iluminação zenital para implantação de jardins internos que promovem o resfriamento evaporativo dos ambientes e assim melhoram o conforto térmico do ar (Figura 3-9)..

(37) 36. Figura 3-7: Análise em CFD da ventilação natural em circulação com captador entre 2 salas: (a) aberturas da primeira sala fechadas (b) aberturas da primeira sala abertas. Fonte: Adaptado de Araújo (2011). Figura 3-8: Sala do arquiteto João Filgueiras Lima (Lelé) no CTRS em Salvador/BA.. Fonte: Montero (2006). Figura 3-9: Sede do Tribunal de Contas em Cuiabá/MT.. Fonte: Montero (2006, p.116).

(38) 37. 3.1.2 Poços de ventilação São vazios verticais no interior do edifício cuja função é permitir que o ar fresco, situado no nível mais baixo ou que percorreu os ambientes pela ventilação cruzada horizontal, ao ser aquecido seja sugado até a extremidade superior devido ao diferencial de temperatura que provoca sua ascensão. Dependendo de suas dimensões podem se transformar em átrios com aberturas na cobertura que ampliam a incidência da iluminação natural. (Figura 3-10). Quando uma das aberturas do ambiente está voltada para o poço de ventilação e este possui em sua extremidade superior uma abertura para captação do ar, cria-se um fluxo descendente de ventilação através de uma estrutura denominada torre de ventilação (Figura 3-11). Figura 3-10: Associação de ventilação cruzada horizontal e vertical utilizando poços de ventilação.. Fonte: Disponível em: http://ivanventura.com.br/l23 Acesso em: 12 Jun. 2017.

(39) 38. Figura 3-11: Desenho de uma torre de ventilação.. Fonte: Disponível em: https://br.pinterest.com/pin/467318898816522172/ Acesso em 12. Jun.2017. Dentro do poço de ventilação, a velocidade dos ventos é intensificada. Isso acontece porque um fluido ou corrente ar em movimento dentro de um conduto fechado, ao passar por um trecho mais estreito de seção menor, diminui sua pressão aumentando de velocidade para que o fluxo se mantenha constante. Fenômeno esse denominado “Efeito Venturi” (Figura 3-12). Figura 3-12: Diminuição da coluna de líquido em A2 resultado da diminuição da pressão.. Fonte: Montero (2006).. Na arquitetura esse efeito acontece quando utiliza-se telhados suspensos nas cobertura que captam o vento em uma abertura e o conduz para uma zona de menor seção transversal na região central do prédio que possui aberturas para a parte interna da construção, proporcionando uma retirada de ar quente do interior (Figura 3-13)..

(40) 39. Figura 3-13: Telhado supenso com a demonstração do Efeito Venturi.. Fonte: Loeb e Orlando (2009). O mesmo efeito acontece ao ser utilizado captadores de ar nas coberturas dos edifícios. Montero (2006, p.68), estima que a média da velocidade interna do ar pode ser aumentada no interior dos ambientes, em cerca de 40% quando o captador funciona como saída de ar, e em cerca de 15% quando o mesmo está funcionando como entrada do vento. Sua introdução em edificações de clima quente e úmido geram um aumento significativo da ventilação natural no interior dos ambientes. Bittencourt e Lôbo (2003) verificaram que o uso de captadores de vento, posicionados adequadamente em relação aos ventos dominantes, podem dobrar a velocidade média do fluxo de ar em alguns ambientes. No entanto, deve-se atentar para que o limite de velocidade do ar não seja ultrapassado, sob pena de causar inconvenientes ou ineficiência da ventilação natural. Allard (1998) menciona que o limite superior de velocidade do ar dentro da edificação dever ser de aproximadamente 0.8 m/s, já que uma velocidade maior poderia causar distúrbios. Lamberts, Dutra e Pereira (1997, p.106) consideram que até 32ºC, a velocidade máxima permitida para o ar interior deve ser de 2m/s, pois a partir daí os ganhos térmicos por convecção tornam a ventilação natural indesejável.. 3.2 VENTILAÇÃO UNILATERAL Também definida como Ventilação natural térmica baseia-se nas diferenças de temperaturas entre o ar exterior e interior, originando pressões distintas que provocam um deslocamento das massas de ar da zona de maior para a de menor pressão denominado efeito chaminé. Quando nestas circunstâncias existir apenas uma única abertura no ambiente, estabelece-se uma circulação do ar na qual o fluxo entra pela parte inferior e sai pela sua respectiva área superior (Figura 3-14)..