1

A ventilação cumpre, na maioria dos edifícios de serviços, um duplo papel:

- Garantir a qualidade do ar - Remover cargas térmicas

No caso da qualidade de ar interior (QAI) podemos distinguir três grupos de poluentes:

- Devido aos ocupantes (CO2, humidade, odores) - Devido aos materiais de construção (COV, etc.) - Provenientes do exterior (partículas, radão, CO, etc.)

Aula P: Qualidade de Ar Interior

2

Concentração =

Previsão de concentração de poluentes

Quantidade de Poluente

Quantidade de ar

Caudal de poluente

Caudal de ar

Concentração = Interior

Concentração Exterior +

3

Caudal de = Ventilação

Qual o caudal de ar adequado?

Caudal de poluente introduzido

Concentração máx. - Concentração ext.

Nesta expressão é preciso atenção à coerência de unidades: as unidades utilizadas para o caudal nos dois lados da equação têm de ser idênticas Faz-se esta análise para os diferentes poluentes e o contaminante mais exigente....manda!

4

Para níveis de metabolismo normais (dentro do âmbito de aplicação do modelo Fanger) a relação entre o nível metabólico e o consumo de O2 é a seguinte (Emmerich & Persily 2001): Em que: AD é a área de superfície corporal (correlação de DuBois), M é o nível metabolico em Met, RQ é o rácio entre consumo de O2 e produção de CO2 (0.83). Aplicando valores standard obtém-se: De acordo com a correlação proposta por DuBois (m em kg e h em metros):

Aula P: Qualidade de Ar Interior – Correlação para previsão de quantidade de CO2 Produzido por ocupante

slRQ

MAV Do /

77.023.000276.0

2

.

+=

slV O /0062.077.083.023.02.18.100276.0

2

.=

+×××=

725.0425.0202.0 hmAD ××=

5

A correlação apresentada no slide anterior prevê para um homem adulto uma produção de CO2 de 18.5 l/h. Utilizando a expressão de DuBois em conjunto com o nível metabólico (em Met) é possível obter outros volumes de emissão. Quando se fazem cálculos de concentração de CO2 tipicamente opta-se por utilizar partes por milhão ou mg/m3. Tendo em conta que a imprecisão introduzida pela aproximação de Boussinesq (ar incompressível) é negligenciável: as duas abordagens são equivalentes. Neste caso a conversão entre mg/m3 e ppm obtém-se (ρ=1.2041 kg/m3, CO2=44.01 g/mol, Ar=28.98 g/mol): 1800 mg/m3 = 1495 mg/kga = 28.98/44.01 x 1495 = 984.4 ppm ≈ 1000 ppm

Aula O: Qualidade de Ar Interior – Correlação para previsão de quantidade de CO2 Produzido por ocupante

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Método de Cálculo Para obter prever o nível de CO2 utiliza-se a solução analítica da equação de conservação de CO2 no interior de um

compartimento (neste caso em ppm, nesta expressão um espaço entre variáveis equivale a uma multiplicação):

Em que: Vs é o volume da sala em m3. CO2 é a concentração interior de CO2 (ppm). ML é a produção de CO2 por ocupante (em mililitros). Occ é o numero de ocupantes. F é o fluxo de ar devido a infiltração (m3/s).

Na solução utilizam-se renovações por hora (RPH) CO2e é a concentração exterior de CO2.

A solução desta equação para o caso CO2[0]= CO2e é a seguinte:

Aula O: Qualidade de Ar Interior – Correlação para previsão de quantidade de CO2 Produzido por ocupante

7

Caudal de ar necessário para um ocupante (CO2 )

Caudal Necessário = 18 l/h(1400 - 400) 10-6 =

Para remover o CO2 produzido por uma pessoa de forma a limitar a concentração interior a 1400 ppm quando temos 400 ppm no exterior:

/hm 18l/h 18'000 3==

8

Caudal Necessário = 18 l/h(5000 - 400) 10-6 =

Para remover o CO2 produzido por uma pessoa de forma a limitar a concentração interior a 5000 ppm quando temos 400 ppm no exterior:

= 3900 l/h = 4 m3 /h

Caudal de ar necessário para um ocupante (CO2 )

9

Neste caso, o nariz é o aparelho de medida: ¬ Um olf: é o debito de odor produzido por uma pessoa...típica. É o equivalente a uma potência “de odor”. ¬ Um pol = é o resultado da diluição de um olf num caudal igual a um litro de ar limpo por segundo.

Para além da necessidade de controlar o nível de CO2, existe também a necessidade de quantificar a concentração de odor produzido pelos ocupantes

10

0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

Pour

cent

age

d'in

satis

faits

Concentration [pol]

O Olf e o pol foram propostos por Fanger, que propôs também uma relação entre pol (na horizontal do gráfico) e percentagem de pessoas insatisfeitas (no eixo vertical)

11

Caudal Necessário = 1 olf0,2 pol

= 5 ls

Para remover os odores produzidos por um ocupante de forma a limitar o odor interior a 0,3 pol quando temos 0,1 pol no exterior:

/hm 18 0,005 3600 h 1/3600m 0,005

sl 5 3

3=×==

Caudal de ar necessário para um ocupante controle de odores

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Caudal Necessário = 72 g/h(7-4) g/kg

= 24 kgh ou 20 m3 /h

Para remover o vapor de água produzido por um ocupante, de forma a manter uma HR de 40% (temperatura interior de 22°C) em condições de ambiente exterior de 0°C e 100% de HR:

22°C et 40% HR corresponde a 7 g/kg d’air

0°C et 100% HR corresponde a 4 g/kg d’air

Caudal de ar necessário para um ocupante controle de humidade

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Caudal Nacessário = 120 W(22-0) K !0,34 Wh/(m3K)

=16 m3

h

Caudal necessário para remover o calor sensível introduzido por um ocupante quando estão 22°C no interior e 0°C no exterior:

Caudal de ar necessário para um ocupante controle de temperatura

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Resumo dos resultados dos exemplos anteriores...qual o caudal de ar novo necessário (m3/h por ocupante)?

Débit requis [m³/h]0 5 10 15 20 25

Odeur

CO²

Vapeur d'eau

Chaleur

Air inspiré

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Poluente Odor CO2 Vapor Calor"Débito" 1 Olf 18 l/h 72 g/h 120 W"Concentração" 0.3 Pol 1400 ppm 7 g/kg 22 °CConc. ext. 0.1 Pol 400 ppm 4 g/kg 0 °CCaudal de ar [m!/h] 18 18 20 16

Neste exemplo é o vapor de água que determina o caudal a utilizar

Caudal de ar necessário para um ocupante

Aula Q

Eficiência de Sistemas de Ventilação

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Existem vários regras para a promoção da Q.A.I.: Reduzir as fontes de poluição interior, em particular: evitar a utilização de materiais poluentes. Controlar as fontes de poluição interior através de exaustão localizada, junto a cada fonte. Posicionar cuidadosamente as admissões de ar novo exterior (>1.5m do pavimento, distanciada mais de 5-15m das exaustões). Utilizar sistemas de ventilação eficientes, com caudais de ar novo adequados. Quando necessário utilizar sistemas mecânicos com filtragem de eficiência adequada.

Aula Q: Qualidade de Ar Interior – Estratégias Base

A regulamentação nacional sobre Qualidade de Ar Interior (QAI)

•  RSECE impõe concentrações limite para vários poluentes

•  Concentrações Máximas

Os valores dos caudais mínimos de ar novo foram definidos a partir dos limites acima (maioritariamente a partir do limite de CO2)

Os limites do RSECE Qualidade de Ar Interior - CAUDAIS

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A eficiência de um sistema de ventilação condiciona todas as funções que o sistema cumpre. Quanto menor for a eficiência, maior será o caudal de ar necessário para garantir um determinado caudal efetivo:

Caudal efetivo= Caudal total x Eficiência De uma forma simplificada podemos dividir os sistemas de ventilação mecânica associados aos sistemas de climatização em duas famílias “extremas”: 1. Sistemas perfeitamente estratificados (ventilação por deslocamento) 2. Sistemas perfeitamente misturados (ventilação por mistura) Os sistemas de ventilação mecânica mais usuais e convencionais são do tipo 2. Os sistemas do tipo 1 surgem normalmente em grandes espaços, construídos de raiz. Na prática não existem sistemas perfeitos, pelo que nenhum sistema é do tipo 1 ou 2, sendo antes uma combinação dos dois. Por norma, a maior predominância de um dos casos permite enquadrar o sistema. O sistema mais corrente é do tipo parcialmente misturado (2). Curiosamente, uma das razões para a não obtenção de mistura perfeita é a estratificação (que está na base do sistema 1!). O tema da eficiência de ventilação é normalmente discutido para edifícios de serviços. No caso dos edifícios residenciais as necessidades de ar novo são menores, tornando este tema menos relevante.

Sistemas de ventilação mecânica Padrões e eficiência de ventilação

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Ventilação por deslocamento vertical Neste tipo de sistema o ar entra por baixo (mais frio do que a temperatura média da sala) e sai por cima (mais quente). É um sistema em que se utiliza insuflação a baixa velocidade de insuflação (<0.2m/s). O ar quente forma uma camada de mistura a nível superior, que não deverá penetrar na zona ocupada (se isso acontecer perde-se o benefício do sistema). Este sistema é muito eficaz em situações onde as fontes de poluentes interiores aquecem o ar (ou seja: também são cargas térmicas). Este sistema têm eficiência de ventilação máxima...desde que o ar de ventilação não esteja mais quente que a sala (para isso a sala tem de ter fontes de calor....e precisar de arrefecimento). Este tipo de sistema é muito interessante em espaços de grande altura: permite climatizar apenas a zona inferior (que é a que normalmente está ocupada).

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Ventilação por deslocamento vertical

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Neste tipo de sistema o ar entra por cima e sai por cima ou por baixo (não faz grande diferença). É um sistema em que se utiliza insuflação a alta velocidade (> 3-4m/s). O sistema tenta promover uma mistura perfeita com o ar da sala. Este sistema é muito eficaz em situações de elevada carga térmica de arrefecimento (superior a 60W/m2). Este sistema têm eficiência de ventilação variável, mas sempre inferior a 0.9. Este tipo de sistema é muito utilizado porque, por norma, não é fácil introduzir o ar a nível inferior (interfere demasiado com a flexibilidade de utilização dos espaços). Sistema mais comum (+90% dos casos).

Ventilação por mistura

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Eficiência de Ventilação - Definição

¬ Constante de tempo nominal

¬ Tempo de renovação do ar Τr : dobro da idade média do ar

¬ Eficiência de ventilação:

!n =Volume ventilado

Caudal

!v =" n" r

25

Eficiência de Ventilação

! v=" n" r

= " n2"

! n = V˙ V

= 1nL

ηv = 1

ηv < 0,5

ηv = 0,5

Idade média do ar τ

Constante de tempo nominal

Rendimento do sistema de

ventilação

26

0100200300400500600700800900

1000

Valeurs initiales Après amélioration

Tem

ps [s

]

0102030405060708090100

Effic

acité

[%] .

Age moyenConstante de temps Efficacité

Exemplo de melhoria de eficiência de sistema de ventilação: a duplicação da eficiência permite reduzir o caudal de ar novo para metade.