ANÁLISE DA VENTILAÇÃO NATURAL EM APARTAMENTOS REVERSÍVEIS POR MEIO DE ENSAIOS ANALÓGICOS NA MESA D´ÁGUA

Alexandre Márcio Toledo (1); Nayane Laurentino (2)

(1) Doutor, Professor do curso de Arquitetura e Urbanismo, prof.amtoledo@fau.ufal.br (2) Bolsista de Iniciação Científica, nayane_al@hotmail.com

Universidade Federal de Alagoas, Faculdade de Arquitetura e Urbanismo, Grupo de Estudos em Projeto de Arquitetura (GEPA), Maceió/ AL, Tel.: (082) 3241- 1264

RESUMO No trópico quente e úmido, a ventilação natural é de suma importância para garantir o conforto térmico dos usuários de edifícios não climatizados, sobretudo os residenciais. O mercado imobiliário visando maior flexibilidade tem oferecido apartamentos com dormitórios e banheiros reversíveis. O objetivo do presente artigo é analisar o comportamento do escoamento da ventilação natural pela ação do vento em edifícios de apartamentos com dormitórios e banheiros reversíveis. A metodologia consistiu na realização de ensaios analógicos de escoamento com maquetes vazadas no equipamento mesa d´água, utilizando o método do traçador e a técnica de injeção direta do indicador; adotaram-se doze apartamentos de três edifícios, e realizaram-se quatro ensaios para cada edifício, totalizando-se doze ensaios. Os resultados demonstram que os dormitórios reversíveis ampliaram as possibilidades de ventilação conjunta dos apartamentos, por permitir ligação direta entre o setor íntimo e de serviço; e que os apartamentos que apresentam também banheiros reversíveis resultam em maior equilíbrio entre aberturas de entrada e saída do escoamento. Conclui-se pela vantagem dos dormitórios e banheiros reversíveis para a ventilação natural dos apartamentos. Nas próximas etapas, considerar-se-ão as portas dos dormitórios reversíveis fechadas para o serviço ou para o setor íntimo.

Palavras-chave: Ventilação Natural; Ensaios Analógicos; Edifícios de Apartamentos.

ABSTRACT In hot and humid tropics, natural ventilation is of paramount importance to ensure the thermal comfort of the users of non-air conditioned buildings, especially residential. The housing market has provided for great flexibility apartments with bedrooms and bathrooms reversible. The aim of this paper is to analyze the flow behavior of natural ventilation by wind action on apartment buildings with bedrooms and bathrooms reversible. The methodology consisted of testing analog models cast in the runoff with the water table equipment, using the tracer method and the technique of direct injection of the indicator have been adopted twelve apartments in three buildings, and held four trials for each building, amounting to twelve tests. The results show that the dormitories reversible expanded the possibilities for joint ventilation of the rooms, to allow direct connection between the intimate and the service sector, and that the apartments also have bathrooms reversible result in greater balance between the entrance and exit of the flow. The results confirmed the advantage of bedrooms and bathrooms to reverse the natural ventilation of the apartments. In the next steps will be considered the reverse closed doors of the dormitories for the service sector or the intimate.

Keywords: Natural ventilation; testing analog; apartment buildings.

1. INTRODUÇÃO A orientação adequada para captação dos ventos locais, a disposição e o tamanho

das aberturas são aspectos comumente considerados para se analisar a ventilação natural pela ação do vento em edifícios (OLGYAY, 1998; BOUTET, 1987). Visto que o aproveitamento da ventilação natural pelos edifícios é de suma importância em clima quente

e úmido moderado, presente na maior parte do litoral do nordeste do Brasil (LAMBERTS et al., 2007), o conhecimento de seu comportamento é de fundamental interesse para o projeto do sistema de aberturas de ventilação.

O conhecimento prático sobre ventilação natural dos edifícios baseia-se na teoria de distribuição de pressão do vento nas superfícies do edifício (ETHERIDGE; SANDEBERG, 1996; BLESSMANN, 1990; AYNSLEY; MELBOURNE; VICKERY, 1977). O problema é aplicar esse conhecimento prático aos edifícios de forma ou distribuição interior complexas, nos quais a distribuição de pressão e o escoamento interno não são tão simples de serem observados ou estimados.

A experimentação da ventilação natural dos edifícios realiza-se por duas abordagens distintas, porém complementares: a quantitativa, a qual inclui medições in loco e em modelos (em escala real ou reduzida); a qualitativa, a qual inclui a utilização dos métodos e técnicas de visualização de escoamentos. Esses métodos tradicionais apresentam várias aplicações práticas e servem para elucidar o comportamento de fenômenos físicos por meio de observação visual, permitindo a obtenção de dados tanto qualitativos quanto quantitativos (TOLEDO, 2006).

Apesar das simplificações e das limitações visuais, por apresentar resultados apenas bidimensionais, verifica-se o grande potencial dos ensaios analógicos como ferramenta de visualização qualitativa para o entendimento do escoamento do ar pela ação do vento no interior dos edifícios (GERMANO, M.; ROULET, C. A., 2006), por trabalharem com baixa velocidade e permitirem a visualização instantânea do escoamento.

Os métodos tradicionais de visualização de escoamentos com modelos em escala reduzida exigem menos tempo de trabalho e menor custo operacional, constituindo-se em boa alternativa para os modelos CFD’s (Dinâmica de Fluidos Computacional), os quais são muito eficazes quantitativa e qualitativamente; porém, segundo Toledo (2006), podem ser considerados impróprios por ainda serem pouco acessíveis, implicarem treinamento especializado, equipamentos de informática com grande capacidade de memória de processamento e onerosas licenças pelo uso dos programas; além de dificuldade em simular plantas complexas.

O setor imobiliário, visando atender a perfis diferentes de usuários tem ofertado apartamentos com dormitórios e banheiros reversíveis, os quais apresentam mais flexibilidade de uso, permitindo tanto a ampliação do setor íntimo quanto a do setor de serviço. Como se dá a ventilação natural nesses apartamentos? Até que ponto os dormitórios e banheiros reversíveis contribuem para a ventilação natural dos apartamentos?

2. OBJETIVO Analisar o comportamento do escoamento da ventilação natural pela ação do vento

em edifícios de apartamentos com dormitórios reversíveis.

3. METODOLOGIA Para a consecução dos objetivos propostos, realizaram-se ensaios analógicos de

escoamento no equipamento mesa d´água, com maquetes vazadas de edifícios de apartamentos existentes, construídos em terrenos remembrados (30x30) e de diferentes tipologias programáticas.

3.1. Equipamento Mesa D’Água Utilizou-se o equipamento mesa d´água do Laboratório de Conforto Ambiental da

Faculdade de Arquitetura e Urbanismo da Universidade Federal de Alagoas, o qual consiste em um canal aberto e paralelo que trabalha em ciclo fechado (fig. 1).

Figura 3: Planta baixa setorizada e orientada do Edifício Caiçara.

SENTIDO DO ESCOAMENTO

Figura 1: Equipamento Mesa d’água da UFAL. Fonte: HASTEN-REITER, 2007

O equipamento é composto por uma placa horizontal de vidro transparente, montada numa estrutura de perfis metálicos, sobre a qual a água escoa em velocidade uniforme, ao longo de sua largura, e que constitui o campo de observação e ensaio.

Nas laterais da estrutura, fechados com vidros transparentes, situam-se os dois reservatórios: o montante, do qual a água provém e o jusante, para o qual a água escoa. Complementam o equipamento um sistema hidráulico e outro elétrico (TOLEDO; PERREIRA, 2003).

3.2. Edifícios Analisados

Selecionaram-se três edifícios multifamiliares localizados no bairro Jatiúca, na orla marítima da cidade de Maceió/AL (fig. 2). Os três edifícios apresentam arranjos espaciais e programa de necessidades semelhantes e possuem um dormitório reversível, os quais permitem abertura direcionada ora para a área de serviço, funcionando como dependência de empregada, ora para a área íntima, funcionando como mais um dormitório.

Figura 2: Localização dos edifícios no loteamento Stella Maris, em Maceió.

Os três edifícios apresentam praticamente os mesmos ambientes: sala de estar/jantar e varanda, 1 dormitório reversível, cozinha e área de serviço. O edifício Renom apresenta 1 suíte e 3 banheiros, sendo um na suíte, um social e outro de serviço. O edifício Turmalina apresenta apenas dois banheiros: um reversível e outro de serviço. O edifício Caiçara não possui a suíte, mas apenas 2 dormitórios.

Para facilitar as análises, a numeração dos apartamentos corresponde à orientação solar: os Apartamentos 1 e 2 orientados a sul/leste, e norte/leste, respectivamente, e os Apartamentos 3 e 4 orientados a norte/oeste e sul/oeste, respectivamente.

O Edifício Caiçara apresenta 8 pisos/ Pilotis com Garagem / 4 Ap.

Figura 5: Planta baixa setorizada e orientada do Edifício Turmalina.

Figura 4: Planta baixa setorizada e orientada do Edifício Renom.

por andar (fig. 3). A fachada principal é orientada para oeste e todos os apartamentos possuem a mesma distribuição dos ambientes, variando apenas a orientação das aberturas externas. A circulação vertical encontra-se disposta ao centro da edificação, separando os apartamentos de forma longitudinal, continuado por dois poços abertos.

Apresentam as aberturas do setor de serviço voltadas para o interior do poço e as aberturas dos setores social e íntimo voltadas para as orientações norte (2 e 3) e sul (1 e 4) e as aberturas dos dormitórios reversíveis voltadas para as fachadas leste (ap. 1 e 2 ) e oeste (ap. 3 e 4).

Os edifícios Renom e Turmalina apresentam 8 pisos/ Pilotis/ 4 Ap. por andar/ Garagem semi-enterrada, arranjo espacial semelhante com distribuição dos setores social, íntimo e de serviço (fig. 4 e 5).

As fachadas principais encontram-se orientadas para leste e os apartamentos anteriores (1 e 2) limitam-se pela área social e os apartamentos posteriores (3 e 4) separam-se pela circulação vertical e poço aberto.

Esses dois edifícios se diferenciam pela organização dos ambientes que gera diferentes efeitos visuais nas fachadas. Enquanto o edifício Renom trabalha as fachadas de forma dinâmica, tornando-as mais porosas pela presença de avanços e recuos, o edifício Turmalina trata as fachadas de forma estática, por meio de superfícies contínuas e discretos recuos das aberturas dos dormitórios.

Os dois edifícios apresentam as aberturas dos apartamentos 1 e 2 orientadas, em sua maioria, para leste, exceto a dos dormitórios reversíveis e de serviço orientadas para as faces sul e norte do edifício, respectivamente. Já as aberturas dos apartamentos 3 e 4 são orientadas, em sua maioria, para as faces norte e sul, respectivamente, tendo apenas as aberturas do dormitório reversível e da área de serviço orientadas para oeste.

3.3. Confecção das Maquetes Confeccionaram-se maquetes vazadas dos pavimentos tipos dos três edifícios na

escala 1/50 em MDF, cortadas com serra tico-tico e com três centímetros de altura.

Figura 6: Imagens da Maquete vazadas (frente e verso) do edifício Turmalina.

Consideraram-se portas e janelas como vãos abertos, com exceção das portas de acesso aos apartamentos, consideradas como se estivessem sempre fechadas. Nesta etapa, consideraram-se as duas portas dos dormitórios reversíveis abertas.

Pintaram-se as maquetes com tinta acrílica nas cores amarelo, verde e preto, para facilitar a visualização da espuma branca e identificação de cada edifício, também envernizaram-se as maquetes para a melhor impermeabilização das mesmas.

Para resolver o problema de fixação da maquete no equipamento, colocaram-se nas extremidades da base, na parte inferior, arruelas metálicas que com o auxilio de ímãs prende as maquetas à mesa de vidro.

3.4. Os ensaios Realizaram-se ensaios de escoamento para quatro orientações diferentes de vento

(Nordeste, Leste, Sudeste e Sul). Essas quatro orientações correspondem a mais de 90% da incidência dos ventos na cidade de Maceió (TOLEDO, 2006). Registraram-se os ensaios por meio de câmera fotográfica digital, totalizando 12 (doze) ensaios, sendo 4 (quatro) ensaios por maquete. O método de visualização utilizado foi o do traçador e a técnica de injeção direta do indicador, utilizando-se detergente lava-louça.

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO

4.1. Edifício Caiçara O vento Leste é captado nos apartamentos 1 e 2 pelas janelas dos dormitórios

reversíveis voltadas para leste e aberturas do serviço, voltadas para o poço central, com saídas pelos ambientes dos setores social e íntimo, orientadas para sul e norte, respectivamente, com boa abrangência. Já os apartamentos 3 e 4 captam o vento Leste lateralmente pelas aberturas dos ambientes do setor social e íntimo, situadas a sul e leste, respectivamente, com saídas pelo dormitório reversível, orientado para oeste, e aberturas do setor de serviço, voltadas para o poço aberto; porém com pouca abrangência.

O vento Nordeste é captado diretamente pelos apartamentos 1, 2 e 3. No apartamento 1, entra pelas aberturas do setor de serviço e pelo dormitório reversível e sai pelas aberturas dos ambientes dos setores social e íntimo. No apartamento 2, entra pelas aberturas do setor íntimo e dormitório reversível e sai pelas aberturas dos setores social e serviço. No apartamento 3, entra pelas aberturas dos setores social e íntimo e sai pelas aberturas do setor de serviço e dormitório reversível. O apartamento 4 capta ventilação Nordeste através do poço aberto, proveniente do escoamento do apartamento 3.

O vento Sudeste apresenta comportamento simétrico ao do vento Nordeste,

envolvendo captação direta pelos apartamentos 1, 2 e 4 e indireta pelo apartamento 3, proveniente do apartamento 4. O vento Sul é captado diretamente pelos apartamentos 1 e 4, com entradas pela área social e íntima e saídas pela área de serviço e pelos dormitórios reversíveis. E indiretamente pelos apartamentos 2 e 3, provenientes dos apartamentos 1 e 4, respectivamente.

Figura 07: Ensaios de escoamento no Edifício Caiçara para os quatro ventos (L, NE, S e SE)

APARTAMENTO LESTE NORDESTE SUDESTE SUL

A1 2E/4S 3E/3S 4E/2S 3E/3S

A2 2E/4S 4E/2S 3E/3S 2E/4S

A3 3E/3S 3E/3S 1E/5S 2E/4S

A4 3E/3S 1E/5S 3E/3S 3E/3S

Quadro 1: Relação de Aberturas de Entrada (E) e Saída (S) para as quatro direções de vento nos apartamentos do Edifício Caiçara

4

3 1

2

4 3

1 2

4

3

1

2

4

3

1

2

Os apartamentos do edifício Caiçara apresentam, em geral, equilíbrio entre as aberturas de entrada (E) e saída (S). Com exceção para o vento Nordeste no apartamento 4 e para o vento Sudeste no apartamento 3, ambos com apenas uma abertura de entrada e cinco aberturas de saída (Quadro 1).

Os dormitórios reversíveis atuaram tanto como entrada quanto saída, e sempre favorecendo o escoamento no interior dos apartamentos.

4.2. Edifício Renom O vento Leste é captado nos apartamentos 1 e 2 pelas aberturas dos ambientes do

setor social e íntimo, situadas a leste, com saídas pelo dormitório reversível e serviço, orientadas para sul e norte, respectivamente, com boa abrangência. Já os apartamentos 3 e 4 captam o vento Leste lateralmente, com entrada pelo setor social e íntimo e saídas pelo dormitório reversível, orientado para oeste, e aberturas do setor de serviço, voltadas para o poço aberto; porém com boa abrangência, favorecida pelos avanços e recuos dos elementos nas fachadas.

Figura 08: Ensaios de escoamento no Edifício Renom para os quatro ventos (L, NE, S e SE)

O vento Nordeste é captado diretamente pelos apartamentos 1, 2 e 3. No

apartamento 1, entra pelas aberturas dos setores social e íntimo e sai pelas aberturas dos

1

2

4

3

1

2 4

3

4

3 1

2

4 3

1 2

ambientes do setor de serviço e pelo dormitório reversível. No apartamento 2, entra pelas aberturas do dormitório e banheiro da suíte e sai pelas aberturas dos setores social, suíte, dormitório reversível e serviço. No apartamento 3, entra pelas aberturas dos setores social e íntimo e sai pelas aberturas do setor de serviço e dormitório reversível. O apartamento 4 não capta ventilação Nordeste.

O vento Sudeste apresenta comportamento simétrico ao do vento Nordeste, envolvendo captação direta pelos apartamentos 1, 2 e 4 e sem captação de ventilação Sudeste pelo apartamento 3. O vento Sul é captado diretamente pelos apartamentos 1 e 4, com entradas pela área social e íntima e saídas pela área de serviço e pelos dormitórios reversíveis. E indiretamente pelos apartamentos 2 e 3, provenientes dos apartamentos 1 e 4, respectivamente.

Os apartamentos do edifício Renom apresentam, em geral, equilíbrio quanto às aberturas de entrada (E) e saída (S); com exceção para o vento Sudeste no apartamento 1, com seis entradas e uma saída, para o vento Nordeste no apartamento 2 e vento Sul no apartamento 3, ambos com apenas duas aberturas de entrada e cinco aberturas de saída (Quadro 2).

Os dormitórios reversíveis atuaram tanto como entrada quanto saída, e sempre favorecendo o escoamento no interior dos apartamentos.

4.3. Edifício Turmalina

O vento Leste é captado nos apartamentos 1 e 2 pelas aberturas dos ambientes do setor social e íntimo, situadas a leste, com saídas pelo banheiro da suíte, dormitório reversível e serviço, orientadas para sul e norte, respectivamente, com boa abrangência. Já os apartamentos 3 e 4 captam o vento Leste lateralmente, com entrada pelo setor social e íntimo e saídas pela suíte, banheiro reversível, dormitório reversível, orientado para oeste, e aberturas do setor de serviço, voltadas para oeste e poço aberto; porém com boa abrangência.

O vento Nordeste é captado diretamente pelos apartamentos 1, 2 e 3. No apartamento 1, entra pelas aberturas dos setores social e íntimo e sai pelo serviço e pelo dormitório e banheiro reversíveis. No apartamento 2, entra pela suíte, banheiro e dormitório reversíveis e sai pelas aberturas do setor social, dormitório e serviço. No apartamento 3, entra pelas aberturas dos setores social e íntimo e sai pelo serviço, banheiro e dormitório reversíveis. O apartamento 4 não capta ventilação Nordeste.

O vento Sudeste apresenta comportamento simétrico ao do vento Nordeste, envolvendo captação direta pelos apartamentos 1, 2 e 4 e sem captação de ventilação Sudeste pelo apartamento 3. O vento Sul é captado diretamente pelos apartamentos 1 e 4. No apartamento 1, com entradas pelo serviço, dormitório e banheiro reversíveis e saída pela área social e íntima. No apartamento 4 com entradas pela área social e íntima e saídas pela área de serviço e pelo banheiro e dormitório reversíveis. E captado lateralmente pelo apartamento 2, e indiretamente pelo apartamento 3, proveniente do apartamento 4.

APARTAMENTO LESTE NORDESTE SUDESTE SUL

A1 3E/4S 3E/4S 6E/1S 4E/3S

A2 3E/4S 2E/5S 3E/4S 3E/4S

A3 3E/4S 3E/4S - 2E/5S

A4 3E/4S - 3E/4S 3E/4S

Quadro 2: Relação de Aberturas de Entrada (E) e Saída (S) para as quatro direções de vento nos apartamentos do Edifício Renom

Figura 09: Ensaios de escoamento no Edifício Turmalina para os quatro ventos (L, NE, S e SE)

Os apartamentos do edifício Turmalina apresentam maior equilíbrio (3E/3S) quanto

às aberturas de entrada (E) e saída (S); com exceção para o vento Nordeste no apartamento 2, com quatro entradas e duas saídas (Quadro 3).

Os dormitórios e banheiros reversíveis atuaram tanto como entrada quanto saída, e sempre favorecendo o escoamento no interior dos apartamentos e possibilitando o equilíbrio entre aberturas de entrada e saída.

APARTARTAMENTO LESTE NORDESTE SUDESTE SUL

A1 3E/3S 3E/3S 3E/3S 3E/3S

A2 3E/3S 4E/2S 3E/3S 3E/3S

A3 3E/3S 3E /3S - 3E/3S

A4 3E/3S - 3E/3S 3E/3S

Quadro 3: Relação de Aberturas de Entrada (E) e Saída (S) para as quatro direções de vento nos apartamentos do Edifício Turmalina

4 3

1 2

4

3 1

2

4

3

1

2

4

3

1

2

5. CONCLUSÃO Nesse artigo analisou-se o comportamento da ventilação natural em apartamentos

com dormitórios reversíveis de três edifícios localizados em Maceió/AL, por meio de ensaios analógicos no equipamento mesa d’água para quatro direções de vento (Sudeste, Leste, Nordeste e Sul). Com os registros dos ensaios realizados por filmagens e fotografia pode-se fazer analise do escoamento em cada apartamento.

Os resultados demonstram que os dormitórios reversíveis ampliaram as possibilidades de ventilação conjunta dos apartamentos, por permitir ligação direta entre o setor íntimo e de serviço. Os apartamentos que apresentam também banheiros reversíveis resultaram em maior equilíbrio entre aberturas de entrada e saída do escoamento, devido a maior possibilidade de percursos internos do escoamento.

Conclui-se pela vantagem dos dormitórios e banheiros reversíveis para a ventilação natural dos apartamentos. Nas próximas etapas da pesquisa pretende-se considerar as portas dos dormitórios reversíveis abertas apenas para o serviço ou para o setor íntimo, e as portas do banheiro reversível abertas apenas para a suíte ou para o hall do setor íntimo.

6. REFERÊNCIAS AYNSLEY, R. M.; MELBOURNE, W.; VICKERY, B. J. Architectural aerodynamics. London: Applied Science Publishers, 1977. BLESSMANN, J. Aerodinâmica das construções. Porto Alegre: Sagra, 1990. BOUTET, T. S Controlling air movemement: a manual for architects and builders. New York: McGraw-Hill, 1987. ETHERIDGE, D.; SANDEBERG, M. Building ventilation: theory and measurement. Sussex (UK): Wiley & Sons, 1996. GERMANO, M.; ROULET, C. A. Multicriteria assessment of natural ventilation potential. Solar Energy, 2006.

HASTEN-REITER, Joyce de Amorim. Vista e vento: avaliação da ventilação natural no Residencial Alto das Alamedas. Trabalho Final de Graduação (Arquitetura e Urbanismo), Universidade Federal de Alagoas. Maceió, 2009.

LAMBERTS, R.; DUTRA, L.; PEREIRA, F. O. R. Eficiência energética na arquitetura. São Paulo: PW Ed., 1997. LUZ, J.T.M.M. Avaliação do Desempenho da ventilação natural pela ação do vento em apartamentos de Maceió – AL. Relatório de Iniciação Científica, Universidade Federal de Alagoas, 2007.

OLGYAY, V. Arquitectura y clima: manual de diseño bioclimático para arquitectos y urbanistas. Barcelona: Gustavo Gili, 1998. TOLEDO, A. M. Avaliação do desempenho da ventilação natural pela ação do vento em apartamentos: uma aplicação em Maceió/AL. Tese (Engenharia Civil), Universidade Federal de Santa Catarina. Florianópolis, 2006. TOLEDO, A. M.; PEREIRA, F. O. R. O potencial da mesa d’água para a visualização analógica da ventilação natural em edifícios. In: ENCONTRO NACIONAL DE CONFORTO NO AMBIENTE CONSTRUÍDO. 7, 2003. Curitiba. Anais ENCAC/COTEDI 2003. Curitiba: ANTAC, 2003. p. 1383-1390. 1 CD-ROM

7. AGRADECIMENTO Ao CNPQ pela concessão da bolsa de pesquisa de Iniciação Científica, a qual

possibilitou a continuidade da pesquisa Avaliação do desempenho da ventilação natural em apartamentos de Maceió/AL.