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1 A ANÁLISE DAS EVOLUÇÕES TEMPORAIS DA CONCENTRAÇÃO DE CO 2 METABÓLICO EM AUDITORIAS DA QUALIDADE DO AR INTERIOR Manuel C. Gameiro da Silva Grupo de Investigação em Energia, Ambiente e Conforto ADAI-LAETA, Departmento de Engenharia Mecânica Universidade de Coimbra manuel.gameiro@dem.uc.pt Introdução A evolução temporal do CO 2 metabólico, permite conhecer: - A ocupação das salas - As taxas de infiltração e de renovação de ar dos edifícios - O desempenho dos sistemas de ventilação Pode também ser utilizada como sinal de entrada em sistemas de ventilação pilotada pelas necessidades (DCV) Introdução Em conjunto com outros dados sobre: Clima Interior Temperatura do ar Velocidade do ar Temp Média Radiante Humidade relativa Energia Electricidade Combustível Gás Insolação Meteorologia Temperatura Velocidade do vento Direcção do vento Humidade relativa é fundamental para avaliar o Desempenho Energético de Edifícios 1

2 Modelo Matemático Equação geral para a concentração média de um poluente num espaço interior uni-zona dc dt G = + λ vc ext λ vc ( t) v V d S Q ac C ε ac V V Variação da Concentração Poluentes emitidos Poluentes que entram Poluentes que saem Poluentes depositados ou absorvidos Poluentes retirados Concentração média de um poluente num espaço interior Formulação Analítica dc dt G = + λ vc ext λ vc ( t ) v V d S Q ac C ε ac V V (1) C, concentração média instantânea do poluente (mg/m 3 ) G, geração de poluente no interior do compartimento (mg/h) V, volume da sala (m 3 ) λ v, taxa de renovação (h -1 ) C ext, concentração no exterior (mg/m 3 ) ν d, velocidade de deposição do poluente (mg/(m 2 h)) S, superfície de deposição (m 2 ) Q ac, caudal através do purificador de ar (m 3 /h) ε ac, eficiência do purificador de ar (adimensional) 2

3 Concentração média de um poluente num espaço interior Formulação Analítica. Equação simplificada: dc G = + λv Cext λv C( t) dt V (2) que, integrada para uma situação em que V, G, C ext e Q permanecem constantes, desde um instante inicial t=0, com concentração inicial C 0 =C ext, até um instante genérico t, dará λ ( ) = + ( 0 ) V t C t Cequi C Cequi e (3) C( t) C C C ini equi equi = e λvt (4) Equações Principais Concentração de equilíbrio : C = C equi ext + G Q (5) Resposta transitória: C( t) C C ini C equi equi = e λvt (6) Equações Principais - Conceitos CO2 (mg/m 3 ) Concentração de Equilíbrio Concentração no ar exterior G Cequi = Cext + Q tempo (h) 3

4 Caracterização da Fonte CO 2 Metabólico A produção de CO 2 de uma pessoa está relacionada com o volume de oxigénio consumido, sendo: AD M V o = l / s RQ (7) onde A D(m 2 ), a Área de DuBois, é a área superficial do corpo humano da pessoa analisada, M é o nível de actividade metabólica expresso nas unidades met, sendo1 met = W/m 2 ) e RQ é a razão entre o volume produzido de CO 2 e o volume consumido deo 2, que normalmente toma o valor O valor de A D pode ser calculado a partir de: A D = m h (8) onde H (m) e W (kg) são, respectivamente, a altura e o peso da pessoa. CO 2 Metabólico Área de DuBois Peso (kg) Área [m2] AD = m h Altura [m] 4

5 CO 2 Metabólico Tipicamente, para uma pessoa standard, com 1.8 m 2 de área corporal e um nível de actividade de 1.2 met, virá: V O 2 = = l / s V CO = = l / s 2 que convertido para outras unidades, por vezes também utilizadas para expressar os caudais volúmicos em edifícios, dará 0,0187 m 3 /h. Atendendo a que o CO 2 tem uma densidade, à temperatura de 298 ºK, de 1.98 Kg/m 3, a massa emitida por uma pessoa standard, com actividade moderada será de:. G CO = = kg / h 2 CO 2 Metabólico A aplicação da equação que permite calcular a concentração de equilíbrio de um poluente num dado espaço, tendo em conta a concentração inicial do ar exterior C ext, o caudal de ar novo Q e a geração do poluente no espaço G, aplicada para este caso, se considerarmos os caudais de ar novo típicos do RSECE, dará: C = C G = mg / m Q 30 equi ext = 3 Ou, expressando as concentrações em ppmv,a: 6 G C equi = C ext + = = 1003 ppm Q 30 CO 2 Metabólico Pode-se obter um gráfico da influência da variação do caudal de ar novo por pessoa na concentração de equilíbrio de CO 2, num espaço interior, com fontes poluentes deste gás unicamente atribuíveis à ocupação humana, fazendo variar na equação anterior o valor de Q. 5

6 CO 2 metabólico INACEITÁVEL 8 m 3 /(h.pessoa) Necessidade de aumentar caudal de ar novo MUITO FRACA FRACA SUB-VENTILADO 10 m 3 /(h.pessoa) 1400 MARGINAL 16 m 3 /(h.pessoa) m 3 /(h.pessoa) Oportunidade de poupança de energia por redução da ventilação IDEAL SOBRE-VENTILADO VALORES TÍPICOS DO AR EXTERIOR 30 m 3 /(h.pessoa) 50 m 3 /(h.pessoa) Concentração de CO 2 (ppm) no ar interior Caudal de ar novo por pessoa Valores Regulamentares Limites típicos estabelecidos no decreto-lei 79/2006 (RSECE-QAI) Valores Regulamentares Limites estabelecidos no projecto de norma europeia para os parâmetros de qualidade ambiental interior para o projecto e avaliação do desempenho energético de edifícios (pr EN rev 2006) 3000 EN Conc. CO 2 (ppm) Classe IV Classe III Classe II 500 Classe I ,4 25 Q [m 3/(h.pessoa)] 36 6

7 Valores Regulamentares Category Explanation I High level of expectation and is recommended for spaces occupied by very sensitive and fragile persons with special requirements like handicapped, sick, very young children and elderly persons. II III IV Normal level of expectation and should be used for new buildings and renovations An acceptable, moderate level of expectation and may be used for existing buildings Values outside the criteria for the above categories. This category should only be accepted for a limited part of the year NT-SCE-02 Critérios de Conformidade 1º Critério : N ( ) ocup.max CMedT CExt + CExt CMR N ocup NT-SCE-02 Critérios de Conformidade 1º Critério : N ( ) ocup.max 3 CMedT CExt + CExt 1800 mg/m N ocup 7

8 NT-SCE-02 Critérios de Conformidade 1º Critério : N ( ) ocup.max 3 CMedT CExt + CExt 1800 mg/m N ocup NT-SCE-02 Critérios de Conformidade 2º Critério : N ocup.max ( CMedT CExt ) + CExt CMR 1,5 N ocup NT-SCE-02 Critérios de Conformidade 2º Critério : N ( ) ocup.max 3 CMedT CExt + CExt 2700 mg/m N ocup 8

9 Processamento de dados Dados reais de monitorização de CO 2 metabólico Fase de decaimento Taxa de Infiltração Ajustamento com um função exponencial 9

10 Fase de Carga Taxa de renovação de ar Utilização da função Solver no Excel para fazer o ajustamento através do método dos mínimos quadrados C equi = 4250 C 0 = 1919 λ V = 1,232 λ ( ) = + ( 0 ) V t C t Cequi C Cequi e SUM^2 = 279 corr = 0,99966 Monitorização durante seis dias de um escritório Identificação dos períodos de ocupação Evolução temporal da concentração de CO 2 (ppm) Monitorização durante seis dias de um escritório Taxas de infiltração 2 1,5 Evolução temporal do logaritmo do excesso de concentração de CO 2 relativamente ao ar exterior λ = 0, 25 renov/h 1 0,5 λ = 0, 06 renov/h 0-0,5-1 -1,5-2 10

11 Monitorização de um dia de um quarto de hotel CO 2 concentration (ppm) :00 22:00 0:00 2:00 4:00 6:00 8:00 10:00 18:00 12:00 14:00 Time (hh:mm) Monitorização de um dia de um quarto de hotel Processamento de dados da fase 2 G C = + λv C V ext λv C t Aplicação Computacional 11

12 Interface Gráfica da Aplicação Computacional G C = + λv Cext λv C t V Sistema de Monitorização Contínua com acesso Web Sistema de Monitorização Contínua 12

13 Sistema de Monitorização Contínua Sistema de Monitorização Contínua Sistema de Monitorização Contínua 13

14 ensaios & medições Manuel C.Gameiro da Silva Grupo de Investigação em Energia, Ambiente e Conforto ADAI, Dept. de Engenharia Mecânica Rua Luís Reis Santos, Universidade de Coimbra Pólo II Telef manuel.gameiro@dem.uc.pt Morenergy U C /efs 14