DEPARTAMENTO DE
ENGENHARIA MECÂNICA
AAVVAALLIIAAÇÇÃÃOO DDOOSS CCAAUUDDAAIISS DDEE AARR NNOOVVOO
GGAARRAANNTTIIDDOOSS PPOORR SSIISSTTEEMMAASS DDEE VVEENNTTIILLAAÇÇÃÃOO
NNAATTUURRAALL OOUU HHÍÍBBRRIIDDAA EEMM EEDDIIFFÍÍCCIIOOSS
EESSCCOOLLAARREESS
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
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.
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 CO2.
À colega Luísa Dias, pela gentileza e ajuda na realização das campanhas de
monitorização de CO2.
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.
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.
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.
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 ΔCp .................................................................................................................... 49
Anexo B - Outros resultados obtidos ................................................................................... 53 Anexo C - ClassVent ........................................................................................................... 57
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 CO2 e número de ocupantes na sala de
aula, no dia 11/2/2010. ........................................................................................................ 29
Figura 5.14 - Decaimento da concentração de CO2 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
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 CO2 e número de ocupantes na sala de
aula, no dia 26/5/2010. ........................................................................................................ 53
Figura 9.2 - Decaimento da concentração de CO2 no dia 26/5/2010. ................................. 53
Figura 9.3 - Evolução temporal da concentração de CO2 e número de ocupantes na sala de
aula, no dia 27/5/2010. ........................................................................................................ 55
Figura 9.4 - Decaimento da concentração de CO2 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
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
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
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).
Ventilação Natural em Escolas Capítulo 1 - INTRODUÇÃO
Edna de Jesus Moreno Cardoso 2
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 CO2. 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,
Ventilação Natural em Escolas Capítulo 1 - INTRODUÇÃO
Edna de Jesus Moreno Cardoso 3
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
Ventilação Natural em Escolas Capítulo 1 - INTRODUÇÃO
Edna de Jesus Moreno Cardoso 4
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 CO2 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.
Ventilação Natural em Escolas Capítulo 1 - INTRODUÇÃO
Edna de Jesus Moreno Cardoso 5
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.
Ventilação Natural em Escolas Capítulo 1 - INTRODUÇÃO
Edna de Jesus Moreno Cardoso 6
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).
Ventilação Natural em Escolas Capítulo 1 - INTRODUÇÃO
Edna de Jesus Moreno Cardoso 7
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.
Ventilação Natural em Escolas Capítulo 2 - ventilação
Edna de Jesus Moreno Cardoso 8
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.
Ventilação Natural em Escolas Capítulo 2 - ventilação
Edna de Jesus Moreno Cardoso 9
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.
Ventilação Natural em Escolas Capítulo 3 - Princípio de Ventilação Natural
Edna de Jesus Moreno Cardoso 10
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. Fonte: World Health Organization, 2009.
Ventilação Natural em Escolas Capítulo 3 - Princípio de Ventilação Natural
Edna de Jesus Moreno Cardoso 11
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.
Ventilação Natural em Escolas Capítulo 3 - Princípio de Ventilação Natural
Edna de Jesus Moreno Cardoso 12
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.
Fonte: World Health Organization, 2009.
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.
Ventilação Natural em Escolas Capítulo 4 - Modelos Simplificados de Simulação e Cálculo
Edna de Jesus Moreno Cardoso 13
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.
Ventilação Natural em Escolas Capítulo 4 - Modelos Simplificados de Simulação e Cálculo
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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.
Ventilação Natural em Escolas Capítulo 4 - Modelos Simplificados de Simulação e Cálculo
Edna de Jesus Moreno Cardoso 15
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.
Ventilação Natural em Escolas Capítulo 4 - Modelos Simplificados de Simulação e Cálculo
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Figura 4.3 - Janela de diálogo do programa Ventilação Natural: Ventilação simples.
Figura 4.4 - Janela de diálogo do programa Ventilação Natural: Ventilação cruzada.
Ventilação Natural em Escolas Capítulo 5 - Caso Prático
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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 m2 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 m2 em cada
uma das quatro janelas).
Figura 5.1 - A localização da sala, onde foram feitas as campanhas de medições.
Fonte: Bing, 2010.
Ventilação Natural em Escolas Capítulo 5 - Caso Prático
Edna de Jesus Moreno Cardoso 18
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
Ventilação Natural em Escolas Capítulo 5 - Caso Prático
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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/m3)
G, a geração de poluente no interior do compartimento (mg/h)
V, o volume da sala (m3)
λv, a taxa de renovação (h-1
), i.e., o caudal de ar novo a dividir pelo volume da
sala
Cext, a concentração do poluente no ar exterior (mg/m3)
νd, a taxa de deposição do poluente (mg/h)
S, a superfície de deposição (m2)
Qac, o caudal através do purificador de ar (m3/h)
εac, 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)
Ventilação Natural em Escolas Capítulo 5 - Caso Prático
Edna de Jesus Moreno Cardoso 20
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 GC C t
dt V
Que, integrada para uma situação em que V, G, Cext e Q se mantêm constantes,
desde um instante inicial t = 0, em que a concentração inicial C0 = Cext , até ao instante
genérico t, dará:
0( ) ( ) V tequi equiC t C C C e
A concentração de equilíbrio Cequi, 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 CG
V
Que, tendo em atenção que λv = Q/V, vem:
equi extC CG
Q
A equação 3 pode ser reescrita na seguinte forma:
t
equi
equie
CC
C)t(C
0
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
Ventilação Natural em Escolas Capítulo 5 - Caso Prático
Edna de Jesus Moreno Cardoso 21
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:
tCC
C)t(Cln
equi
equi
0
Que poderá tomar a seguinte forma:
tCClnC)t(Cln equiequi 0
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)
Ventilação Natural em Escolas Capítulo 5 - Caso Prático
Edna de Jesus Moreno Cardoso 22
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 m3/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
Áre
a d
e in
filt
raçã
o [m
2]
Diferença da temperatura (Ti - Te) [°C]
ClassVent - Q = 8 l/s/pessoa
Vent. Natural - Q = 8 l/s/pessoa
Ventilação Natural em Escolas Capítulo 5 - Caso Prático
Edna de Jesus Moreno Cardoso 23
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 = 0,21m3/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
Áre
a d
e in
filt
raçã
o [m
2]
Velocidade do vento [m/s]
ClassVent - Q = 8 l/s/pessoa
Vent. Natural - Q = 8 l/s/pessoa
Ventilação Natural em Escolas Capítulo 5 - Caso Prático
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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
Áre
a d
e in
filt
raçã
o [m
2 ]
Diferença da temperatura (Ti - Te) [°C]
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
Áre
a d
e in
filt
raçã
o [m
2]
Diferença da temperatura (Ti - Te) [°C]
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
Ventilação Natural em Escolas Capítulo 5 - Caso Prático
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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
Áre
a d
e in
filt
raçã
o [m
2 ]
Velocidade do vento [m/s]
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
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
Áre
a d
e In
filt
raçã
o [
m2]
Diferença de Temperatura (Ti -Te) [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
Ventilação Natural em Escolas Capítulo 5 - Caso Prático
Edna de Jesus Moreno Cardoso 26
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 CO2. 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.
Ventilação Natural em Escolas Capítulo 5 - Caso Prático
Edna de Jesus Moreno Cardoso 27
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.
Ventilação Natural em Escolas Capítulo 5 - Caso Prático
Edna de Jesus Moreno Cardoso 28
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 CO2, 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 CO2.
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.
Ventilação Natural em Escolas Capítulo 5 - Caso Prático
Edna de Jesus Moreno Cardoso 29
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
ocu
pan
tes
Co
nce
ntr
ação
de
CO
2 [p
pm
]
Tempo [h]
Concentração de CO2
Número de ocupantes
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
Co
nce
ntr
ação
de
CO
2 [p
pm
]
Tempo [h]
Concentração de CO2
1
5
4
3
26
Ventilação Natural em Escolas Capítulo 5 - Caso Prático
Edna de Jesus Moreno Cardoso 30
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 CO2 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 CO2 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 CO2, usa-se
seguidamente a fase 3 do gráfico da figura 5.14.
Ventilação Natural em Escolas Capítulo 5 - Caso Prático
Edna de Jesus Moreno Cardoso 31
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 CO2 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 -
Ce
xt) [
pp
m]
Tempo [h]
Concentração de CO2
Exponencial (Concentração de CO2)
y = -1,8078x + 6,5418R² = 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
-C
ext
) [p
pm
]
Tempo [h]
Concentração de CO2
Linear (Concentração de CO2)
Ventilação Natural em Escolas Capítulo 5 - Caso Prático
Edna de Jesus Moreno Cardoso 32
Fez-se um ajustamento através de uma equação exponencial equação (3), no
período das 10:10 às 12:00 horas no dia 11/2/2010, tendo-se obtido:
Onde, conforme referido anteriormente, a taxa de renovação de ar novo na sala
corresponde ao simétrico do expoente da equação: h-1
Atendendo a que a taxa de renovação é a relação entre o caudal de ar novo e o
volume da sala, virá:
Como a sala tinha 25 ocupantes, o caudal por ocupante vem:
Sendo o caudal por lugar da sala:
Na tabela seguinte, apresentam-se os resultados obtidos através da aplicação do
método anteriormente descrito ao conjunto das situações identificadas no gráfico da figura
5.14.
Tabela 5.3 - Taxas de renovação e caudais para os períodos de decaimento do dia 11/2/2010.
Índice λ [h-1
] QTotal
[m3
/h]
Q/Ocupante
[m3
/h/pessoa]
Q/Lugar
[m3
/h/lugar]
Observação
1 0,5 72,2 8,0 2,5 Infiltração da sala
2 1,6 229,6 9,2 7,9 Ventilação Cruzada
3 1,8 259,1 10,4 8,9 Ventilação Simples
4 2,2 319,0 12,8 11,0 Ventilação Simples
5 1,8 251,0 10,0 8,7 Ventilação Simples
Ventilação Natural em Escolas Capítulo 5 - Caso Prático
Edna de Jesus Moreno Cardoso 33
Por uma questão de economia do texto dedicado à dissertação, os gráficos
correspondentes as evoluções temporais das concentrações de CO2 nos outros dois dias
monitorizados (26 e 27 de Maio de 2010) apresentam-se no anexo B, sendo aqui
apresentadas somente as tabelas com os resultados finais.
Tabela 5.4 - Taxas de renovação e caudais para os períodos de decaimento do dia 26/5/2010.
Índice λ [h-1
] QTotal
[m3
/h]
Q/Ocupante
[m3
/h/pessoa]
Q/Lugar
[m3
/h/lugar]
Observação
1 7,5 1076 43,1 37,1 Ventilação Simples
2 10,1 1446 57,9 49,9 Ventilação Cruzada
3 7,9 1125,4 41,7 38,8 Ventilação Simples
4 2,5 363,2 14,0 12,5 Ventilação Simples
5 10,8 1541,9 61,7 53,2 Ventilação Cruzada
6 0,3 36,2 1,4 1,3 Ventilação Cruzada
7 8,2 1169,7 45,0 40,3 Ventilação Simples
8 0,4 51,4 2,0 1,8 Infiltração da sala
Tabela 5.5 - Taxas de renovação e caudais para os períodos de decaimento do dia 27/5/2010.
Índice λ [h-1
] QTotal
[m3
/h]
Q/Ocupante
[m3
/h/pessoa]
Q/Lugar
[m3
/h/lugar]
Observação
1 5,4 774, 30,9 26,7 Ventilação Cruzada
2 6,8 976 39,0 33,6 Ventilação simples
3 6,5 929 37,1 32,0 Ventilação Cruzada
4 2,4 338 13,0 11,6 Ventilação Cruzada
5 0,7 93 3,6 3,2 Infiltração da sala
Comparação com os resultados obtidos com o programa Ventilação
Natural
Para fazer a validação do programa, fizeram-se os cálculos dos caudais de ar
para as mesmas condições da sala de aulas que foi monitorizada nos ensaios experimentais,
com o programa Ventilação Natural. A comparação dos valores obtidos na avaliação da
contribuição da ventilação natural simples com efeito da diferença de temperatura,
permitiu obter uma boa correlação, como se pode ver na tabela 5.6.
Ventilação Natural em Escolas Capítulo 5 - Caso Prático
Edna de Jesus Moreno Cardoso 34
Segue, a título de exemplo a obtenção da taxa de renovação de ar novo nos
períodos das 8:53 às 9:05 do dia 26/5/2010 (índice 1 da tabela 5.4), em que a sala esteve
ocupada por 25 pessoas, com uma janela aberta (50% da área total). Na tabela seguinte,
apresentam-se os dados de entrada utilizados para estimar o caudal de ar novo, com o
programa de simulação Ventilação Natural, através da ventilação natural simples com
efeito do vento e efeito da diferença da temperatura com uma abertura.
onde
Ti é temperatura no interior da sala (medida com o aparelho PS32)
Te é temperatura exterior e V é a velocidade do vento (dados obtidos a partir da
estação meteorológica da ADAI)
O valor de Cd foi estimado a partir do programa, para o caudal real de
1076 m3/h (0,3 m
3/s), obtendo assim uma área de infiltração de 1m
2.
O caudal obtido a partir da ventilação natural simples (unilateral) com efeito do
vento:
Com este caudal vê-se claramente que a ventilação natural se deveu
principalmente ao efeito da diferença de temperatura (efeito de chaminé), uma vez que a
velocidade é menos predominante.
Tabela 5.6 - Taxa de renovação e caudal calculados a partir do programa Ventilação Natural.
Índice λ [h-1
] QTotal
[m3
/h]
Q/Ocupante
[m3
/h/pessoa]
Q/Lugar
[m3
/h/lugar]
Observação
1 7,5 1080 43,2 37,2 Ventilação Simples
(Efeito da ΔT)
Segue-se um outro exemplo, a obtenção de caudal de ar novo através da
ventilação cruzada no período das 10:59 às 11:10 horas do dia 26-05-2010 (índice 2 da
tabela 5.4), onde a sala esteve ocupada por 25 pessoas, com duas janelas abertas e a porta
Ti [°C] Te [°C] V [m/s] A [m2] H [m] Cd
21 25 0,3 1 1,28 0,61
Ventilação Natural em Escolas Capítulo 5 - Caso Prático
Edna de Jesus Moreno Cardoso 35
aberta. Na tabela seguinte, apresentam-se os dados de entrada do programa Ventilação
Natural para o caso da ventilação cruzada com efeito conjugado do vento e da diferença da
temperatura.
Tabela 5.7 - Taxas de renovação e caudal calculados a partir do programa Ventilação Natural.
Índice λ [h-1
] QTotal
[m3
/h]
Q/Ocupante
[m3
/h/pessoa]
Q/Lugar
[m3
/h/lugar] Observação
2 10,4 1495 59,8 51,6 Ventilação cruzada
(Efeito da ΔT predominante)
Para a situação da ventilação natural simples (promovida pela abertura da porta
da sala), não se fizeram simulações, uma vez que, durante os ensaios experimentais, não
foi possível, nesta fase, monitorizar todas as grandezas necessárias nomeadamente a
temperatura e a velocidade do ar do corredor em contacto com a sala de aula.
Ti [°C] Te [°C] V [m/s] A1 = A2
[m2] A3 = A4 [m
2] Α [°] H [m] Cd
22 25 1,7 1 0,87 45 0,52 0,42
Ventilação Natural em Escolas Capítulo 6 - Conclusões
Edna de Jesus Moreno Cardoso 36
6. CONCLUSÕES
Com este trabalho pretendeu-se avaliar os caudais de ar novo que é possível
conseguir através da ventilação natural (simples e cruzada) em edifícios escolares. Esta
avaliação foi feita através de caso prático (monitorização das concentrações de CO2 na
sala 11 da Escola Básica 2/3 Martim de Freitas situada na freguesia de Santo António dos
Olivais, junto aos HUC, Hospitais da Universidade de Coimbra) em Coimbra, e através de
simulações efectuadas com dois programas de cálculo simplificado: a ferramenta
ClassVent e o programa Ventilação Natural (desenvolvido pela autora).
Conclui-se que é possível obter valores razoáveis da taxa de renovação de ar,
mesmo com velocidades de vento moderadas e diferenças de temperatura entre o exterior e
o interior não muito elevadas. Para os casos de ventilação simples, os valores típicos
alcançados no período de inverno são da ordem de 10 -13 m3/hora/pessoa, conseguindo-se
nas situações de ventilação simples e de ventilação cruzada, no período de verão, caudais
de ar novo que excedem o mínimo regulamentar actualmente em vigor (30
m3/hora/pessoa). As situações de ventilação cruzada, no caso estudado, exigem contudo a
abertura simultânea das janelas e da porta da sala.
Obtiveram-se boas correlações entre os valores resultantes da utilização do
programa de cálculo VN e as medições experimentais, para os casos da ventilação natural
simples com uma abertura (promovida apenas pela abertura das janelas (localizadas na
fachada directamente exposta ao vento) e ventilação cruzada com efeito do vento e efeito
da diferença de temperatura.
Para a situação da ventilação natural simples (promovida pela abertura da porta
da sala), não se fizeram simulações, uma vez que, durante os ensaios experimentais, não
foi possível, nesta fase, monitorizar todas as grandezas necessárias nomeadamente a
temperatura e a velocidade do ar do corredor em contacto com a sala de aula.
Foram calculadas as áreas necessárias de infiltração, para garantir um caudal de
8 l/s/pessoa (30 m3/h/pessoa), em função da diferença de temperatura e da velocidade do
Ventilação Natural em Escolas Capítulo 6 - Conclusões
Edna de Jesus Moreno Cardoso 37
vento, através do programa ClassVent, tendo sido obtidos resultados que se aproximaram
adequadamente dos valores obtidos através do programa Ventilação Natural.
O programa Ventilação Natural, para além calcular os caudais de ar novo numa
sala, permite estimar o valor do coeficiente de descarga e o efeito predominante (efeito do
vento ou da diferença de temperatura).
Para o caso da ventilação simples estima quer os caudais de ar novo, quer as
áreas das aberturas nas fachadas.
Ventilação Natural em Escolas Referências Bibliográficas
Edna de Jesus Moreno Cardoso 38
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ALLARD, F. (Ed.), (1996). “Passive Cooling of Buildings”, in James & James (Science
Publisher) Ltd, London, UK.
Awbi, Hazim (2003). “Ventilation of Buildings”, 2nd Edition. Spon Press.
Bing, (2010). “Mapa da Escola do Ensino Básico 2/3 Martim de Freitas”, acedido em
Junho de 2010, em:
http://www.worldmapfinder.com/Map_BingMap.php?ID=/Pt/Europe/Portugal/Coi
mbra.
Building Bulletin 101 – “Ventilation of School Buildings” Version 1.4 – 5th July 2006.
Conselho Europeu (2007).”Política Energética” Extracto do texto de conclusões da
Presidência – Bruxelas, 8/9 de Março de 2007.
CE – Comissão Europeia, (2010). “Eficiência Energética em Edifícios”, acedido em 2 de
Maio de 2010, em :
http://ec.europa.eu/energy/efficiency/buildings/buildings_en.htm.
CENTRE TECHNIQUE DES INDUSTRIES AÉRAULIQUES ET THERMIQUES,
(2001), “Ventilation dans les ecoles” - Guide conception.
Department for Children, Schools and Families, “Teachernet - 8505 Class Vent Vers
0702”, acedido em Fevereiro de 2010, em:
http://www.teachernet.gov.uk/docbank/index.cfm?id=9955.
DGEG – Direcção Geral de Energia e Geologia (2007), “Politicas Energética”, acedido
em Março de 2010, em http://www.dgge.pt/.
Digital Ham, (2005-2010).”Watson W-8681”, acedido em Junho de 2010, em:
http://www.digitalham.co.uk/equipment/Watson_W8681.php.
Entidade Reguladora dos Serviços Energéticos (2009), “Plano de Promoção de Eficiência
no Consumo de Energia Eléctrica”. Acedido em 20 de Março de 2010, em:
http://www.erse.pt/pt/eea/planodepromocaodaeficiencianoconsumoppec/Paginas/d
efault.aspx.
ERSE Entidade Reguladora dos Serviços Energéticos (2009), Acedido em Março de 2010
em: http://www.erse.pt/PT/AERSE/Paginas/default.aspx.
Gameiro, M. (2008). “Medições de Concentração de Gases”. Cursos SCE na FCTUC,
Módulo RSECE – Qualidade do Ar Interior, secção 3.4. Faculdade de Ciências e
Tecnologias da Universidade de Coimbra, Portugal.
Jim Easterbrook, (2010). “Weather station”, acedido em Junho de 2010, em:
http://www.jim-easterbrook.me.uk/weather/.
LIDDAMENT, MARTIN W (March, 1996).”A Guide to Energy Efficient Ventilation”.
Ventilação Natural em Escolas Referências Bibliográficas
Edna de Jesus Moreno Cardoso 39
IEA Energy Conservation in Building & Community Systems Programme.
Nota Técnica NT-SCE-02, “Metodologia para auditorias periódicas de QAI em edifícios
de serviços existentes no âmbito do RSECE” (versão provisória, Agência para
Energia – ADENE, 2009.
RCCTE (Decreto-Lei nº80/2006), “Regulamento das Características de Comportamento
Térmico dos Edifícios”.
SANTAMAURIS, M & ASIMAKOPOLOUS “Natural ventilation in buildings: a design
handbook”, in: James & James (Science Publisher) Ltd, London, UK. pp 65, 91-
92.
Sensotron, “Indoor Air Quality Monitor” acedido em Junho de 2010, em:
http://www.sensotron.pl/e_iaqm.htm.
WHO PUBLICATION/GUIDELINES (2009).”Natural Ventilation for Infection Control
in Health”.
Ventilação Natural em Escolas Anexo A
Edna de Jesus Moreno Cardoso 40
8. ANEXO A - MANUAL DE UTILIZAÇÃO DO PROGRAMA VENTILAÇÃO NATURAL
O programa Ventilação Natural é um modelo de cálculo simplificado
elaborado 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 pela British Standards method (ver Santamouris, M. et al.,
1998). Permite a realização de cálculos para duas situações diferentes:
- ventilação simples, que ocorre quando o ar é admitido e expelido do
compartimento pela mesma parede;
- ventilação cruzada, que corresponde à situação em que o escoamento é
admitido por um dos lados e “cruza “ o compartimento, para ser expelido pelo lado oposto;
O Programa permite calcular quer o caudal de ar novo quer a área das aberturas
nas fachadas, podendo ser utilizado para diferentes configurações, conforme o tipo de
ventilação e os efeitos que estão na sua origem. Nas duas tabelas seguintes, apresentam-se
as diferentes situações contempladas no programa.
Ventilação natural – renovação do ar interior por ar novo atmosférico exterior
recorrendo apenas a aberturas na envolvente com área adequada, auto-controladas ou
regulação manual e aos mecanismos naturais do vento e das diferenças. Para uma
determinada configuração de abertura, a taxa de ventilação natural varia de acordo com os
efeitos de indução, o vento e/ou a diferença de temperaturas interior / exterior.
Ventilação Natural em Escolas Anexo A
Edna de Jesus Moreno Cardoso 41
Tabela 8.1 - Ventilação simples.
Ventilação Natural em Escolas Anexo A
Edna de Jesus Moreno Cardoso 42
Tabela 8.2 - Ventilação cruzada.
Ventilação Natural em Escolas Anexo A
Edna de Jesus Moreno Cardoso 43
Figura 8.1 - Janela de diálogo do programa Ventilação Natural: Ventilação simples.
Figura 8.2 - Janela de diálogo do programa Ventilação Natural: Ventilação cruzada.
Ventilação Natural em Escolas Anexo A
Edna de Jesus Moreno Cardoso 44
8.1. Utilização do Programa
O programa “Ventilação Natural” um software de simples utilização,
desenvolvido em linguagem Visual Basic 2008, cujos dados de entrada são os seguintes:
– Área da abertura na fachada do edifício;
– Velocidade do vento;
– Coeficiente de descarga da abertura;
– Diferença de cota entre os pontos médios da abertura;
– Aceleração da gravidade;
– Temperatura do ar interior;
– Temperatura do ar exterior;
– Diferença dos coeficientes de pressão;
O coeficiente de descarga representa a maior ou menor facilidade com que o
escoamento se dá através da abertura. É uma função da diferença de temperaturas, da
velocidade do vento, das dimensões, da geometria e do processo construtivo da abertura.
O coeficiente adimensional de pressão é um parâmetro utilizado no programa
para caracterizar a distribuição superficial de pressão em cada fachada. Representa a forma
como localmente a distribuição devida ao vento dominante é alterada pela influência de
obstruções e acidentes geométricos. O seu valor muda de acordo com a direcção do vento,
a orientação da superfície de construção e da topografia e a rugosidade do terreno na
direcção do vento.
Ventilação Natural em Escolas Anexo A
Edna de Jesus Moreno Cardoso 45
8.2. Principais elementos da interface gráfica
Os botões ComboBox permitem fazer uma selecção entre uma lista de valores possíveis,
ou, em alguns casos, alterar o próprio valor já seleccionado.
Os Botões OptionButton permitem fazer uma escolha entre várias.
O Radiobutton aparece activado por defeito, e é desactivado quando for efectuado o
cálculo da área (quanto estiver a introduzir o valor do caudal para calcular a área, logo o
botão Calcular área fica activado).
8.3. Interface gráfica do programa
Figura 8.3 - Janela de diálogo do programa Ventilação Natural: Manual de utilização.
O programa Ventilação Natural
tem incorporado o seu manual
de utilização, apresenta um
ficheiro em pdf, no campo
“Ajuda” - Manual de Utilização.
Ventilação Natural em Escolas Anexo A
Edna de Jesus Moreno Cardoso 46
Figura 8.4 - Janela de diálogo do programa Ventilação Natural: Ventilação simples com efeito do vento.
Cálculo do Caudal de Ar Novo.
Figura 8.5 - Janela de diálogo do programa Ventilação Natural: Ventilação simples com efeito do vento.
Cálculo da Área de Abertura na Fachada.
Parâmetros de entrada:
Q, V
Parâmetros de saída:
A
Parâmetros de entrada:
A, V
Parâmetros de saída:
Q
Ventilação Natural em Escolas Anexo A
Edna de Jesus Moreno Cardoso 47
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.
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.
Parâmetros de entrada:
A1, A2, H1, Ti, Te, Cd
Parâmetros de saída:
Q,
Parâmetros de entrada:
Q, , H1, Ti, Te, Cd
Parâmetros de saída:
A1, A2
Ventilação Natural em Escolas Anexo A
Edna de Jesus Moreno Cardoso 48
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.
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.
Parâmetros de entrada:
A, H2, Ti, Te, Cd
Parâmetros de saída:
Q
Parâmetros de entrada:
Q, H2, Ti, Te, Cd
Parâmetros de saída:
A
Ventilação Natural em Escolas Anexo A
Edna de Jesus Moreno Cardoso 49
Figura 8.10 - Janela de diálogo do programa Ventilação Natural: Ventilação cruzada com efeito do vento.
Cálculo do Caudal de Ar Novo.
8.3.1. Cálculo do ΔCp
Parâmetros de entrada:
V, Cd, ΔCp, A1, A2,A3, A4,H2
Parâmetros de saída:
Q
O valor da diferença dos
coeficientes de pressão pode
ser introduzido pelo utilizador
no campo ΔCp ou pode ser
calculado a partir do campo
Geometria da sala.
Introduzidos os parâmetros de
entrada:
V, Cd, A1, A2,A3, A4,H2
No campo Geometria da sala,
escolher Tipo de parede
(Normal, Curta ou longa) e
Tipo de exposição (Exposto,
Semi-exposto ou Protegido)
de seguida apresentará os
valores dos coeficientes de
pressão na DataGridView (ver
na figura 8.11).
Ventilação Natural em Escolas Anexo A
Edna de Jesus Moreno Cardoso 50
Figura 8.11 - Cálculo do coeficiente de pressão através da DataGridView.
Os valores dos coeficientes de pressão são lidos a partir de um ficheiro de texto
(ver na figura 8.12), que deverá estar na directoria “c:\Coeficiente de Pressão” (contém três
ficheiros de texto para cada relação de aspecto da fachada, tendo em conta a razão entre o
comprimento e a altura, que ser considerado como 1:1, 1:2 e 2:1 a que correspondem
respectivamente os ficheiros auxiliares “Parede normal.txt”, “Parede curta.txt”, e “Parede
longa.txt”).É também tida em conta a exposição do edifício ao vento, sendo consideradas
as situações em que o mesmo está em campo aberto (exposto), semi-exposto ou protegido.
Finalmente, para calcular o caudal de ar novo (Q [m3/s]), o utilizador escolhe a direcção do
vento. Também aparecem os valores de coeficiente de pressão nos campos Cp1 e Cp2
respectivamente e obtém-se assim a diferença de pressão no campo ΔCp (ver na figura
8.13).
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.
Ventilação Natural em Escolas Anexo A
Edna de Jesus Moreno Cardoso 51
Figura 8.13 - Cálculo da diferença do coeficiente de pressão e caudal do ar novo.
Figura 8.14 - Janela de diálogo do programa Ventilação Natural: Ventilação cruzada com efeito da diferença da temperatura. Cálculo do Caudal de Ar Novo.
Parâmetros de entrada:
Cd , Ti, Te, A1, A2,A3, A4,H1
Parâmetros de saída:
Q
Ventilação Natural em Escolas Anexo A
Edna de Jesus Moreno Cardoso 52
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.
Parâmetros de entrada:
Cd , Ti, Te, A1, A2,A3, A4,H, ΔCp
Parâmetros de saída:
Q, Efeito predominante
No TextBox aparecerá qual é o efeito predominante:
Se
o efeito da diferença da
temperatura é predominante, caso contrário o efeito do vento é
predominante.
Ventilação Natural em Escolas Anexo B – Outros resultados obtidos
Edna de Jesus Moreno Cardoso 53
9. ANEXO B – OUTROS RESULTADOS OBTIDOS
Figura 9.1 - Evolução temporal da concentração de CO2 e número de ocupantes na sala de aula, no dia
26/5/2010.
Figura 9.2 - Decaimento da concentração de CO2 no dia 26/5/2010.
1 – Ventilação simples (8:54 às 9:04 horas), a sala estava ocupada por 25
alunos e com a porta aberta (mudança de professor).
0
4
8
12
16
20
24
28
32
36
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
nº
de
ocu
pan
tes
Co
nce
ntr
ação
de
CO
2 [p
pm
]
Tempo [h]
Concentração de CO2
Número de ocupantes
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
Co
nce
ntr
ação
de
CO
2 [p
pm
]
Tempo [h]
Concentração de CO2
1 2
3
4
5
6
78
Ventilação Natural em Escolas Anexo B – Outros resultados obtidos
Edna de Jesus Moreno Cardoso 54
2 - Ventilação cruzada (10:59 às 11:10 horas), a sala esteve desocupada com a
porta e duas janelas abertas.
3 – Ventilação simples (11:44 às 11:50 horas), a sala estava ocupada com 27
pessoas e com duas janelas abertas.
4 - Ventilação simples (12:09 às 12:30 horas), a sala estava ocupada com 26
pessoas e com três janelas abertas, mas com os estores fechados, daí um valor baixo
renovação de ar novo.
5 – Ventilação cruzada (13:34 às 13:38 horas), sala desocupada com a porta e
uma janela aberta.
6 – Ventilação cruzada (13:47 às 14:39 horas), sala desocupada com porta e
janelas fechadas.
7 – Ventilação simples (14:53 às14:58 horas), sala desocupada e com a porta
aberta (limpeza da sala).
8 - Infiltração da sala (15:19 às 15:59 horas), sala desocupada com porta e
janelas fechadas.
Tabela 9.1 - Taxas de renovação e caudais para os períodos de decaimento do dia 26/5/2010.
Índice λ [h-1
] QTotal
[m3
/h]
Q/Ocupante
[m3
/h/pessoa]
Q/Lugar
[m3
/h/lugar]
Observação
1 7,5 1076 43,1 37,1 Ventilação Simples
2 10,1 1446 57,9 49,9 Ventilação Cruzada
3 7,9 1125,4 41,7 38,8 Ventilação Simples
4 2,5 363,2 14,0 12,5 Ventilação Simples
5 10,8 1541,9 61,7 53,2 Ventilação Cruzada
6 0,3 36,2 1,4 1,3 Ventilação Cruzada
7 8,2 1169,7 45,0 40,3 Ventilação Simples
8 0,4 51,4 2,0 1,8 Infiltração da sala
Ventilação Natural em Escolas Anexo B – Outros resultados obtidos
Edna de Jesus Moreno Cardoso 55
Figura 9.3 - Evolução temporal da concentração de CO2 e número de ocupantes na sala de aula, no dia
27/5/2010.
Figura 9.4 - Decaimento da concentração de CO2 no dia 27/5/2010.
1 – Ventilação cruzada (9:21 às 9:37 horas), sala estava ocupada por 26
pessoas com porta e duas janelas abertas.
2 - Ventilação simples (11:53 às 12:02 horas), sala desocupada com a porta
aberta.
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
Co
nce
ntr
ação
de
CO
2 [p
pm
]
Tempo [h]
Concentração de CO2
1
2
3
4
5
Ventilação Natural em Escolas Anexo B – Outros resultados obtidos
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3 – Ventilação cruzada (12:15 às 12:18 horas), sala estava ocupada por 26
pessoas com a porta e duas janelas abertas.
4 – Ventilação cruzada (15:17 às 15:50 horas), sala desocupada com a porta e
uma janela aberta.
5 – Infiltração da sala (18:17 às 21:50 horas), sala desocupada com porta e
janelas fechadas.
Tabela 9.2 - Taxas de renovação e caudais para os períodos de decaimento do dia 27/5/2010.
Índice λ [h-1
] QTotal
[m3
/h]
Q/Ocupante
[m3
/h/pessoa]
Q/Lugar
[m3
/h/lugar]
Observação
1 5,4 774, 30,9 26,7 Ventilação Cruzada
2 6,8 976 39,0 33,6 Ventilação simples
3 6,5 929 37,1 32,0 Ventilação Cruzada
4 2,4 338 13,0 11,6 Ventilação Cruzada
5 0,7 93 3,6 3,2 Infiltração da sala
Ventilação Natural em Escolas Anexo C – ClassVent
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10. ANEXO C – CLASSVENT
Figura 10.1 - Ventilação unilateral com uma abertura na fachada do edifício.
Figura 10.2 - Ventilação unilateral com duas aberturas a cotas diferentes.
Ventilação Natural em Escolas Anexo C – ClassVent
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Figura 10.3 - Ventilação cruzada.
Figura 10.4 - Efeito de chaminé com vários corredores.
Ventilação Natural em Escolas Anexo C – ClassVent
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Figura 10.5 - Ventiladores passivos.