VENTILAO DE EDIFCIOSFenmenos de ventilao natural

Antnio Moret RodriguesIST

Ventilao: Qualidade do ar interior (6 slides)Conforto trmico (2 slides)Riscos de condensao (3 slides)

Ventilao natural:Princpios (4 slides)Aco trmica (4 slides)Aco do vento (9 slides)

NDICE

VENTILAO: qualidade do ar interior I No interior dos edifcios exige-se que o ar se mantenha em condies satisfatrias para a sanidade dos utentes, no devendo conter propores excessivas de gases txicos, poeiras, aerossis nocivos, etc.Todos os fumos ou gases nocivos ou de cheiro incmodo devem poder ser rapidamente evacuados.Estas exigncias seriam cumpridas com altos caudais de renovao. Porm, por razes energticas, os caudais devem ser os mnimos que garantam condies no prejudiciais sade.

VENTILAO: qualidade do ar interior II Tipo de poluentes em edifcios

FONTES

Partculas

Formal-dedos

Gases Orgnicos

Amianto

Rado

Monxidode carbono

Dixido de carbono

Dixido de azoto

Materiais do edifcio e solo de fundao

Aparelhos de aquecimento por combusto

Fumo de tabaco

Presena humana

VENTILAO: qualidade do ar interior III Concentraes limites de poluentesEncontram-se grandes variaes entre fontes.

POLUENTE LIMITE MXIMO (mg/m3)Partculas suspensas no ar (PM10) 0,15

Dixido de Carbono (CO2) 1800

Monxido de carbono (CO) 12,5

Ozono (O3) 0,2

Formaldedo 0,1

Compostos orgnicos Volteis Totais 0,6

Microrganismos bactrias, fungos [1] 500 UFC

Legionella 100 UFC

Radon [2] 400 Bq/m3

[1] - UFC - (unidades formadoras de colnia) a unidade padro estabelecida pela OMS para medir o desenvolvimento das colnias formadas pelos microrganismos.

[2] - O Becquerel (Bq) uma unidade de medida para a radioactividade: mede a taxa de decaimento de uma substncia radioactiva (1 Bq corresponde a uma desintegrao nuclear por segundo).

Fonte: RSECE

VENTILAO: qualidade do ar interior IVNecessidades de ventilao (V) por exigncias de qualidade do ar interiorObjectivo: manuteno das cargas poluentes em nveis considerados admissveis para a sade.Equao de conservao do volume de poluente (Vp):

Vpe

P

Vpi

Ci CLIMCeVpe + P = Vpi (m3/h)

Com Vp=CV vem:

ei CCPV

=&

&P - Produo de poluente (m3/h)Vp - Caudal de poluente (m3/h)V - Caudal de ar (m3/h)C - Concentrao de poluente (-)

NDICESi - interiore - exteriorp poluenteLIM - limite

VENTILAO: qualidade do ar interior VAvaliao experimental da taxa de ventilao mdia de uma sala

Um dos processos para estimar as taxas de renovao do ar em salas fechadas (mas no estanques) recorre aos chamados gases traadores.

O processo consiste em injectar na sala uma dada poro de gs e medir as suas concentraes,depois, em pelo menos 2 instantes diferentes no tempo.

Ci

t

C1

C2

t1 t2

instante da injeco

t0

C0

instantes da medio

VENTILAO: qualidade do ar interior VITaxa de ventilao mdia (n) de uma salaEquao de conservao do volume do gs

Sendo fica . Como a injeco de gs anterior aos instantes de medio (F(t)=0) e a sua concentrao nula no exterior (Ce=0), ento:

Quantidade de gsintroduzido na sala

Variao de gsna sala

Quantidade de gsque deixa a sala=

dtdCi [ ])t(FC.)t(V e +& )t(C.)t(V i&=

= .)t(n)t(V& [ ]eii C)t(C/dtdC)t(F)t(n

=

= 21

2

1

CC i

itt C

dCdt)t(n

12

21tt

ClnClnn

= F(t) Quantidade de gs traador injectada na sala (m3/h)

(F(t0)0 e F(t)=0 para tt0) Volume da sala (m3)

VENTILAO: conforto trmico I

A ventilao um recurso muito utilizado na estao quente por razes de conforto trmico, com os seguintes objectivos:

aumento da velocidade do ar, de calmo ( 0,2m/s) para cerca de 2 a 3 m/s, permitindo uma sensao de arrefecimento na pele da ordem dos 3 a 4 C (taxas de renovao por hora de 3 a 5).

varrimento no perodo nocturno das cargas trmicas acumuladas durante o dia (estratgia solar passiva que combina inrcia trmica com ventilao nocturna).

VENTILAO: conforto trmico IINecessidades de ventilao (V) por exigncias de conforto trmicoObjectivo: contribuir para as condies de conforto por arrefecimento passivo do ar.Equao de conservao da energia (H):

He

Hi

i LIMeHe + Q = Hi (J/h)

Com H=Vcp vem:

( )eipcQV

=&

Q - Calor libertado pela massa (J/h)cp - Calor especfico do ar (J/Kg.C)V - Caudal de ar (m3/h) - Massa especfica - Temperatura (C) do ar (kg/m3)

Q

VENTILAO: riscos de condensao INo sendo poluente, a concentrao de vapor de gua um parmetro que levado em conta para o dimensionamento dos caudais, por motivo de risco de condensaes, em compartimentos deservios (instalaes sanitrias, cozinhas).

ACTIVIDADEPRODUO DE VAPOR

DE GUA (g/dia)

Cozinhar 2000 a 3000

Lavagem de loua 400

Banho (por pessoa) 200

Lavagem de roupa 500

Secagem de roupa no interior 1500

VENTILAO: riscos de condensao IINecessidades de ventilao (V) por exigncias de preveno de condensaesObjectivo: manter a humidade do ambiente interior em nveis abaixo do respeitante condensao.Equao de conservao da massa de vapor (Mw):

Mwe

Mwi

wi w weMwe + Wp = Mwi (kgH2O/h)

Com Mw=wV vem:

wewi

pWV

=& V - Caudal de ar (m3/h) w - Humidade absoluta (kgH2O/m3)

Wp

LIM

VENTILAO: riscos de condensao IIIPara condies correntes o caudal ou nmero de renovaes requerido pode ser facilmente estimado por recurso a um baco simples.

(Kg/m3)3p 10V

W

&

VENTILAO NATURAL: princpios IRelao Caudal (V) - diferena de presso (p)

1 2 Energia por unidade de peso (m)

g2vpzH

211

11 ++=

g2vpzH

222

22 ++=

p - Presso esttica (Pa) v - Velocidade (m/s) =g - Peso especfico (N/m3)g - acelerao da gravidade (m/s2)A - rea (m2)p=p1-p2 (Pa)

Teorema de Bernoulli: H1=H2Conservao do caudal: A1v1= A2v2

A relao pretendida obtm-serecorrendo a:

Modelo hidrulico Escoamento atravs duma aberturaem contacto com meio semi-infinito

Meiosemi-infinito

VENTILAO NATURAL: princpios IITeorema de Bernoulli: H1=H2

Conservao do caudal: A1v1= A2v2

Com: z1=z2, p=p1-p2, =.g, vem

Na hiptese: A2

VENTILAO NATURAL: princpios IIINa deduo no foi contabilizada a perda de carga na abertura. A sua incluso faz-se atravs de um coeficiente Cd (coeficiente de descarga) que toma valores entre 0 e 1:

A diferena de presso pode ser causada por aco trmica ou por aco do vento, tomando a expresso acima formas diferentes para um e outro caso.

(m3/s) (1)

=p2ACV d&

VENTILAO NATURAL: princpios IV

Lei de variao da presso em altura

Equilbrio das foras na vertical

A integrao fornece:

z.g.

p

dzzpp

+

dx

dz =dx.dz

dz.dx.g.dx.dz.zppdx.p +

+= g.dzdp

=

dzd

z

Hiptese: constante em altura

z.g.pp 0 =

0

Lei de variao linearem altura

VENTILAO NATURAL: aco trmica ICaso de inexistncia de aberturasAdmitindo a lei de variao linear em altura para a presso hidrosttica:

No h lugar ocorrncia de caudal entre os ambientes interior e exterior.

z

pe(z)=p0e e g z

pi(z)=p0i i g z

p0e p0i

pe(z)

pi(z)

i , ie , e

VENTILAO NATURAL: aco trmica IICaso de existncia de 2 aberturas (iguais)A uma altura (z) a diferena de presses que se estabelece :Ao nvel das aberturas tem-se:

Para determinar introduz-se a condio de conservao do caudal (V1=V2), donde:

p(z)=pepi= p0e p0i (e i) g z

z

2

i , ie , e

p2

p11

z1

h

p1= p0e p0i (e i) g z1p2= p0e p0i (e i) g (z1+h)

(p0e p0i)

p2= p1

VENTILAO NATURAL: aco trmica III

Expresso Geral em funo das densidades

Introduzindo a condio p2= p1 na expresso de p2,obtm-se:

Substituindo p0e-p0i na equao de p1 (ou p2) e substituindo esta na expresso (1) do caudal, fica:

Esta expresso em funo das densidades no prtica, uma vez que as condies do problema aparecem normalmente em temperaturas.

A=A1=A2

( ) ( ) g.2/hz.pp 1iei0e0 +=

( )

=h.g..A.CV ied& ( ) 2/ie +=

VENTILAO NATURAL: aco trmica IVExpresso Geral em funo das temperaturasDa relao dos gases perfeitos, substituindo e=p/(RTe), e i=p/(RTi), na expresso anterior:

No caso de aberturas com reas diferentes:

A=A1=A2

T=(T1+T2)/2

( ) ( )( )

Thg

112ACV ei

2d

++

=& = A1/A2A = A1 + A2

( ) T.T.T

h.g.TT.A.CVei

eid

=& Como 2ei TT.T , vem:

( )T

hgACV eid

=&

VENTILAO NATURAL: aco do vento IAco do vento sobre os edifcios

A anlise dos caudais de ar atravs das aberturas da envolvente pressupe um estudo dos campos de presses originados pela incidncia do vento sobre o edifcio.

Estes campos traduzem-se em presses e suces (depresses) sobre as diferentes superfcies.

o desequilbrio de distribuies de presso que gera as foras que provocam os movimentos do ar atravs dos compartimentos do edifcio.

VENTILAO NATURAL: aco do vento IIAco do vento sobre os edifciosNo caso de uma forma paralelepipdica simples, quando o vento incide perpendicularmente a uma das faces, geram-se sobrepresses (+) sobre esta e depresses (-) na face oposta.

VENTILAO NATURAL: aco do vento IIICirculao no interior dos edifciosO fluxo de ar toma o caminho mais fcil, que aquele em que a diferena de presses mais elevada ou as resistncias sua passagem (perda de carga) so menores. Podem assim existir zonas em que o ar no circula.Os vos devem ser localizados em fachadas diferentes de forma a aproveitar a diferena de presses e aumentar a eficcia da ventilao.

VENTILAO NATURAL: aco do vento IVPresso dinmica do vento pd (Pa)Num ponto distante:

Sobre a parede:

Aplicando o teorema de Bernoulli, admitindo que no existem perdas (H=H0), tem-se, na parede:

hp0 p

g2vphH

20

0 ++=

+=

phH

d0 ppp += Presso dinmica2vp

2

d

=com

VENTILAO NATURAL: aco do vento VVelocidade do vento v (m/s)Para efeitos de velocidade do vento, o territrio nacional dividido em 2 zonas geogrficas:Zona A: todo o territrio excepto a zona BZona B: Ilhas, faixa litoral ( 5 km), zonas altas ( 600m)

Para cada zona geogrfica, a velocidade do vento depende ainda da rugosidade do terreno:Tipo I: interior de zonas urbanas (edifcios de certo porte);Tipo II: restantes locais: periferia e zonas rurais;Para a zona A e rugosidade tipo I: 1410

h18v28.0

+

= h altura doedifcio (m)

VENTILAO NATURAL: aco do vento VICoeficiente de presso pPara ter em conta a forma do edifcio e a direco do vento, a presso dinmica afectada dum factor p que obtido experimentalmente:

2vpp

2

P0

+=

h altura do edifcio a maior dimenso em planta b menor dimenso em planta

VENTILAO NATURAL: aco do vento VIICaso de 2 aberturas (iguais)

Abertura da fachada (f):

Abertura do tardoz (t):Conservao do caudal para Af=At

fachada

v

2vpp

2

Pf0f

+=

tardoz

2vpp

2

Pt0t

+=pi

i

2

Pf0f p)2vp(p +=

)2vp(pp

2

Pf0it

+=

pt= pf

VENTILAO NATURAL: aco do vento VIIIExpresso GeralFazendo pt= pf e resolvendo em ordem a p0-pi, obtm-se:

Substituindo p0-pi na equao de pf (ou pt) e substituindo esta na expresso (1) do caudal, fica:

Caso de mais aberturas e com reas diferentes:

ptpfd v2ACV =& A=Af=At

A1ptpfd vACV =&

243

221

2 )AA(1

)AA(1

A1

++

+= A2

A3

A4

( ) 4/v.pp ptpf2i0 +=

VENTILAO NATURAL: aco do vento IXEfeito combinado da aco do vento e trmicaNo caso do vento e diferena trmica actuarem em simultneo, o caudal gerado dado por:

Em que Vv e Vt so, respectivamente, os caudais gerados pelo vento e pela aco trmica em caso de actuao isolada.Aplica-se o sinal (+) quando a aco trmica tem um efeito aditivo (sentido do caudal igual ao gerado pelo vento), e o sinal (-) em caso contrrio.

2t

2v VVV &&& =