Ventilação natural e mista em edifícios João Carlos Viegas e Armando Pinto
Sumário da apresentação 1. Enquadramento 2. Projetos de investigação 3. Desempenho da ventilação natural 4. Desempenho da ventilação mista 5. Ventilação, QAI e saúde 6. Conclusões 7. Desenvolvimentos futuros
Enquadramento >Têm sido realizados estudos que têm conduzido a um conhecimento mais aprofundado do desempenho de sistemas de ventilação natural e mista. >A ventilação natural depende integralmente das ações da diferença de temperatura e do vento.
Enquadramento >Dado o clima ameno em Portugal, não é expectável que a ação da diferença de temperatura seja suficiente para assegurar a ventilação numa parte significativa do ano. >Sendo Portugal um país ventoso, é de esperar que seja relevante tirar partido sobretudo da ventilação transversal.
Enquadramento normativo (CTA 17) > Norma NP 1037 - Ventilação e evacuação dos produtos da combustão dos locais com aparelhos a gás Parte 1: Edifícios de habitação. Ventilação natural Parte 2: Edifícios de habitação. Ventilação mecânica centralizada de simples fluxo Parte 3: Volume dos locais e posicionamento dos aparelhos Parte 4: Instalação e ventilação das cozinhas profissionais Parte 5: Edifícios de habitação. Ventilação mista
Projetos de investigação FCT > Avaliação do desempenho da ventilação natural de um edifício de habitação multifamiliar (2001-10-15 / 2005-04-14); LNEC, IDMEC (IST) e Féria & Féria. > Ventilação em edifícios de habitação Modelação e experimentação in situ (2004-05-02 / 2007-11-01); FEUP, LNEC e ISTV. > Netzero Energy School: Reaching the community (julho de 2009 / julho de 2012); Programa MIT-Portugal. > Ambiente e saúde em creches e infantários (ENVIRH) (2010-02-01 / 2013-01-31); FCM/UNL, LNEC, INSA e FCT/UNL. > Estudo geriátrico dos efeitos na saúde da qualidade do ar interior em lares da 3ª idade de portugal (GERIA) (2012-03-01 /2015-02- 28); INSA, FCM/UNL, LNEC e FCT/UNL.
Análise do desempenho de edifícios com ventilação natural >Projetos de investigação Matosinhos o dimensionado de acordo com as regras especificadas na NP 1037-1 o permeabilidade ao ar da envolvente foi fortemente penalizada o análise do desempenho da ventilação natural: Experimental na fase inicial Experimental na fase de ocupação Modelação computacional com modelos de zona
Matosinhos
Matosinhos. Ensaios antecedentes ao período de ocupação. Cozinha 140 120 100 80 60 40 20 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 Tempo [hh:mm] 80 70 60 50 40 30 20 10 Q [m3/h] Ensaio 1 Ensaio 2 Ensaio 3 Ensaio 4 Ensaio 5 Ensaio 6 Temperatura [ºC] Fecho das portas interiores não reduz significativamente o caudal de exaustão. Aprox. 2 rph Tconduta Q & 110 m 3 / h T 5 K Caudal T 45K Texterior
Matosinhos. Ensaios antecedentes ao período de ocupação. WC 120 100 80 60 40 20 0 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 Tempo [hh:mm] 35 30 25 20 15 10 5 0 Q [m3/h] Ensaio 1 Ensaio 2 Ensaio 3 Ensaio 4 Ensaio 5 Ensaio 6 Temperatura [ºC] A utilização da instalação sanitária incrementa a sua ventilação Portas fechadas Q=0,55 rph Aprox. 1 rph Tconduta T 5 K Texterior Caudal
Matosinhos. Validação do modelo integral. Cozinha 140 Ensaio 1 Ensaio 2 Ensaio 3 Ensaio 4 Ensaio 5 Ensaio 6 120 Q [m3/h] 100 80 60 40 20 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 Tempo [hh:mm] Medido Simulado
Admissão de ar 150 100 Praticamente não existe varrimento entre fachadas O caudal-tipo esperado nos dois quartos situados a Norte totalizava Varrimento 60 m³/h, devido bem às como diferenças o da sala de de pressão estar formadas em fachadas diferentes, pode contribuir significativamente para a obtenção de tais caudais Q [m3/h] 50 0-50 Fachada Sul Fachada Norte -100 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 Tempo [hh:mm]
Ventilação transversal
Matosinhos. Apartamento ocupado. Inverno 7 360 6 5 4 3 2 1 0 315 270 225 180 135 90 45 0 15:00 17:00 19:00 21:00 23:00 1:00 3:00 5:00 7:00 9:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00 21:00 23:00 Tempo Velocidade do vento [m/s] Direcção do vento [º] N Direcção Velocidade O S E N
Matosinhos. Apartamento ocupado. Inverno 150 100 Admissão de ar predominante através da fachada Norte ventilação transversal Q [m3/h] 50 0-50 sub-ventilação na sala de jantar Fachada Sul Fachada Norte -100 15:00 18:00 21:00 0:00 3:00 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 21:00 0:00 Tempo [hh:mm]
Matosinhos. Apartamento ocupado. Primavera 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 Tempo 360 315 270 225 180 135 90 45 0 Velocidade do vento [m/s] Direcção do vento [º] Velocidade Direcção N O S E N
Matosinhos. Apartamento ocupado. Primavera 150 100 50 0-50 -100-150 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 Q [m3/h] O ciclo diário do regime do vento, sendo mais intenso durante o dia e menos à noite, contribui para minimizar as perdas de calor devido a 250 exfiltrações 200 Este fenómeno origina uma ventilação excessiva dos compartimentos orientados a Sul no período diurno e uma sub-ventilação dos compartimentos orientados a Norte no período nocturno. Fachada Sul Fachada Norte Tempo [hh:mm]
30 28 26 24 22 20 18 16 14 12 10 Matosinhos. Apartamento ocupado. Primavera Fenómeno de inversão de tiragem 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 Temperatura [C] Tint Text Tconduta Tempo [hh:mm]
Verifica-se que os caudais na cozinha e na instalação sanitária são, em geral, inferiores aos caudais-tipo; todavia, o seu valor mínimo só pontualmente 90 é inferior a metade do valor do caudal-tipo. 75 O caudal exaurido na Os caudais obtidos por instalação sanitária tem um padrão muito próximo mesmas tendências dos da velocidade do vento, caudais medidos. não sendo evidentes variações devidas à mudança da direcção do Casa de banho vento. simulação evidenciam as Matosinhos. Apartamento ocupado. Verão Q [m3/h] 60 45 30 15 0 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 6:00 12:00 18:00 0:00 4 Julho Tempo [hh:mm] 6 Julho Medido Simulado
Evacuação dos produtos da combustão >Projectos de investigação Gondomar o ventilação mista oensaios associando a ventilação natural com exaustão mecânica pontual
Gondomar 3rd and 5th flat: 1st + 4th floor (hybrid system) 4th flat: 2nd floor (natural system) 1st and 2nd flat: 1st + 4th floor (hybrid system) 6th and 7th flat: 1st + 4th floor (hybrid system)
Gondomar Air inlets (30 m 3 /h) Bath (9.2m 3 ): Natural exhaust Bed1: Bed2: 22.7m 3 31.7m 3 Living: 56.4m 3 Kitchen (23.2m 3 ): Mechanical exhaust Air inlets (30 m 3 /h) Fixed air inlet
Metodologia > Foram realizados dois conjuntos de ensaios em Gondomar: Ensaio 1 o Foi ativado o aparelho a gás do tipo B para aquecimento de água sanitária, situado no piso inferior; o foi ativada a exaustão na cozinha, onde se encontra o aparelho do tipo B, simulando a ativação do fogão; o o caudal de exaustão foi variado por degraus até se atingir o caudal de 240 m³/h; Ensaio 2 o Foi ativado o aparelho a gás do tipo B para aquecimento de água sanitária, situado no piso intermédio; o foi ativada a exaustão na cozinha no piso inferior simulando a ativação do fogão; o o caudal de exaustão foi variado por degraus até se atingir o caudal de 500 m³/h.
Esquentador ativo no piso inferior Dispositivo de segurança é automaticamente ativado 250 Temperatura 70 65 Caudal [m³/h] 200 150 100 Caudal 60 55 50 45 40 35 Temperatura [ºC] 50 0 FOGRCV ESQRCT 12:30 12:35 12:40 12:45 12:50 12:55 13:00 Tempo [h:m:s] 30 25 20
Esquentador ativo no piso intermédio Temperatura [ºC] 75 70 65 60 55 50 45 40 35 ESQRCT ESQ1AT ESQ2AT Temperatura piso 1 Escoamento de produtos da combustão para a cozinha do piso inferior Temperatura piso 0 Temperatura piso 2 30 16:45 16:50 16:55 17:00 17:05 17:10 17:15 Tempo [hh:mm]
Podem ocorrer condições para promover o escoamento dos produtos da combustão para o interior de outras O dispositivo de habitações, mesmo contrariando o segurança não promove Esquentador ativo no piso intermédio efeito de chaminé. o corte da alimentação, gerando-se um problema 700 Escoamento de de produtos segurança. da combustão para a ESQ1AV 600 ESQ2AV Caudal cozinha mec. do piso piso 0 inferior FOGRCV 500 Caudal [m³/h] 400 300 200 100 Caudal piso 1 Caudal piso 2 0 16:45 16:50 16:55 17:00 17:05 17:10 17:15 Tempo [hh:mm]
Netzero Energy School: Reaching the community Período de aquecimento
ENVIRH >Foi analisado o teor de CO 2 em 143 salas de 25 escolas em Lisboa e 20 escolas no Porto.
Reabilitação do edifício para novos usos >Verifica-se que em várias creches a conservação e melhoria da edificação passou pela reabilitação da caixilharia exterior, que correspondeu à substituição por caixilharia nova (em geral de alumínio). >Verifica-se que as suas características de desempenho limitam muito (como aliás é requerido) a renovação do ar. >A adoção de caixilharia de baixa permeabilidade ao ar deve ser acompanhada da implementação de meios de ventilação.
Conclusões >Os princípios enunciados na norma NP 1037-1: 2002 são adequados para assegurar a evacuação dos produtos da combustão. >Evidenciam as dificuldades de ventilação aí previstas, que conduziram à referenciação nessa norma da necessidade de complementar o sistema de ventilação natural com a abertura de janelas. >Ventilação mecânica mal implementada pode contrariar o escoamento dos produtos da combustão.
Desenvolvimentos futuros >Os edifícios devem ser dotados de sistemas de ventilação. >Torna-se desejável que sejam desenvolvidos estudos dos quais venham a resultar regras compatíveis com a utilização destes sistemas mecânicos e com a ventilação natural.
Desenvolvimentos futuros >Estes futuros estudos deverão assentar: (i) no princípio de independência do sistema de ventilação entre frações (tendo em vista evitar o impacte das pressões e depressões do sistema pontual de exaustão noutras frações), (ii) tirar partido da ação do vento para assegurar a ventilação da fração, quando os exaustores estão inativos, (iii) assegurar a ventilação mesmo quando as janelas estão fechadas e (iv) evitar caudais excessivos.
Exemplo
Ventilação natural e mista em edifícios Obrigado pela atenção!