Casos de Estudo: CFD · Casos de Estudo: CFD Ventilação - Escola da Baixa em Lisboa Mário Neves...

Outubro 2013

Casos de Estudo: CFD

Ventilação - Escola da Baixa em Lisboa

Mário Neves

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Dono de Obra

Câmara Municipal de Lisboa

Projeto de Arquitetura

Arquiteta Ana Lúcia Barbosa

1. Contexto

• Adaptação parcial de um edifício, classificado, em Lisboa para acomodação de uma Escola

• Implementação de uma estratégia de Ventilação Híbrida

Caso de Estudo: CFD - Ventilação - Escola da

Baixa 2

(Imagens – Google – Earth)

2. Estratégia de Ventilação

• Extracção através de sistema dedicado a cada espaço, composto por grelhas

com condutas até à cobertura, onde serão inseridos ventiladores. O Sistema

disporá de variação de velocidade com controlo de CO2 por sonda ambiente

• Em geral será adoptada uma solução de ventilação híbrida para as Salas de

Actividades do infantário (piso 1), Refeitório do (piso 2) e para as Salas de Aula

(piso 3)

• Dado tratar-se de um edifício classificado a única possibilidade prática é a

admissão de ar natural através de grelhas na fachada

• Em cada espaço será adoptado o critério: 28 m3/h.ocupante, com uma

ocupação, máxima de 25 crianças e 1 adulto

Caso de Estudo: CFD - Ventilação - Escola da Baixa

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3. Objectivos

1. Estimativa dos caudais de ar que irão ser admitidos, de forma natural, nos espaços da escola através de grelhas instaladas na fachada e através da abertura parcial dos vãos envidraçados

2. Avaliação das taxas de ventilação resultantes

3. Avaliação do conforto dos ocupantes


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4. Metodologia Adoptada


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• Definição de um conjunto de coeficientes de pressão

1- CFD Exterior

• Definição de caudais de ar

• Definição de Condições fronteira

2 - Simulação Dinâmica • Verificação da

distribuição do ar no interior dos espaços.

3 - CFD Interior

• Processo – 3 etapas



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• Tratamento de Dados

•Aquecimento activado (20ºC)

• Janelas fechadas

•Grelhas abertas Período 1 – Janeiro até Março

•Aquecimento desactivado

• Janelas abertas (15% e 30% - área)

•Grelhas abertas

Período 2 – Abril até Maio

•Aquecimento desactivado

• Janelas abertas (15% e 30% - área)

•Grelhas abertas Período 3 – Junho até Julho

•Aquecimento activado (20ºC)

• Janelas fechadas

•Grelhas abertas Período 4 – Outubro até Dezembro



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• Cenários Considerados

• Ventilação Natural (componente eólica 0%) Cenário 1



• Ventilação 100% mecânica Cenário 4

• Resultados distribuídos em intervalos (Bins)

5. CFD Exterior


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• Dados Climáticos

• Obtidos a partir do ficheiro - Lisboa (formato epw)

• Dados filtrados para todos os dias de calendário e período das 08:00 até 20:00,

excluindo valores nulos.

Rótulos de

Linha

Média de

Velocidade (m/s)

Máx de

Velocidade (m/s)

DesvPad de

Velocidade (m/s)Contagem (horas)

E 5.2 10.4 1.5 340

N 5.9 10.8 1.6 625

NE 5.6 11.4 1.7 1514

NW 5.7 10.4 1.5 1027

W 5.3 9.5 1.5 322

Total Geral 5.0 11.4 1.8 3828

(Gráficos de informação climática)

5. CFD Exterior


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(Imagem - Ventilação Natural de Edifícios – Ferrando Silva)

• Modelo Simplificado da Baixa

• De forma a balizar o efeito da componente eólica, em virtude da simplificação do modelo geométrico, para a estimativa das taxas de ventilação serão efectuadas três simulações dinâmicas (Cenários) para cada período com factores de redução de vento diferentes, respectivamente:

0%_V - Componente eólica não considerada 50%_V - Componente eólica considerada com 50% de redução 100%_V- Componente eólica considerada sem redução

5. CFD Exterior


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N

NE

E

S

W

SE SW

NW

• Metodologia

• Realização de 8 CFDs exteriores com incrementos

na direcção do vento de 45º

• Velocidade em campo aberto de 5 m/s

• Recolha da variação da pressão por cada ponto

Sala A

SalaP

Ref

Cobertura

• CFDs realizados com o MicroFlow (IES – VE – 6.0.4.10)

(Fachada do Edifício)

(Plantas dos CFD Exteriores - Velocidade)

5. CFD Exterior


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• Coeficientes de Pressão (Cp) (°) Sala A Ref. SalaP Cobertura

0 0.39 0.33 0.56 0.39

45 -0.15 -0.07 -0.07 -0.23

90 0.93 0.99 0.99 0.48

135 0.42 0.53 0.53 0.31

180 0.25 0.27 0.28 0.20

225 0.45 0.39 0.33 0.42

270 0.76 0.50 0.50 0.47

315 0.61 0.58 0.51 0.47

(Tabela resumo dos CP utilizados na simulação dinâmica)

6. Simulação Dinâmica


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• Modelo Geométrico



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• Condições Consideradas

Ocupação

• Perfil diário de ocupação de acordo com o Anexo XV do RSECE para estabelecimentos de ensino

• Taxa metabólica de acordo com ASHRAE Fundamentals 2009, capitulo 18, Tabela 1

Iluminação

• Perfil diário de iluminação de acordo com o Anexo XV do RSECE para estabelecimentos de ensino

• Densidade 10 W/m2

• Controlo através de sensor de iluminação - 300 lux

Equipamento

• Perfil diário de equipamento de acordo com o Anexo XV do RSECE para estabelecimentos de ensino

• Densidade 5 W/m2

Infiltrações

• Infiltrações através da envolvente opaca não consideradas neste estudo

• Considerado que todos os dias de calendário, correspondem a dias de semana.



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• Metodologia

• Realização no total de 22 simulações dinâmicas: Período 1 e 4

o 3 - Simulações com diferentes factores de redução do vento o 1 - Simulação para 100% de ventilação mecânica (vãos fechados)

Períodos 2 e 3 o 3 - Simulações com diferentes factores de redução do vento e vãos

com uma área de abertura de 15 % o 3 - Simulações com diferentes factores de redução do vento e vãos

com uma área de abertura de 30 % o 1 - Simulação para 100% de ventilação mecânica (vãos fechados)

• Obtenção de caudais de ar, temperaturas das superfícies interiores, ganhos

internos e perdas ou ganhos através dos vãos envidraçados

• Só serão apresentados os resultados detalhados para a Sala A

• Simulações Dinâmicas realizadas com o DesignBuilder V 3.0.0.092

(Figura da Sala A)



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• Exemplo: Sala A – Período 1 – 0%_V



16




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(Temperatura interior e exterior de uma parede)

(Caudal de ar através de uma grelha)

7. CFD Interior


18

• Modelo Geométrico – Sala A

(Pormenor da abertura de admissão do ar e radiador) (Planta da Sala A)

• CFDs realizados com o MicroFlow (IES – VE – 6.0.4.10)

7. CFD Interior


19

• Exemplo: Sala A – Velocidade do ar

• Período 1 – 0%_V • Período 1 – 100%_Mecânico

7. CFD Interior


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• Exemplo: Sala A – Idade do ar

• Período 1 – 0%_V • Período 1 – 100%_Mecânico

8. Resultados


21

8. Resultados


22

9. Conclusões


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• ASHRAE 62.1-2007 – Anexo C

𝐶𝑠 = 𝐶𝑜 +𝑁

𝑉

Cs – Concentração de CO2 no espaço em regime permanente Co – Concentração de CO2 no exterior N – Emissão de CO2 pelos ocupantes V – Ar novo admitido

NT-SCE-02 - Quadro 2 1800 (mg/m3)

9. Conclusões


24

Taxas de Ventilação Insuficientes

Ventilação Mecânica

9. Conclusões


25

• ASHRAE 55-2004 – Figura 5.2.1.1

(Condições válidas para Taxas de Metabolismo de 1 a 1.3 met e velocidade do ar interior inferior a 0.2 m/s)

9. Conclusões


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Zona de conforto de pelo menos 80% dos Ocupantes

9. Conclusões

• O sistema proposto, em modo de 100 % de ventilação natural, sem a abertura

dos vãos envidraçados e em condições de ocupação plena, não assegura os níveis

adequados de ventilação na generalidade das horas simuladas.

• Através de tabela da frequência relativa das Rph verifica-se que o sistema de

ventilação mecânica irá estar em operação, na generalidade das horas, nas

estações de aquecimento e arrefecimento.

• Verifica-se através do CFD interior, em modo de ventilação mecânica, que a

velocidade na zona ocupada não é superior a 0.2 m/s.


27

Obrigado pela atenção


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17/10/2013 – OE – SC -2013 [email protected]

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