VENTILAÇÃO NATURAL · Nos EUA a cidade de Chandigarh (Estado de New Jersey) foi planeada de modo...

VENTILAÇÃO NATURAL

AÇÃO DO VENTO

Fernando Marques da Silva

LNEC | 2/67

Ventilação natural revisão dos conceitos fundamentais

equipamentos

processos indutores

aerodinâmica

modelos

Posicionamento de chaminés

O vento camada limite atmosférica

camada limite urbana

AÇÃO DO VENTO Fernando Marques da Silva 2013-10-17

Jornadas de Engenharia de Climatização - 2013

LNEC | 3/67 AÇÃO DO VENTO Fernando Marques da Silva 2013-10-17


É ao conjunto de processos que promovem, de forma controlada, os

fluxos de ar entre o interior e o exterior, que se dá o nome de

Ventilação.

A evolução dos conceitos de conforto e de conservação de energia nos

edifícios conduziu à aplicação de sistemas de Utilização Racional de

Energia (URE).

características

locais

tecnologias passivas de

aquecimento/arrefecimento sistemas de ventilação

controláveis e fiáveis

projecto cuidado

satisfação dos requisitos, mesmo em edifícios complexos




A dependência das condições climatéricas é, porventura, a maior

condicionante desta tecnologia, já que não permite garantir, em

permanência, os níveis mínimos de ventilação. Estes são, no entanto,

assegurados na maioria dos casos.

A utilização da energia de uma forma natural e racional como método de

projetar edifícios, do ponto de vista do conforto inclui aspetos relacionados

com o ambiente térmico e a QuAI e, portanto, com a ventilação.

consonância com o clima local


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AÇÃO DO VENTO Fernando Marques da Silva 2013-10-17


Nos EUA a cidade de Chandigarh (Estado de New

Jersey) foi planeada de modo a que as ruas e o

espaçamento entre edifícios permitisse o varrimento

pelo vento, como forma de evitar situações de stresse

térmico.

No mesmo Estado, as cidades dormitório foram

protegidas do vento frio de Inverno por cinturas

arborizadas, que simultaneamente, canalizavam as

brisas de Verão para o seu interior.

LNEC | 667/ AÇÃO DO VENTO Fernando Marques da Silva 2013-10-17


a incorporação de elementos de vegetação que,

em conjugação com os edifícios, podem contribuir

para favorecer a VN, orientando o escoamento

para determinadas aberturas, ou servindo de

barreira aos ventos excessivos




CHAMINÉS SOLARES

equipamentos



VENTILAÇÃO NATURAL Jornadas de Engenharia de Climatização - 2013



WINDCATCHERS

YAZD, IRÃO

casa de Bayt

Mahib-al-Din

(1350), no

Cairo, incluindo

o malkaf , a

fonte para o

arrefecimento

evaporativo e

uma chaminé

solar




Montfort Univ., Leicester, UK




EDIFÍCIO H – Office Park Expo




PNC Financial Services Group - Pittsburgh

…moves away from the traditional closed air-

conditioned environment…

…using a double-skin facade ….feature operable doors and

windows that admit fresh air into the building during optimal

conditions.

A solar chimney is another component of the structures passive

system: it pulls air in through the open windows, rather than

sucking air out as usually occurs in a high rise building, the air

then travels across the floors, is heated and exhaled through the

roof shaft.

http://www.gizmag.com/gensler-pnc-breathing-building-

pittsburgh/25568/




Arrefecimento evaporativo no

Zion Park visitor’s centre, USA

Universidade do Qatar, Doha



processos indutores

Nos edifícios é a diferença de pressão entre os dois lados de uma qualquer abertura

(frinchas, janelas, portas, chaminés, ou aberturas específicas para ventilação) que

promove o fluxo de ar que constitui a ventilação.

Térmico – devido à impulsão com origem na diferença de temperaturas entre

o interior e o exterior;

Eólico – devido à conversão da energia cinética do vento em pressão estática

sobre a envolvente do edifício.

O movimento de uma dada massa de ar é induzido por um diferencial de

pressões vento; ventilação.



processos indutores

Os caudais de ventilação são estimados a partir da aplicação das

equações de conservação da massa e conservação da energia entre

os dois lados de uma abertura.

s/mp2

AAUG 3

- coeficiente de dissipação de

energia

p - diferença de pressão

entre os dois lados da

abertura



processos indutores

s/mP21

U

Aberturas de bordos retos – Cd = 0,6 0,1

Para aberturas horizontais Cd (<5º)=0,15, aumentando progressivamente até

Cd (>20º)=0,6.



processos indutores

= 15º ; 30º ; 45º ; 60º ; 90º

= 31 ; 25 ; 19.5 ; 14 ; 2,5



processos indutores

processo térmico

PaTH021,0P 12

T s/mp2

AAUG 3

h/mhTA135G 3T Abertura única

influência do tipo e do grau de

abertura de janelas pode ser

contabilizado através de um factor

multiplicativo, J()



processos indutores

Aberturas a diferentes cotas

na mesma fachada h/mHTACG 3

121d

T

21956

h/mHT)AC(956G 3

12

T

eqd

Tcz

244D22D

2

33D11D

2T

eqAA

1

AA

1

A

1

CCCC


“cruzadas”

Função do calor libertado, Q h/m)AC()QH(133G 33

2

1d3

1

12AndT

processo térmico



processos indutores

processo eólico

A variação da distribuição de pressão nas envolventes, quer no espaço quer no tempo, é portanto a

questão central neste processo de ventilação.

A ação do vento sobre um edifício:

forma do próprio edifício,

da incidência do vento

das características da sua vizinhança - obstáculos, orografia e rugosidade

envolventes de barlavento – Cp>0

De uma forma genérica

todas as outras – Cp<0



processos indutores

aerodinâmica

corpos fuselados (“aerodinâmicos”)

corpos rombos (bluff bodies)



processos indutores

O resultado da interação entre o escoamento e um edifício é exemplo de complexos

escoamentos tridimensionais dependentes das características do escoamento incidente.

O escoamento que contorna o edifício sofre o efeito de

separação, devido aos gradientes de pressão adversos que

encontra nas arestas, gerando zonas de recirculação que

cobrem as fachadas laterais e a cobertura, e se estendem

para jusante formando uma esteira.

aerodinâmica



processos indutores

aerodinâmica

o escoamento pode

recolar às fachadas

laterais e à cobertura



processos indutores

- 0.14

0º

-1

-0.9

-0.8

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

CLA : = 0,2

Cp

-0.15

0º

-1

-0.9

-0.8

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

CLA : = 0,4Cp

aerodinâmica



processos indutores

30º

-1

-0.9

-0.8

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7CpCLA : = 0,2

cobertura : 1 água a 15º

-4.9

0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 X/L

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

Z/H

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

Z/H

INCIDÊNCIA : NW / NE

FACHADA : NASCENTE / POENTE

-5

-4.5

-4

-3.5

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

Cp

aerodinâmica



processos indutores

aerodinâmica



processos indutores

processo eólico s/mp

2AAUG 3

Abertura única

h/m01,0U001,0A1800G 32E



processos indutores

h/mCU)AC(3600G 3

p

E

eqd

Ecz

2

sv

2

bv

2

44D33D

2

22D11D

2E

eqA

1

A

1

AA

1

AA

1

A

1

CCCC


“cruzadas”

processo eólico



processos indutores

modelos



processos indutores

modelos

http://www.bfrl.nist.gov/IAQanalysis/CONTAM/overview/1.htm

VENTIL



processos indutores


A ação do vento pode condicionar o bom desempenho da conduta de exaustão, sendo necessário

posicionar corretamente a boca de saída da conduta, processo que deve ser avaliado segundo os

seguintes critérios:

Eficácia da exaustão;

Evitar a “exportação” de emissões para a vizinhança ou para admissões de ventilação do

próprio edifício (auto poluição).



processos indutores




processos indutores


Coberturas inclinadas

a) inclinações até 10º Hch> 0,5 m acima

da cumeeira

b) prolongar as linhas das águas, a partir

da cumeeira, até X=0,5R e na horizontal

a partir deste ponto



processos indutores


Cobertura em terraço

Traçar a linha que limita a zona I, de acordo com:

(X1=0 , h=0); (X1=0,1R , h=0,6H1); (X1=0,2R , h= 0,7H1); (X1=0,4R , h= 0,9H1); (X1=0,5R , h= H1);



processos indutores




processos indutores


L 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 63 66

H

3 1.2

6 1.5

9 1.8

12 2.1 2.2

15

18

21

24 3.0 3.5

27 3.2 3.8

30

33

36

39

42

45 5.55.3

4.2

4.3 4.5 4.7 4.9 5.0 5.2

4.4 4.5 4.7 4.9 5.0

4.7

5.0

5.2

4.8

3.7 4.0 4.1 4.3 4.5

4.0

3.6

4.0 4.2 4.4 4.6

3.7

3.5

3.9 4.0 4.2 4.3 4.5

3.4 3.5 3.7

2.8 3.0

3.8 4.0 4.2

3.0 3.2 3.4

3.2 3.4

4.8

4.6

1.7

4.3

1.5

4.1

3.8

2.0

2.5

2.5

3.3

2.9

2.6

3.2

1.6

2.3

2.8

Alturas máximas da zona I, em função das dimensões da fachada frontal

os espaços em branco nas colunas correspondentes a L=6 e L=9, correspondem a

configurações pouco plausíveis.



processos indutores


Edifício “isolado”

H=45 m (15 pisos)

L= 27 m

R=32

L/H=0,6

hI = 4,7 m

XII = 2,7 x 32 = 86 m

L 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45

4

8 51 54 57 60 63 66

H

3 1.2 1.5 1.6

6 1.5 1.7

9 1.8 2.0 2.3

12 2.1 2.2 2.5 2.6

15 2.5 2.8 2.9

18 2.8 3.0 3.2 3.3

21 3.0 3.2 3.4 3.5

24 3.0 3.2 3.4 3.5 3.7 3.8

27 3.2 3.4 3.5 3.7 3.8 4.0 4.1

30 3.6 3.8 4.0 4.2 4.3

33 3.7 4.0 4.1 4.3 4.5 4.6

36 3.9 4.0 4.2 4.3 4.5 4.7 4.8

39 4.0 4.2 4.4 4.6 4.8 5.0

42 4.2 4.4 4.5 4.7 4.9 5.0 5.2

45 4.3 4.5 4.7 4.9 5.0 5.2 5.3 5.5



processos indutores


Zona urbanizada

H= 0,7 x Hed = 0,7 x 9

= 6 m

L= 180 m

R=1,2 x H = 7 m

L/H= 30

hI = 1,7 m

XII = 2,7 x 6 = 16 m

L 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 63 66

H

3 1.2 1.5 1.6

6 1.5 1.7

9 1.8 2.0 2.3

12 2.1 2.2 2.5 2.6

15 2.5 2.8 2.9

18 2.8 3.0 3.2 3.3

21 3.0 3.2 3.4 3.5

24 3.0 3.2 3.4 3.5 3.7 3.8

27 3.2 3.4 3.5 3.7 3.8 4.0 4.1

30 3.6 3.8 4.0 4.2 4.3

33 3.7 4.0 4.1 4.3 4.5 4.6

36 3.9 4.0 4.2 4.3 4.5 4.7 4.8

39 4.0 4.2 4.4 4.6 4.8 5.0

42 4.2 4.4 4.5 4.7 4.9 5.0 5.2

45 4.3 4.5 4.7 4.9 5.0 5.2 5.3 5.5



processos indutores


Zona urbanizada

H= 33 m L= 70 m

L/H= 2,1 R= 1,2x33=40m

hI = 4,6 m XII = 2,7 x 33 = 89 m

L 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 63 66

H

3 1.2 1.5 1.6

6 1.5 1.7

9 1.8 2.0 2.3

12 2.1 2.2 2.5 2.6

15 2.5 2.8 2.9

18 2.8 3.0 3.2 3.3

21 3.0 3.2 3.4 3.5

24 3.0 3.2 3.4 3.5 3.7 3.8

27 3.2 3.4 3.5 3.7 3.8 4.0 4.1

30 3.6 3.8 4.0 4.2 4.3

33 3.7 4.0 4.1 4.3 4.5 4.6

36 3.9 4.0 4.2 4.3 4.5 4.7 4.8

39 4.0 4.2 4.4 4.6 4.8 5.0

42 4.2 4.4 4.5 4.7 4.9 5.0 5.2

45 4.3 4.5 4.7 4.9 5.0 5.2 5.3 5.5



processos indutores


Zona urbanizada

H= 0,7 x 33 = 23m L= 80 m

L/H= 3,3 R= 1,2 x 23 = 28m

hI = 3,8 m XII = 2,7 x 23 = 62 m

L 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 63 66

H

3 1.2 1.5 1.6

6 1.5 1.7

9 1.8 2.0 2.3

12 2.1 2.2 2.5 2.6

15 2.5 2.8 2.9

18 2.8 3.0 3.2 3.3

21 3.0 3.2 3.4 3.5

24 3.0 3.2 3.4 3.5 3.7 3.8

27 3.2 3.4 3.5 3.7 3.8 4.0 4.1

30 3.6 3.8 4.0 4.2 4.3

33 3.7 4.0 4.1 4.3 4.5 4.6

36 3.9 4.0 4.2 4.3 4.5 4.7 4.8

39 4.0 4.2 4.4 4.6 4.8 5.0

42 4.2 4.4 4.5 4.7 4.9 5.0 5.2

45 4.3 4.5 4.7 4.9 5.0 5.2 5.3 5.5



A Camada Limite Atmosférica

•A camada limite atmosférica (CLA) é a parte da

troposfera que é diretamente influenciada pela

presença da superfície da Terra.

• A camada de ar acima da camada limite chama-se

atmosfera livre.

•A CLA tem uma espessura variável que pode ir das

centenas de metros a alguns quilómetros.



Lei logarítmica (Prandtl) vulgarmente designada por lei de parede,

/0* u

0

*z

z

zln

k

uU

z representa uma cota,

z0 representa o comprimento de rugosidade na superfície,

u* representa a velocidade de atrito no solo,

0 é a tensão de corte à superfície da Terra e

k a constante universal de Von Kármán (=0,41)

O perfil de velocidades médias de uma CL turbulenta pode ser também descrito por uma lei do

tipo potência permitindo calcular valores de velocidade a partir de um valor de referência:

refref z

z

U

)z(U = f(rugosidade)

A Camada Limite Atmosférica Jornadas de Engenharia de Climatização - 2013


10

2,0

0 Ulog55,0110

z

em campo “aberto”



m003,0z0 m01,0z0 m05,0z0

m3,0z0 m0,1z0

rug0 h1,0z



Influência da orografia

Depende do declive a barlavento:



Locais nas vertentes a barlavento de colinas, falésias e escarpas

Quando deve ser avaliado

Locais nas vertentes a sotavento de colinas

Locais nas vertentes a sotavento de falésias e escarpas



0

5

10

15

20

25

30 N

NE

E

SE

S

SO

O

NO

Rosa de rumos %

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00 N

NE

E

SE

S

SO

O

NO

Rosa de vel.

Ocorrências percentuais por rumos e as velocidades correspondentes , registados em

Lisboa entre 1985 e 1997



A camada limite urbana

ccu camada de cobertura urbana

(urban canopy layer)

u




A camada rugosa que se estabelece para cotas z<u (u é a espessura da camada limite

urbana), constitui a região que distingue uma camada limite urbana (CLU) de qualquer outra

O perfil de velocidades na CLA, num dado local e instante, depende de um conjunto de

fatores tais como a velocidade média do vento acima da subcamada de rugosidade, das

propriedades locais do solo, e a montante do local, do fluxo de calor, da presença de nuvens

e do estado da CLA nas últimas seis a oito horas




Na região inferior da subcamada de inércia, onde

z/hrug não é grande, só é possível manter a

validade da lei da parede na descrição do perfil de

velocidade substituindo z por (z-d), e onde d é o

deslocamento do plano de referência .

O valor d=0,7 hrug constitui uma boa aproximação

significado físico: em superfícies cobertas por rugosidade densa, apenas uma parte do atrito

superficial é transportado verticalmente.

O perfil logarítmico inicia-se na cota onde se situa a tensão de atrito média do topo da rugosidade

(roughness canopy).

se z0 é a escala de comprimentos para a tensão de atrito total na superfície, isto é, uma medida do

arrastamento, d é a escala da distribuição vertical dessa tensão de atrito na “superfície” exterior da

rugosidade, ou seja, do bloqueamento imposto ao escoamento.




A CLU divide-se em duas partes:

inferior, que constitui a camada de cobertura urbana (urban canopy

layer), CCU, de espessura da ordem de grandeza da altura média dos

elementos de rugosidade (ccu ) e com um campo próprio de velocidades,

gerado, e condicionado na sua intensidade, pelo escoamento adjacente. A

distribuição de velocidades depende das condicionantes locais (edifícios,

trânsito, arranjo urbano, etc.), cuja parametrização é muito complexa;

rugh

superior, de mistura ou de inercia, com origem na turbulência gerada pelos

elementos de rugosidade, que se inicia aproximadamente em z=d e que tem

uma espessura de (u-d)3 a 5 ( ), ou 20 a 35 z0, com máximos de

u=50 – 100 m.

O escoamento tridimensional da camada subjacente é transformado um

escoamento essencialmente bidimensional com perfil de velocidades do tipo

do de uma CL sobre uma superfície rugosa

minmax rugrug hh




mudança de rugosidade




após 3 “quarteirões” ≈ 100 a 200 m



A camada limite urbana Jornadas de Engenharia de Climatização - 2013



Z<ccu

ou uma escala representativa da velocidade na CLU



OBRIGADO PELA ATENÇÃO


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