Estratégias para o controlo da qualidade do ar interior - Ventilação

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Ruy Aleixo Ximenes
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1 MIT Portugal Program Sustainable Energy Systems Focus Area Estratégias para o controlo da qualidade do ar interior - Ventilação Seminário Qualidade do Ar interior Novas Problemáticas Novas Políticas Novas Práticas Vítor Leal MIT Portugal Program

Ventilação Seminário Qualidade do Ar interior Novas

2 Introdução Ventilação vs. Energia Ventilação vs. Produtividade Tipos de Ventilação Estratégias de Eficiência Casos de estudo Discussão e Lições para policy making

3 Introdução C(t) V & G & Variação da concentração = Geração + Entrada - Saída Controlo na fonte (Baixar a Geração) e/ou C ext Diluição (Aumentar a Ventilação)

4 C V & = 0 V & 1 > 0 Exposição aceitável V & > & 3 V 2 V & > & 3 V 2 V & > & 4 V 3 t

5 O fornecimento de O 2 nunca é o factor critico. CO 2 raramente o é, mas é um bom indicador da ocupação. Tabaco é praticamente impossível de resolver por ventilação. Ventilation, L/s per person Fonte: Seppanen, O 2-2 % CO ppm ETS NICOTINE 1 µg / m³ 277 BODY ODOUR 80 % ETS ODOUR 1 cig / 2 h

Tabaco é praticamente impossível de resolver por ventilação.

6 Conhecidos todos os limites de exposição aceitáveis, seria (quase) trivial determinar a taxa de renovação de ar necessária. Porém, os limites de exposição aceitáveis não estão ainda, para uma grande parte dos poluentes característicos, identificados com precisão (podem nem existir). Perante alguma incerteza têm-se adoptado valores de referência para as taxas de ventilação (ar novo). É o princípio da precaução e a abordagem actual do RSECE. Estes valores estão actualmente na ordem dos m 3 /h.pessoa, mas tem havido variações ao longo do tempo e entre países. Há, contudo, espaço para uma maior customização do valor do caudal às características particulares dos espaços.

Perante alguma incerteza têm-se adoptado valores de referência para as taxas de ventilação (ar novo). É o princípio da precaução e a abordagem actual do RSECE.

7 Perspectiva prescritiva Perspectiva do desempenho C(t) V & G & C 1( t ) C 2 ( t) C ( t) C 3 (t) t 4... C i (t) V & C 1 ( t) C 1 ( t) G & C ext Baseada em caudal-tipo C ext Baseada em caudal variável 1990 s 2000 s Falharam as tentativas de desenvolver um sensor integrado de QAI (?)

8 Ventilação vs Energia A fixação de um determinado caudal de renovação de Ar num espaço tem consequências ao nível das necessidades de energia desse espaço: No Inverno é necessário aquecer o Ar; No Verão, Em determinados momentos pode ser necessário arrefecê-lo; Noutros momentos pode ser conveniente incrementar a ventilação para promover o arrefecimento livre. No caso da ventilação mecânica há ainda a energia necessária para fazer mover o ar.

momentos pode ser necessário arrefecê-lo; Noutros momentos pode ser conveniente incrementar a ventilação para

9 Mais de 40% da energia primária nos EUA e na UE é usada nos edifícios. Buildings 41 % Industry 28 % > 80% das emissões de GEE estão relacionadas com a utilização de energia. Transportation 31 %

10 Breakdown of heating energy use of buildings in Finland Ventilation Windows Walls Areas in the square are proportional to heating energy loss Roof & base floor Hot water Fonte: Seppanen, 2009

square are proportional to heating energy loss

11 Taxas de ventilação: perspectiva histórica Fonte: Kohloss, 2003

12 Taxas de ventilação: Impacto no desempenho dos ocupantes Escolas Escritórios Fonte: Wargocki and Wyon, 2003

13 O desafio (?) Energy Cost & environment $ Value of Improved Health & Productivity More ventilation Increased heating and cooling (?) energy Better work performance and health Fonte: Seppanen, 2007

14 Tipos de ventilação NATURAL MECÂNICA HÍBRIDA

15 NATURAL + Custo + Ruído + Aceitação - Não assegura sempre QAI - Volátil - Não permite R.C. - Exigente para Projecto. MECÂNICA + Estabilidade e controlo + Permite R.C. e filtragem. - Custo - Energia ventiladores - Aceitação (?) - Necessita manutenção periódica

MECÂNICA + Estabilidade e controlo + Permite R.C. e filtragem.

16 Ventilação Mecânica Mistura Displacement Task Mesmo efeito com -20 a 40% de caudal Eficiência ou Excesso?

17 Estratégias para eficiência energética Ventilar: Onde Quando Quanto Displacement Task ventilation Demand-controlled ventilation Free Cooling Recuperação de calor

18 Demand-control: Detectores de presença Monitorização de concentrações caudal proporcional Ctrl SENSOR CO2 ODOUR VOC PARTICLES Fonte: Gameiro, 2009

19 Arrefecimento Livre (Free-cooling): Frequentemente as condições ambientais interiores requerem arrefecimento, mas a temperatura (ou entalpia) exterior é consideravelmente mais baixa que a interior. Uma estratégia interessante aí pode ser o aumento dos caudais de ar de modo a remover as cargas internas. Necessária análise custo-benefício entre poupança de energia térmica e aumento de energia eléctrica (ventiladores). Fonte:Liptak

Uma estratégia interessante aí pode ser o aumento dos caudais de ar de modo a remover as cargas internas.

20 Recuperação de calor: -Diminui consideravelmente as perdas de calor por renovação de ar, mas requer mais energia para os ventiladores e maior probabilidade de infiltrações. - Necessária análise custo-benefício (de energia) cuidada.

energia para os ventiladores e maior probabilidade de

21 Casos práticos e lições para políticas

22 Exemplo: Large office building Common system: Constant ventilation No Free-cooling No Heat recovery Fans: 5 kw/(m 3 /s) Best system: Demand-controlled ventilation Free-cooling (enthal. Contr.) Heat recovery (80% eff.) Fans: 1 kw/(m 3 /s) kwh/m2 Large Office in Portugal fans cooling heating Current Best Savings in total HVAC energy consumption near 70%...

23 Discussão Conflito QAI-Energia? On the average, low energy buildings are perceived as more comfortable than other buildings. Also low energy office buildings are healthier than high energy ones.

24 Ciclo de vida de um sistema de ventilação Conceito Projecto Construção Utilização Demolição (Reajuste) Falhas principais Conceito Construção Utilização Ajuste Ensaio de recepção Manutenção Limpeza

25 Condensações The QUANTIFICATION of the boundaries of the diagram exposed is a step that could provide a significant contribution towards the assessment of the effectiveness of each measure and of their combination

26 Simulation results 1 STP=14ºC U W/m 2. ºC wall air exchange rate th.bri dge wall th.bri dge wall th.bri dge wall th.bri dge STP=18ºC U W/m 2. ºC wall air exchange rate wall th.bri dge wall th.bri dge wall th.bri dge wall th.bri dge wall th.bri dge th.bri dge

27 To solve the problems there is a need to act simultaneously at the three factors. Hierarchy in the influence: 1. Temperature set-point 2. Ventilation 3. Insulation level (nevertheless, still where to start from!)

28 Sector residencial Do ponto de vista de QAI sabemos pouco do que se passa nas habitações em Portugal. Do ponto de vista de Energia tem havido uma progressão de Norte para Sul dos sistemas de ventilação mecânica com recuperação de calor. Será boa estratégia para Portugal?

29 Objectivos Perceber quais os sistemas de ventilação energeticamente mais eficientes no sector residencial Ventilação Natural; Ventilação Mecânica sem Recuperação de Calor; Ventilação Mecânica com Recuperação de Calor. Através das seguintes variáveis: Número de Graus-Dias da estação de aquecimento (GD) Consumo específico nos ventiladores - SFP W/(m3/h) Permeabilidade da envolvente Para os vários contextos climáticos europeus Análise Estratégica da Eficiência Energética da Ventilação em Edifícios Residenciais

30 Resultados Contexto Português GD=1800 SFP [W/(m 3 /h)] 1 0,4 0,1 GD=2000 SFP [W/(m 3 /h)] 1 0,4 0,1 Permeabilidade (rph) 0,6 0,3 0,1 V. Natural V. Nat M. s/rc V. Mec s/rc V. Natural V. Nat M. s/rc V. Mec s/rc 3,2 kgep/m 2 3,2 1,7 2,3 kgep/m 2 0,6 3,5 kgep/m 2 3,5 1,8 2,5 kgep/m 2 1,8 /m 2 kgep/m 2 /m 2 1,2 /m 2 2 /m 2 kgep/m 2 /m 2 1,4 /m 2 V. Natural V. Nat M. s/rc V. Mec c/rc V. Natural V. Nat M. s/rc 3,2 kgep/m 2 3,2 1,7 2,2 kgep/m 2 0,3 3,5 kgep/m 2 3,5 1,8 2,3 kgep/m 2 1,8 /m 2 kgep/m 2 /m 2 1,1 /m 2 2 /m 2 kgep/m 2 /m 2 1,2 /m 2 V. Natural V. Nat M. c/rc V. Mec c/rc V. Natural V. Nat M. c/rc Permeabilidade (rph) V. Mec c/rc V. Mec c/rc 3,2 kgep/m 2 3,2 1,6 1,5 kgep/m 2 0,1 3,5 kgep/m 2 3,5 1,7 1,6 kgep/m 2 1,8 /m 2 kgep/m 2 /m 2 0,8 /m 2 2 /m 2 kgep/m 2 /m 2 0,8 /m 2 GD=2200 SFP [W/(m 3 /h)] 1 0,4 0,1 GD=2400 SFP [W/(m 3 /h)] 1 0,4 0,1 Permeabilidade (rph) V. Natural V. Mec s/rc V. Mec s/rc V. Natural V. Mec s/rc V. Mec s/rc 0,6 3,9 kgep/m 2 3,8 kgep/m 2 2,7 kgep/m 2 0,6 4,2 kgep/m 2 4 kgep/m 2 1,9 kgep/m 2 0,3 0,1 2,2 /m 2 1,9 /m 2 1,5 /m 2 2,4 /m 2 2,1 /m 2 1,6 /m 2 V. Natural V. Mec s/rc V. Mec c/rc V. Natural 3,9 kgep/m 2 3,8 kgep/m 2 2,5 kgep/m 2 0,3 4,2 kgep/m 2 4 kgep/m 2 2,6 kgep/m 2 2,2 /m 2 1,9 /m 2 1,3 /m 2 2,4 /m 2 2,1 /m 2 1,4 /m 2 V. Natural M. s/rc M. c/rc V. Mec c/rc V. Natural M. s/rc M. c/rc Permeabilidade (rph) V. Mec s/rc V. Mec c/rc V. Mec c/rc 3,9 kgep/m 2 3,8 1,7 1,7 kgep/m 2 0,1 4,2 kgep/m 2 4 1,8 1,8 kgep/m 2 2,2 /m 2 kgep/m 2 /m 2 0,9 /m 2 2,4 /m 2 kgep/m 2 /m 2 0,9 /m 2 Análise Estratégica da Eficiência Energética da Ventilação em Edifícios Residenciais

31 Resultados Contexto Europeu SFP [W/(m3 /h)] Permeabilidade (rph) GD=6000 0,6 1 0,4 0,1 V. Mec s/rc V. Mec s/rc V. Mec s/rc 9,1 kgep/m2 7,4 kgep/m2 6 kgep/m2 5,9 /m2 4,7 /m2 4,2 /m2 V. Mec s/rc 0,3 V. Mec c/rc 9,1 kgep/m2 7 kgep/m2 5,3 kgep/m2 5,9 /m2 4,5 /m2 3,4 /m2 V. Mec c/rc 0,1 V. Mec c/rc V. Mec c/rc V. Mec c/rc 8,2 kgep/m2 4,9 kgep/m2 3,2 kgep/m2 5,6 /m2 3,2 /m2 2 /m2 Para o caso central de estudo fica a tendência dos sistemas mais eficientes no contexto europeu, numa base de energia primária. Análise Estratégica da Eficiência Energética da Ventilação em Edifícios Residenciais

32 Conclusões Necessário ainda trabalho de campo para melhorar conhecimento sobre limites de exposição; Uso do princípio da precaução enquanto não existirem métodos robustos para determinar com rigor a ventilação necessária para todos os poluentes. Conflito QAI-Energia: Ferramentas de optimização energética permitem reduzi-lo para níveis aceitáveis e frequentemente até identificar sinergias (e.g. manutenção). Soluções que funcionam bem noutros contextos geográficos não são necessariamente boas para Portugal. Resultados das auditorias do RSECE poderão trazer dados importantes sobre adaptação dos caudais e estratégias actuais do RSECE à realidade do país.

33 OBRIGADO

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