quinta-feira, 19 de setembro de 2013

Resumo Geral - Ventilação Natural / Cálculos: Velocidade média do vento e Dimensionamento das aberturas

DESEMPENHO TÉRMICO DAS EDIFICAÇÕES:
VENTILAÇÃO NATURAL
·         Grande parte do território brasileiro é constituído por regiões com clima quente e úmido.
·         As estratégicas bioclimáticas de projetos arquitetônico se concentra em controlar os ganhos de calor nas construções, bem como remover a carga térmica das mesma.
·         A redução dos ganhos de calor é conseguida através de sombreamento da envoltória das edificações, principalmente dos painéis envidraçados e da utilização das cores claras.
VENTILAÇÃO NATURAL EM EDIFICAÇÕES:
·         É uma das mais antigas técnicas de resfriamento passivo.
·         Movimentação ou passagem de ar para o ambiente, sem que seja necessário energia por fontes mecânicas.
·         3 finalidades complementares para a ventilação natural:
1ª – Manter a qualidade do ar nos ambientes internos:
- adequada renovação do ar;
- remover as impurezas eventualmente existentes;
- manter os níveis de oxigênio em patamares apropriados;
2ª – Ventilação para resfriamento das edificações:
- retirar a carga térmica absorvida pelas construções em decorrência da exposição do edifício a radiação solar;
- retirar a carga térmica dos ganhos térmicos produzidos no interior das edificações, devido a presença dos usuários, existência de equipamentos elétricos, de iluminação artificial, etc;
* Nesses casos, altas taxas de ventilação podem propriciar
Temperaturas internas muito próximas das externas.
3ª – Ventilação para resfriamento dos usuários:
 - trocas de calor por convecção, que ocorrem quando o fluxo de ar entra em contato com o corpo humano;
- efeito refrescante provocado pela evaporação do suor da pele.
* O resfriamento fisiológico é muito importante em regiões com elevada umidade do ar,
pois a pele úmida é, frequentemente, apontada como a principal causa do desconforto.
·         Em locais onde o vento possui direção estável e velocidade acima de 3,00 m/s, a ventilação proporcionada pela força do vento é a estratégica de refrigeração mais simples e eficiente.
·         Quando o resfriamento por ventilação for empregado, é sensato prever algum esquema de ventilação mecânica para fazer frente ao períodos de calmaria. Eles serão usados esporadicamente e seu baixo consumo de energia propicia um sistema auxiliar altamente eficiente para complementar os processos de resfriamento passivo.
·         Quando a ventilação for indesejável nos períodos de inverno, também deveremos pensar em usar esse tipo de esquema de ventilação mecânica.
CONFORTO E VESTUÁRIO:
A influência do isolamento térmico das roupas e das taxas de metabolismo humano também estão relacionadas no conforto térmico dos usuários.
Nos climas quentes: roupas mais leves, porque permite uma maior intensidade das trocas de calor por convecção entre o vento e o corpo humano.
A zona de conforto térmico humano pode também ser influenciada pela aclimatização:
Diferentes combinações de velocidade do ar, temperatura, umidade e radiação produzem um conjunto de condições agradáveis que são usadas para definir onde ocorrem sensações térmicas identificadas como confortáveis.
Para uma mesma combinação de temperatura do ar e umidade relativa, as zonas de conforto, podem ser ampliadas em função do aumento na velocidade do ar.
VELOCIDADE DO AR E CONFORTO:
Para baixas velocidades do ar o conforto térmico é tão sensível a temperatura quanto a temperatura do ar.
A temperatura radiante parece com troca térmica por radiação, que ocorre entre o individuo e o entorno do mesmo.
Normalmente, a temperatura radiante é medida por um termômetro de globo.
Ao se analisar o conforto térmico em construções bem ventiladas, pode-se considerar a temperatura do ar com parâmetro determinante do conforto, ao invés da temperatura radiante, sem que isso produza erros significativos.
* O movimento do ar reduz a temperatura efetiva devido a evaporação do suor da pele e as trocas convectivas entre a corrente do ar e o corpo humano. Por essa razão, o limite máximo da zona de conforto, estabelecido para condições sem vento, pode ser ampliado em função da velocidade de ar.
Ajustes na temperatura de conforto precisam ser realizados para computar o efeito combinado da velocidade do ar, vestimenta e atividade física.
O movimento de ar produz sensação de conforto á temperaturas acima de 30°C. Para temperaturas entre 33°C e 37°C a velocidade do ar parece não afetar significativamente a sensação térmica.
A turbulência do ar tem sido reconhecida como uma importante variável de conforto.
Uma maior turbulência e variação da direção do fluxo de ar no interior da construções podem aumentar as trocas de calor por convecção. Isso também pode afetar a sensação de conforto humano.
O movimento turbulento de um ventilador de teto, é bastante eficaz para elevar a temperatura preferida.
A velocidade máxima do ar considerada como aceitável pode variar entre 0,5 e 2,5 m/s.
O incomodo causado pela turbulência de um fluxo de ar constante pode ser verdadeiros em climas frios e temperados , onde os indivíduos não estão acostumados com um movimento de ar continuo em contato com a pele mas não reflete a realidade de regiões quentes e úmidas.
O VENTO:
Circulação Atmosférica = movimentações das massas de ar.
A atmosfera terrestre é dividida em quatro camadas: MESOSFERA, TERMOSFERA, ESTRATOSFERA E TROPOSFERA.
O vento e parte da circulação da camada atmosférica mais baixa chamada de troposfera.
Equador Térmico = não é uma linha reta, e oscila de acordo com as variações sazonais e com a presença de grandes massas de água (mares, lagos, lagoas etc.), de acidentes geográficos ou da vegetação natural.
A circulação atmosférica ocorre em razão do desequilíbrio da radiação recebida pela Terra ao longo de sua extensão.
As regiões que se localizam mais próximas da linha do Equador recebem mais radiação solar e, consequentemente, torna-se  mais aquecidas.
Nas regiões polares, o índice de radiação é melhor e o aquecimento também. Para que haja um maior equilíbrio, acontecem muitas trocas de massas de ar entre as regiões mais quentes e as mais frias.
As movimentações das massas de ar só é possível graças ás diferenças de pressão.
Ar frio: é mais pesado, e quando ele desce provoca uma pressão maior.
Ar quente: quando ele sobe, diminui a pressão da atmosfera.
EFEITO DA CAPACIDADE TÉRMICA – ESCALA MESOCLIMÁTICA
Dia: a temperatura da superfície terrestre aumenta mais rapidamente que a temperatura da massa de água. O ar mais leve formado sobre a superfície da terra sobe, gerando correntes de ar da massa de água em direção a terra.
Noite: o inverso, a massa d’água conserva seu calor por mais tempo que a terra, criando uma corrente de ar da terra em direção  a massa d’água.
INFLUÊNCIA DA TOPOGRAFIA – ESCALA MESOCLIMÉTICA
Podem ser afetados a direção do vento como a velocidade do ar, dependendo da configuração topográfica.
Vórtices = formação de zonas turbulentas de recirculação do ar.
ESCALAS DE VENTILAÇÃO:
Macro clima = clima regional            /                   Meso clima (urbano) = clima de um local
Micro clima (vegetação) = refere-se às condições climáticas de uma superfície relativamente pequena.
·         A forma do edifício exerce forte influência em relação ao movimento de ar.
·         O edifício, como volume, gera fluxos de ar ao redor de si.


GRADIENTE DO VENTO:
O fluxo de vento em contato com uma superfície esta sujeito aos efeitos da fricção (atrito).
O grau de rugosidade da superfície determina a intensidade dos efeitos provocados pela fricção.
ALTURA DO GRADIENTE E VELOCIDADE DO VENTO:
Os dados do vento são coletados em estações meteorológicas e podem ser apresentados de modo a informar a direção, velocidade e frequência do vento, para uma determinada localidade. Esses dados é importante serem coletados com frequência horaria, para saber o comportamento do vento ao longo do dia e variações sazonais.
As estações meteorológicas são localizadas em áreas abertas e livre de interferência de construções vizinhas.
As medidas são feitas na altura de 10m acima do solo.
O uso desses dados como entrada em problemas de ventilação nos edifícios impõe a necessidade de correções.
Essa correções são feitas usando a seguinte equação:
V = velocidade média do vento na altura da abertura de entrada do ar (m/s)
Vm = Velocidade na estação (m/s)
Z = Altura da abertura (m) 
K / a = varia de acordo com a rugosidade do entorno (está na tabela acima – Gradiente do vento para diferentes áreas) 

Exemplo/Calculo:                                                                                      
Vm = 2,0 m/s
Z = 12,00 m
V = ?
a = 0,33
k = 0,21
Obs: Valor do k/a referente ser for no centro da cidade.


VENTILAÇÃO POR AÇÃO DOS VENTOS

* O ar que se desloca paralelamente ao solo em movimento lamelar, ao encontrar o edifício sofre umdesvio e, ultrapassando o obstáculos, tende a retomar o regime lamelar.
VENTILAÇÃO CRUZADA: ‘’condições de ventilação do ambiente pela abertura de vãos em paredes sujeitas a pressões positivas para entrada de ar e em paredes sujeitas a pressões negativas para saída de ar.’’
A distribuição das pressões sobre o edifício depende:
* Da direção dos ventos com relação ao edifício.
* Se o edifício está exposto ás correntes de ar ou protegido por outros edifícios ou qualquer obstáculo.
VENTO PREDOMINANTE DE PARANAVAÍ = Nordeste
VERIFICAR A OSCILAÇÃO DA VELOCIDADE MÉDIA DO VENTO AO LONGO DO DIA E DO ANO:
Essa observação , tem dois objetivos:
1)      Examinar a velocidade média dos ventos na época do ano em que a ventilação seria mais importante (meses de verão), e naquelas em que as altas velocidades do vento poderiam produzir efeitos indesejáveis (meses de inverno).
2)      Associar os dados de velocidade do vento, nos diversos períodos do dia, a necessidade de maior ou menor movimento de ar no interior dos edifícios, visando a obtenção de conforto térmico por resfriamento fisiológico em cada um desses períodos.

A eventual verificação de que existem longos períodos de calmaria na tardes de verão, ou que a velocidade dos ventos nesta época é muito baixa, inviabilizaria a ventilação natural como estratégia de resfriamento dos espaços arquitetônicos.

VERIFICAR A FREQUÊNCIA E DIREÇÃO DO VENTO AO LONGO DO DIA E DO ANO:
 
É fundamental para elaboração de um projeto arquitetônico.
Os ventos de verão costumam ter característica diferentes daquelas verificadas no inverno – Por essa razão, o conhecimento da variação sazonal da direção do vento durante o ano é extremamente relevante, para avaliar, de forma adequada, a melhor orientação das aberturas da edificação.


DIRETRIZES PARA PROJETO: VENTILAÇÃO POR AÇÃO DOS VENTOS
·         Orientação da edificação e das aberturas: voltar as aberturas, preferencialmente, para as brisas de verão.
·         Objetivos para nossa região:
1)      Ventilação como estratégia de resfriamento – primavera / verão.
2)      Renovação do ar permanente.
·         Espaços permeáveis ao vento: permitem a circulação do ar entre os ambientes e o exterior.
* Venezianas e elementos vazados podem ser usados como recursos para manter a privacidade e mesmo assim permitir a circulação do ar.
* Venezianas móveis permitem a regulagem do fluxo de ar e da radiação solar.

Cobogós = elementos vazado, feito em cimento e disponível em diversos materiais.
Muxarabis = arquitetura islâmica, trançado, quadriculado de madeira.
VENTILAÇÃO POR ‘’ EFEITO CHAMINÉ’’
Em uma chaminé, o ar aquecido torna-se mais leve que o ar circundante e tende a subir.
Esse fenômeno provoca um deslocamento de massas de ar circundantes, com temperatura mais baixa, para ocupar o lugar do ar quente que subiu pela chaminé.
Esse ar fresco que substituiu o ar que subiu pela chaminé vai sendo aquecido até que, por sua vez, vai também ascendendo, provocando assim, uma ciclo continuo de movimentações do ar.
Essa ventilação ocorre quando considerando apenas as diferenças de pressões do ar internas e externas da edificação:
·         Ar externo – temperatura baixa – alta pressão – mais denso.
·         Ar interno – temperatura alta – baixa pressão – menos denso

Ar interno: mais aquecido que o externo, terá a tendência de sair pelas aberturas altas.
Ar externo: cuja temperatura é inferior á do inverno, encontrará condições de penetrar pelas aberturas baixas.
DIRETRIZES PARA O PROJETO: VERIFICAÇÃO POR EFEITO CHAMINÉ
·         Aberturas: próxima ao piso e próximas ao teto ou no teto (aberturas zenitais)
* Aberturais zenitais podem atuar em conjunto com o sistema de iluminação natural do edifício.

COMPONENTES ARQUITETONICOS:
·         Captadores de ventos
- constituídos por torres verticais com aberturas na sua parte superior e inferior.
- tem a função de captar os ventos numa altura em que eles se encontram com uma carga menor de poeira, a temperatura é menor e a velocidade é mais acentuada; redirecionando-os para ambientes interiores a fim de aumentar o movimento de ar nesses locais.
- usadas em regiões com clima quente e seco.
- o ar redirecionado para o interior da edificação, normalmente, passa por elementos com água ou umidificados.
- Outra solução , ao nível de telhado, pode ser obtida por grandes aberturas tipo shed.
- as aberturas existentes podem funcionar como entrada e como saída do fluxo de ar que cruza o ambiente.
·         Peitoril ventilado
Em concreto, formato ‘’L’’ invertido, sobreposto a uma abertura localizada no peitoril da janela e sua finalidade é atuar como fonte complementar do movimento de ar proporcionado pelas esquadrias.
* Seu funcionamento dependerá, também, da atuação de outras variáveis representadas pela localização e configuração do ambiente, assim como das aberturas de saída do ar.

·         Pilotis
- Podem ser utilizadas para aumentar a ventilação no nível do térreo.
- A elevação da altura da abertura de entrada de ar proporciona uma maior captação do vento nos pavimentos superiores em função do gradiente do vento.
DIMENSIONAMENTO DAS ABERTURAS
·         Iluminação natural requerida = área de abertura necessária para proporcionar iluminação natural ao ambiente (meios translúcidos)
·         Ventilação natural requerida = área de abertura necessária para proporcionar a taxa de renovação do ar necessária ao ambiente/edifício.
* Taxa de renovação do ar/hora = número de trocas de ar num ambiente, ou seja, o número de vezes que o volume de ar desse ambiente é trocado na unidade de tempo.
Discrimin.
Vestíb.
Sala
Lavand.

Cozinha
1 º
Quarto
Demais
Quartos
Sanitários
Corredor
Sótão
Porão
Escada

Circulo Inscrito
Diâmetro Mínimo
0,80
2,00
1,20
1,50
2,00
1,60
1,00
0,80
1,60

1,20
Área Mínima
1,00
6,00
2,00
4,00
6,00
4,00
2,00

4,00


Iluminação Min.

1/6
1/.8
1/.8
1/6
1/.6
1/.8

1/.6


Ventilação Min

1/12
1/16
1/16
1/12
1/12
1/16

1/12


Pé-direito Min.
2,20
2,40
2,4
2,4
2,40
2,40
2,20
2,20
1,90

2,10

Códigos de Obras de Paranavaí, 2000.
Ventilação higiênica = Quando da existência de temperaturas mais amenas – mínimo de 1 renovação do ar por hora;
Ventilação de Conforto = Várias renovações por hora;
DIMENSIONAMENTO DAS ABERTURAS

Q = Vazão (m³/s) – volume do ar que passa pela abertura por segundos.
V = Velocidade do ar (m/s)
A = área da abertura (m²)

EXEMPLOS:

1)      Dimensionar 1 abertura para um ambiente de 4m x 5m e 3,00m de pé-direito obter ao menos 1 renovação do ar por, sendo a velocidade do ar = 0,1 m/s.
2)      Dimensionar as janelas para uma sala de aula, obter 30 renovações do ar/hora. Obs.: Ventilação cruzada.
Velocidade do ar = 0,50m/s.
CALCULO COMPLETO: VELOCIDADE DO VENTO + DIMENSIONAMETO DAS ABERTURAS
3)      Dimensionar e localizar as aberturas para um escritório localizado na área suburbana da cidade (olhar na tabela) com abertura a 4,50m de altura.
Dados:
- Renovações do ar = 20
- Vm do ar (estação) = 1,2 m/s
- Vento predominante = nordeste
- Janela de correr (50%)


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