Introdução. Materiais e Métodos

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1 Revista Brasileira de Arqueometria, Restauração e Conservação. Vol.1, No.3, pp Copyright 2007 AERPA Editora PROGNÓSTICO DE VENTILAÇÃO NATURAL PARA PRESERVAÇÃO E CONSERVAÇÃO EM MUSEUS CASA Msc. Antonio Carlos dos Santos Oliveira(*) PROARQ Programa de Pós-graduação em Arquitetura Faculdade de Arquitetura Universidade Federal do Rio de Janeiro- UFRJ. Introdução A análise é sobre o Museu casa, quanto à necessidade de ventilação natural para a preservação e conservação do acervo exposto. Com a ausência de ventilação, as paredes poderão absorver mais água conforme sua constituição física, em relação a sua porosidade e permeabilidade, os objetos expostos sofrerão o mesmo processo. Em contra partida, uma ventilação de forma não controlada, poderá propiciar uma entrada excessiva de umidade tendendo a saturar o ambiente. A Arquitetura necessita cada vez mais de ferramentas e dados apurados para fornecer formas e métodos de cálculos mais precisos para determinar o balanço higrotérmico dentro do ambiente. A espacialidade e a morfologia do edifício são parâmetros fáceis de serem modelados, porém, as condições climáticas de entorno dependem do clima que se relaciona diretamente com as modificações do sítio. O controle ou balanço higrotérmico descreve-se como a busca de uma baixa variação de umidade e temperatura para que o acervo contido dentro do museu possa se encontrar estável. Materiais e Métodos A previsão ou o prognóstico dos parâmetros servem de inicialização da modelagem. As previsões meteorológicas, fornecem o vento previsto em até 48 horas futuras com uma garantia de acerto em torno de 80%, creditando um dado de qualidade para automação do controle e ajuste dos equipamentos de climatização, janelas e desumidificadores. Utiliza-se o modelo meteorológico Eta, nome dado pela letra grega eta η, que é um modelo de mesoescala, de equações primitivas. O modelo Eta roda operacionalmente no Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos é hidrostático e cobre a América do Sul. As variáveis prognosticadas pelo modelo são: temperatura do ar, componentes zonal e meridional do vento, umidade específica, pressão à superfície, temperatura e radiação. Dentro do modelo de cálculo de ventilação desenvolvido pela American Society of Heating, Rferigerating And Air Conditioning Engineers, ASHRAE, utilizam-se os parâmetros umidade, velocidade e direção do vento. Com os resultados calculados o controle deve ser programado para: abertura de janelas ou fechamento; ou desumidificação. Meteorologia e Parâmetros meteorológicos. O museu está sujeito à influência direta do clima e das condições atmosféricas que o contorna. Entender os estados atmosféricos e seus parâmetros constituem para nós usuários e conservadores uma base de conhecimento em que pode-se analisar como ocupar o ambiente e dimensionar de forma correta os equipamentos necessários para a manutenção do conforto ambiental e preservação do acervo sob sua guarda. A grande dificuldade para aplicação de estudos de ventilação apresenta-se na ausência total ou parcial de um estudo climático em microescala do entorno da edificação. Estimase o microclima utilizando dados da estação meteorológica próxima à edificação que não diz a real condição atmosférica sofrida pelo edifício, faz-se necessário analisar quais parâmetros são adequados para tal estudo sem que afete a conclusão final do diagnóstico. Sendo determinantes na ventilação a velocidade média do vento e o ângulo de incidência na edificação. As estações meteorológicas podem e devem ser implantadas em locais onde os desvios padrões dos parâmetros meteorológicos estudados: temperatura; umidade; vento; radiação e outros elementos sejam representativos. Internamente, na edificação, deve-se seguir a mesma recomendação para que se possa obter médias ou normais climatológicas comparáveis. A aquisição de dados, nos dias de hoje, mostra-se muito simplificado. Os dados coletados devem ser devidamente catalogados em um SGBD (BANCO DE DADOS) no qual pode-se a partir deste modelo desenvolver estudos estatísticos, probabilísticos utilizando as equações para cálculo do fluxo do ar ou o dimensionamento correto do sistema de climatização. Análise do Clima externo O clima urbano caracteriza-se por variações dos parâmetros meteorológicos dependendo do material em que o grupo de edifícios é construído e a sua distribuição, constituindo zonas climáticas diversas. Em relação ao ambiente externo é importantíssimo identificar qual a correlação dos tempos climáticos assim como a dependência do 134

2 edifício em relação ao clima externo. Pode-se identificar a taxa de evaporação e fluxo do ar para resoluções sobre abertura e fechamento de janelas do edifício e assim tentar elaborar medidas constantes em relação às situações climáticas diversas. Hoje em dia, com o advento da supercomputação a meteorologia consegue prever com um bom índice de acerto as condições meteorológicas médias para diversas cidades brasileiras, o que é bastante útil para diminuir determinado consumo energético de equipamentos de climatização artificial. Os Institutos de Previsão Meteorológica providenciam a cada seis horas um novo prognóstico sobre as condições atmosféricas dos parâmetros de temperatura, umidade, pressão, vento e precipitação. Os prognósticos nos auxiliam na tomada de decisão para o acionamento dos sistemas de climatização artificial ou natural. Em um período de entrada de frente fria em que determinada massa de ar apresente características de frio intenso e seco pode-se propor somente metade da carga de refrigeração ou a utilização das janelas do edifício. E sendo seu inverso a utilização do sistema de refrigeração em carga total. Tabela válida para o museu - Quadro de diagnóstico para Temperatura e Umidade Absoluta V = Vento (knot) U = Umidade Absoluta (g/m3) Probabilidade Análise (Janelas Proposta Climáticas Abertas) da fachada com Vento perpendicular a U Externo > U Interno U Externo < U Interno normal Edifício sofrerá aumento de umidade Edifício sofrerá perda de umidade Desumidificação, fechamento das janelas Manter Janelas Abertas. U Externo Edifício em Manter Janelas = U Interno equilíbrio Abertas. Este quadro exemplifica a tomada de decisão para abertura e fechamento de janelas. Sendo necessário determinar as diferenças significativas para o reajuste dos equipamentos. Dentro das expectativas do conservador em relação à meteorologia e a forma do prognóstico podemos enumerar as seguintes condições: vento forte e chuva Estas são as condições adversas que mais preocupam os arquitetos ou os responsáveis do edifício, diversos edifícios culturais já sofreram ou sofrem em tais condições atmosféricas pelo seu estado de conservação, apresentando fragilidade em aberturas, telhados ou paredes. O mapeamento dos problemas diagnosticados pelo conservador deve ser associado com uma política de alerta para tomada de decisões para evitar a deterioração do patrimônio histórico e cultural assim como garantir a segurança de seus usuários. Análise Meteorológica: De acordo com o relatório da meteorologia, a chance de resfriamento amanhã é de 0,8 a umidade será de 07g/m3 Essa é uma expressão sobre a probabilidade de resfriamento (temperatura). Sendo a temperatura média no entorno do edifício de 22C. A análise do estado climático, climatologia e métodos, os dados ambientais, devidamente cadastrados em planilhas, fica a cargo do especialista em conservação definir qual a variação possível dos parâmetros. Porém, para garantirmos que a variação esteja dentro do estabelecido, não se deve somente analisar o dado instantâneo, e sim observar as variações máximas e mínimas de temperatura e umidade do ar. Diagnóstico de conforto ambiental e preservação de acervos. Tabela Inferência umidade Se AumentanENTÃO do Resultado da regra para Janelas Abertas Fechamento de janelas e Desumidificação Se Queda ENTÃO Ventilação O controlador de ventilação pode 135

3 responder melhor tendo o controle definido pelo profissional de conservação em função da previsão meteorológica do entorno do edifício do museu. Como se trata de um prognóstico de dois a três dias de antecedência o equipamento poderá ser pré-programado para o comportamento futuro das condições meteorológicas externas, baseado em estudos microclimatológicos anteriores que quantificam a influência das variações no edifício. Quanto ao número de pessoas presentes, no que diz respeito ao público, deve-se trabalhar com a média diária de visitação e a quantidade máxima de funcionários do museu. Mesmo em um sistema bem dimensionado poderá ainda ocorrer períodos em que não será possível a abertura das janelas. modelo global do CPTEC e atualizadas a cada 6 horas. O prazo de integração é de 72 horas. A topografia é representada em forma de degraus. As variáveis prognósticas do modelo são: temperatura do ar, componentes zonal e meridional do vento, umidade específica, água líquida da nuvem, pressão à superfície e radiação.[fonte: Existem outros parâmetros que poderão ser considerados. A previsão meteorológica para o sítio de estudo se mostra bem precisa quando sua grade de previsão é focada na latitude e longitude do sítio de estudo, ou seja, quanto mais próximo do ponto central da previsão maior será a certeza do prognóstico dos parâmetros no local. Metodologia de análise A Arquitetura Bioclimática necessita de ferramentas e dados apurados para fornecer formas e métodos de cálculos os mais precisos possíveis para determinar o balanço higrotérmico dentro do ambiente construído, a espacialidade e a morfologia do edifício são parâmetros fáceis de serem modelados, porém, as condições climáticas de entorno dependem de um sistema caótico, o clima, que se relaciona diretamente com as modificações do sítio. A previsão ou mais precisamente o prognóstico dos parâmetros é necessário pois estes dados servem de inicialização da modelagem. Quando utiliza-se dados climatológicos tem-se na realidade uma condição média de ocorrência de vento na fachada ou calmaria no edifício de estudo, porém, para se diagnosticar o vento (direção e intensidade) futuro do edifício pode-se utilizar as previsões meteorológicas, fornecendo o vento previsto em até 48 horas futuro com uma garantia de acerto em torno de 80%, creditando um dado de qualidade para controle e ajuste dos equipamentos de climatização, e auxiliando na tomada de decisão para evitar o desperdício do vento incidente. As previsões são fornecidas duas vezes ao dia. A condição inicial é proveniente da análise do National Centers for Environmental Prediction (NCEP) e as condições de contorno lateral são provenientes das previsões do Prognóstico de vento, saída do modelo ETA, CPTEC-INPE. Rio de Janeiro. Para o diagnóstico, uma vez identificado o vento na latitude e longitude desejada constróise uma tabela de previsão com o local, a data e 136

4 a hora do fenômeno, sendo determinante a posição da instituição (latitude e longitude). Cálculo do vento na altura da Janela O modelo de cálculo adotado para este fim é o Lei da Potência, resultante dos estudos da camada limite sobre uma placa horizontal, Liddament(1986). Vz/V10=K(z) n onde: Vz: Velocidade local do vento à uma altura z acima do solo, V10: Velocidade do vento meteorológico (prognosticado), K, n: constantes dependentes do tipo do terreno. O modelo suaviza o terreno e a rugosidade, portanto, pode ser utilizado um modelo mais simples de cálculo do vento à altura z desejada. Considera que os sistemas de ventilação natural devem ser projetados usando-se como segurança a metade da média sazonal das velocidades dos ventos no local, sendo a vazão calculada através da equação Q=Cv.Ae.V (m3/s). Onde Ae = área livre Cv = Efetividade das aberturas, ventos perpendiculares(0,5-0,6); ventos em diagonal à superfície (0,25-0,35). V = velocidade do vento no nível das aberturas (m/s) Análise: Na fachada Norte onde as janelas estão orientadas a vazão é maior possuindo também a maior concentração de vapor d água, na fachada Leste considera-se Vazão 0 m3/s, pois, não foi calculado a infiltração pelas frestas da fachada Leste. A entrada prevista de vapor d água na direção Norte apresenta 40 gramas de vapor d água por segundo, parte desta umidade se estabilizará com o ambiente, parte irá se condensar. O conservador do museu casa deverá utilizar esta tabela para abrir totalmente as janelas, abrir parcialmente ou fechar. Dia Hor Vazão Ua g/s JANELAS a m3/s ,68 23,52 FECHADAS ,88 40,32 FECHADAS ,44 24,48 SEMI-ABERTAS ABERTAS ,92 34,56 FECHADAS ,44 21,6 FECHADAS ,92 34,56 FECHADAS ABERTAS Resultados O trabalho estabelece uma forma de simulação da condição futura do ambiente. Uma vez constituído o arquivo climático contendo os parâmetros previsto pelo ETA e posteriormente simulado em um sistema para cálculo de ventilação. Pode-se analisar a variação da vazão que o ambiente sofrerá e considerar uma tomada de decisão para abertura de portas ou janelas, de forma automática ou manual. Conclusões Todo o ambiente museu construído ou a ser projetado deverá possuir o mapa climático. Para o ajuste dos equipamentos conforme os resultados das simulações que deverá ser considerado pelo critério do especialista, depois de verificado a aferição do modelo. Uma base microclimática é importante para assegurar que o prognóstico esteja dentro do esperado, sendo o especialista o responsável pela decisão final. 137

5 Bibliografia BASTOS, Leopoldo, Apostila de ventilação e notas de aula, UFRJ-PROARQ 2005 BLACK T.L.,NMC Notes: The New NMC mesoscale Eta model: Description and forecast examples. Weather and Forecasting, 9, ,1994 ENERGYPLUS TM, Getting Started with EnergyPlus, Everything You Need to know about Runing EnergyPlus, UNINVERSITY OF ILLINOIS, US DEPARTMENT OF ENERGY, BARROSO-KRAUSE, Cláudia; PORTO, Maria Maia; NIEMEYER, Maria Lygia. Bioclimatismo no projeto de arquitetura: dicas. Alguns fundamentos e instrumentos para concepção em clima tropical úmido para edificações previstas sem climatização ou com climatização mista. Rio de Janeiro: UFRJ,1999. LOREDO, Wanda M. Manual de Conservação em Arqueologia de Campo. Rio de Janeiro: Instituto Brasileiro do Patrimônio Cultural. Departamento de Proteção, MAGALHÃES, Aloísio. E Triunfo? A questão dos Bens Culturais no Brasil. Rio de Janeiro: Editora Nova Fronteira S/A, MARTINEZ, Alfonso Corona. Ensaio sobre o projeto. Brasília: Editora Universidade de Brasília, OLIVEIRA, Mário Mendonça de. Tecnologia da conservação e da restauração: materiais e estruturas. Salvador:EDUFBA/Abracor, conclima@yahoo.com DEPARTAMENTO NACIONAL DE METEOROLOGIA. Manual de observação de superfície. Brasília: Ministério da Agricultura, FERNADEZ, Pierre. Abordagem da arquitetura bioclimática em países tropicais. Rio de Janeiro: Universidade Federal do Rio de Janeiro, FROTA, Anésia Barros e SCHIFFER, Sueli Ramos. Manual de Conforto Térmico. São Paulo: Studio Nobel, GEIGER, Rudolf. The climate near the ground. Massachussets: Havard University Press, GENTIL, Vicente. Corrosão. Rio de Janeiro: Guanabara Dois, 1993 HERTZ, Jhon B. Ecotécnicas em Arquitetura: como projetar nos trópicos úmidos do Brasil. São Paulo: Pioneira,