Casos de Estudo: CFD

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1 Casos de Estudo: CFD Ventilação - Escola em Lisboa Mário Neves Dono de Obra Câmara Municipal de Lisboa Projeto de Arquitetura Arquiteta Ana Lúcia Barbosa Outubro

2 1. Contexto Adaptação parcial de um edifício, classificado, em Lisboa para acomodação de uma Escola (Imagens Google Earth) Implementação de uma estratégia de Ventilação Híbrida da Baixa 2

3 2. Estratégia de Ventilação Extracção através de sistema dedicado a cada espaço, composto por grelhas com condutas até à cobertura, onde serão inseridos ventiladores. O Sistema disporá de variação de velocidade com controlo de CO 2 por sonda ambiente Em geral será adoptada uma solução de ventilação híbrida para as Salas de Actividades do infantário (piso 1), Refeitório do (piso 2) e para as Salas de Aula (piso 3) Dado tratar-se de um edifício classificado a única possibilidade prática é a admissão de ar natural através de grelhas na fachada Em cada espaço será adoptado o critério: 28 m3/h.ocupante, com uma ocupação, máxima de 25 crianças e 1 adulto 3

4 3. Objectivos 1. Estimativa dos caudais de ar que irão ser admitidos, de forma natural, nos espaços da escola através de grelhas instaladas na fachada e através da abertura parcial dos vãos envidraçados 2. Avaliação das taxas de ventilação resultantes 3. Avaliação do conforto dos ocupantes 4

5 4. Metodologia Adoptada Processo 3 etapas Definição de um conjunto de coeficientes de pressão 1- CFD Exterior 2 - Simulação Dinâmica Definição de caudais de ar Definição de Condições fronteira Verificação da distribuição do ar no interior dos espaços. 3 - CFD Interior 5

6 4. Metodologia Adoptada Tratamento de Dados Período 1 Janeiro até Março Período 2 Abril até Maio Período 3 Junho até Julho Período 4 Outubro até Dezembro Aquecimento activado (20ºC) Janelas fechadas Grelhas abertas Aquecimento desactivado Janelas abertas (15% e 30% - área) Grelhas abertas Aquecimento desactivado Janelas abertas (15% e 30% - área) Grelhas abertas Aquecimento activado (20ºC) Janelas fechadas Grelhas abertas 6

7 4. Metodologia Adoptada Cenários Considerados Cenário 1 Ventilação Natural (componente eólica 0%) Cenário 2 Ventilação Natural (componente eólica 50%) Cenário 3 Ventilação Natural (componente eólica 100%) Cenário 4 Ventilação 100% mecânica Resultados distribuídos em intervalos (Bins) 7

8 5. CFD Exterior Dados Climáticos Rótulos de Linha Média de Velocidade (m/s) Máx de Velocidade (m/s) DesvPad de Velocidade (m/s) Contagem (horas) E N NE NW W Total Geral (Gráficos de informação climática) Obtidos a partir do ficheiro - Lisboa (formato epw) Dados filtrados para todos os dias de calendário e período das 08:00 até 20:00, excluindo valores nulos. 8

9 5. CFD Exterior Modelo Simplificado (Imagem - Ventilação Natural de Edifícios Ferrando Silva) De forma a balizar o efeito da componente eólica, em virtude da simplificação do modelo geométrico, para a estimativa das taxas de ventilação serão efectuadas três simulações dinâmicas (Cenários) para cada período com factores de redução de vento diferentes, respectivamente: 0%_V - Componente eólica não considerada 50%_V - Componente eólica considerada com 50% de redução 100%_V- Componente eólica considerada sem redução 9

10 5. CFD Exterior Metodologia N Realização de 8 CFDs exteriores com incrementos na direcção do vento de 45º Velocidade em campo aberto de 5 m/s Recolha da variação da pressão por cada ponto W NW NE E Cobertura SW SE Sala P Sala A Ref S (Plantas dos CFD Exteriores - Velocidade) CFDs realizados com o MicroFlow (IES VE ) (Fachada do Edifício) 10

11 5. CFD Exterior Coeficientes de Pressão (Cp) ( ) Sala A Ref. SalaP Cobertura (Tabela resumo dos CP utilizados na simulação dinâmica) 11

12 6. Simulação Dinâmica Modelo Geométrico 12

13 6. Simulação Dinâmica Condições Consideradas Ocupação Iluminação Equipamento Infiltrações Perfil diário de ocupação de acordo com o Anexo XV do RSECE para estabelecimentos de ensino Taxa metabólica de acordo com ASHRAE Fundamentals 2009, capitulo 18, Tabela 1 Perfil diário de iluminação de acordo com o Anexo XV do RSECE para estabelecimentos de ensino Densidade 10 W/m2 Controlo através de sensor de iluminação lux Perfil diário de equipamento de acordo com o Anexo XV do RSECE para estabelecimentos de ensino Densidade 5 W/m2 Infiltrações através da envolvente opaca não consideradas neste estudo Considerado que todos os dias de calendário, correspondem a dias de semana. 13

14 6. Simulação Dinâmica Metodologia Realização no total de 22 simulações dinâmicas: Período 1 e 4 o 3 - Simulações com diferentes factores de redução do vento o 1 - Simulação para 100% de ventilação mecânica (vãos fechados) Períodos 2 e 3 o 3 - Simulações com diferentes factores de redução do vento e vãos com uma área de abertura de 15 % o 3 - Simulações com diferentes factores de redução do vento e vãos com uma área de abertura de 30 % o 1 - Simulação para 100% de ventilação mecânica (vãos fechados) Obtenção de caudais de ar, temperaturas das superfícies interiores, ganhos internos e perdas ou ganhos através dos vãos envidraçados Só serão apresentados os resultados detalhados para a Sala A Simulações Dinâmicas realizadas com o DesignBuilder V (Figura da Sala A) 14

15 6. Simulação Dinâmica Exemplo: Sala A Período 1 0%_V 15

16 6. Simulação Dinâmica Exemplo: Sala A Período 1 100%_V 16

17 6. Simulação Dinâmica Exemplo: Sala A Período 1 100%_V (Temperatura interior e exterior de uma parede) (Caudal de ar através de uma grelha) 17

18 7. CFD Interior Modelo Geométrico Sala A (Planta da Sala A) (Pormenor da abertura de admissão do ar e radiador) CFDs realizados com o MicroFlow (IES VE ) 18

19 7. CFD Interior Exemplo: Sala A Velocidade do ar Período 1 0%_V Período 1 100%_Mecânico 19

20 7. CFD Interior Exemplo: Sala A Idade do ar Período 1 0%_V Período 1 100%_Mecânico 20

21 8. Resultados 21

22 8. Resultados 22

23 9. Conclusões ASHRAE Anexo C Cs = Co + N V Cs Concentração de CO 2 no espaço em regime permanente Co Concentração de CO 2 no exterior N Emissão de CO 2 pelos ocupantes V Ar novo admitido NT-SCE-02 - Quadro (mg/m3) 23

24 9. Conclusões Taxas de Ventilação Insuficientes Ventilação Mecânica 24

25 9. Conclusões ASHRAE Figura (Condições válidas para Taxas de Metabolismo de 1 a 1.3 met e velocidade do ar interior inferior a 0.2 m/s) 25

26 9. Conclusões Zona de conforto de pelo menos 80% dos Ocupantes 26

27 9. Conclusões O sistema proposto, em modo de 100 % de ventilação natural, sem a abertura dos vãos envidraçados e em condições de ocupação plena, não assegura os níveis adequados de ventilação na generalidade das horas simuladas. Através de tabela da frequência relativa das Rph verifica-se que o sistema de ventilação mecânica irá estar em operação, na generalidade das horas, nas estações de aquecimento e arrefecimento. Verifica-se através do CFD interior, em modo de ventilação mecânica, que a velocidade na zona ocupada não é superior a 0.2 m/s. 27

28 Obrigado pela atenção 17/10/2013 OE SC