Estudo do conforto aeráulico – Faculdade
Estudo do conforto aeráulico - Faculdade
Ano
2025
Cliente
NC
Localização
França
Tipologia
Ar e Vento
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A missão da EOLIOS Ingénierie: competência em simulação CFD e conforto aeroeléctrico
Os engenheiros da EOLIOS são especialistas no conforto do ar urbano
Esta experiência foi utilizada no domínio do conforto aerodinâmico urbano, com base numa metodologia rigorosa e em modelos digitais de alta fidelidade.
A análise permitiu antecipar os fenómenos locais que poderiam afetar a experiência dos utilizadores, preservando a coerência arquitetónica do local.
Graças a estas simulações, a EOLIOS pôde propor recomendações de conceção orientadas, destinadas a reduzir as acelerações locais do vento e a melhorar a qualidade dos espaços exteriores.
A nossa abordagem garante uma compreensão detalhada das interações entre o vento e os edifícios, essencial para a conceção de ambientes confortáveis, resistentes e sustentáveis.
A EOLIOS é líder na simulação externa CFD para Centros de Dados. Os nossos estudos baseiam-se no feedback de campanhas de medição em condições reais e numa centena de locais simulados em todo o mundo.
Impacto do vento no conforto dos peões: estudo CFD de uma escola secundária na região de Île-de-France
No âmbito de um projeto de renovação, a EOLIOS foi convidada a analisar o impacto do vento no conforto dos peões de uma escola secundária da região parisiense.
O principal objetivo do trabalho consistia em caraterizar os efeitos do vento, a fim de garantir que as modificações introduzidas durante as renovações não afectassem o conforto pedonal dos utilizadores, independentemente da estação do ano. Para o efeito, foram consideradas duas configurações após o estudo das condições meteorológicas. Foram selecionadas duas direcções do vento em função da sua frequência ao longo do ano.
A simulação CFD foi utilizada para avaliar a distribuição das velocidades em torno dos edifícios para estas duas direcções do vento.
A análise centrou-se em dois pontos críticos:
- Identificação das zonas de excesso de velocidade que afectam o conforto dos peões, devido à disposição dos diferentes edifícios;
- Avaliação dos efeitos específicos da utilização de diferentes materiais na construção de edifícios ;
Compreender o local antes do estudo CFD: um colégio com uma estrutura arejada e interligada
Geometria e organização arquitetónica do colégio
Este colégio é composto por duas partes distintas. A galeria em espiral liga todos os edifícios do local. Embora proteja os utilizadores da chuva, mantém-se aberta ao vento exterior. Os edifícios, por seu lado, estão ligados a esta galeria e desempenham diversas funções, nomeadamente salas de aula, áreas de descanso e zonas de restauração. A escola tem dois pisos, alguns dos quais com passadiços que se abrem para o exterior.
Escolhas arquitectónicas no centro do estudo aeraúlico
A caraterização dos materiais e estruturas utilizados numa simulação CFD é essencial. As propriedades da superfície (rugosidade, porosidade ou permeabilidade) podem ter uma influência direta em fenómenos como as quedas de pressão. Além disso, a geometria do material desempenha um papel crucial na interação do fluido com a superfície, quer se trate de uma parede sólida, de uma grelha ou de qualquer outra configuração. Esta fase de caraterização é, portanto, fundamental para os nossos estudos.
Nesta simulação foram utilizados três materiais. A maior parte do edifício é construída em betão, modelado com um material que é opaco ao ar.
As varandas são protegidas por estruturas moucharabieh, ou seja, paredes com um caudal de ar específico, ligado à forma das divisórias. A utilização de tais materiais exige a implementação de um caudal de ar específico na simulação.
A malha metálica é também utilizada em certos corredores e passagens. Estas malhas são utilizadas como divisórias para separar espaços diferentes. Da mesma forma, a utilização de materiais que não são opacos ao ar implica a utilização de um caudal de ar específico nas simulações.
É essencial ter em conta todos os aspectos da estrutura, uma vez que estas caraterísticas têm uma influência direta na distribuição das velocidades do ar e no nível de conforto dos utilizadores.
Estudo meteorológico do local: rosa dos ventos e caraterização do conforto
Trajetória do vento em torno de um edifício
Quando o vento incide sobre um edifício, existem normalmente três áreas principais de perturbação. Na frente, um vórtice turbulento devido aofluxo descendente no lado de barlavento. Na parte de trás do edifício, uma zona de turbulência estende-se para a cavidade de baixa pressão devido à separação dos fluxos nos bordos do edifício. Mais para fora, a esteira do edifício caracteriza-se por uma turbulência elevada e velocidades horizontais mais baixas, opostas às doescoamento não perturbado.
Estes fenómenos afectam o conforto dos utentes das escolas, quer pelo aumento local da velocidade do vento, quer pelaimprevisibilidade associada (turbulência e flutuações). Estes fenómenos são encontrados ao longo do nosso estudo.
Efeito Venturi: quando a arquitetura acelera o vento
A arquitetura do colégio Saint-Exupéry, composta por vários edifícios ligados por corredores e galerias abertas, cria condições propícias ao chamado efeito Venturi.
Este fenómeno ocorre quando o vento é canalizado para uma passagem estreita – como um corredor ou um espaço entre duas fachadas – provocando uma aceleração local do fluxo de ar.
No caso do colégio, certos corredores paralelos ao vento dominante ou que ligam diferentes zonas do local funcionam como condutas naturais. O vento acelera à medida que a secção transversal se torna mais pequena, criando por vezes uma sensação de corrente de ar mais intensa para os peões.
Estes efeitos, embora localizados, têm um impacto direto no conforto dos utilizadores nas zonas de circulação exteriores. As simulações CFD efectuadas pela EOLIOS permitemidentificar com precisão estas zonas de aceleração, para que possam ser tidas em conta em futuros desenvolvimentos.
No resto do presente estudo são apresentados exemplos concretos destes fenómenos, que ilustram a forma como a geometria e a disposição dos edifícios podem transformar a dinâmica do vento à escala local.
Estudo dos ventos dominantes e dos dados meteorológicos locais
Os dados meteorológicos foram recolhidos de uma estação meteorológica reconhecida. Neste estudo, apenas foram recolhidos dados anemométricos.
Os dados meteorológicos mostram um vento de sudoeste no local. Este vento é dominante, independentemente da estação do ano. No local, também se faz sentir um vento nordeste, mas este é secundário, principalmente na primavera e no verão. Os dados mostram velocidades de vento entre 3,3 e 5,5 m/s de sudoeste e nordeste.
Para efeitos do presenteestudo, é relevante considerar dois casos distintos: um com vento sudoeste e outro com vento nordeste.
Diagramas das diferentes zonas de turbulência à volta de um edifício
Estudo dos níveis de conforto
As observações e experiências efectuadas no terreno ou em laboratório sublinham a importância crucial da velocidade e da turbulência em termos de conforto. As forças induzidas pelo vento podem causar uma sensação desagradável e dificultar a progressão dos peões. Aescala de Beaufort, por exemplo, descreve os efeitos mecânicos das diferentes velocidades do vento, bem como as sensações experimentadas. Além disso, os efeitos convectivos dos movimentos do ar em torno de uma pessoa modificam as trocas entre o corpo e o ambiente, de modo que as sensações de frio podem ser sentidas.
No entanto, todas estas noções são ponderadas peloestado subjetivo do indivíduo, e a sensação de conforto ou dedesconforto depende em grande medida de factores ligados à atividade(nível metabólico), bem como ao clima ou à estação do ano(estado térmico do ambiente). Apesar da subjetividade das sensações, aescala de Beaufort fornece uma caraterização qualitativa útil do conforto e dos efeitos perceptíveis do vento nos utilizadores.
Estudo dos efeitos do vento: aceleração local e recirculação
Zonas de desconforto relacionadas com o vento em edifícios
Para este estudo, foi dada especial atenção aodesconforto nos seguintes domínios:
- Os corredores
- Passadiços e varandas
- Os cursos
No conjunto do sítio, tanto no rés do chão como no primeiro andar, a configuração do colégio contribui para atenuar a velocidade dos fluxos de ar, criando condições favoráveis ao conforto dos ocupantes.
Fenómenos específicos nos corredores
Os resultados das simulações evidenciam alguns fenómenos específicos. No rés do chão, por exemplo, os corredores orientados paralelamente ao vento criam zonas de excesso de velocidade. Este fenómeno deve-se à redução da área da secção transversal através da qual o ar passa, resultando numa aceleração do fluxo: o efeito Venturi. Nestas zonas específicas, o desconforto pode ser mais acentuado.
O impacto da compartimentação no conforto do utilizador
Da mesma forma que acima, as divisórias moucharabieh nas varandas (marcadas a azul), tal como estão posicionadas, reduzem a área da secção transversal do ar que entra na varanda, o que, mais uma vez, leva a uma aceleração do fluxo e, por conseguinte, ao desconforto nestas áreas.
Estas divisórias também ajudam a reduzir as velocidades locais do ar . Neste caso, a divisória reduz ligeiramente a velocidade do fluxo de ar na extremidade da varanda. No entanto, isto não reduz significativamente a zona de desconforto na galeria.
Efeitos de recirculação em pátios
O rés do chão do grande pátio é globalmente confortável, embora certos fluxos possam afetar o conforto localmente.
No entanto, neste pátio, há dois fenómenos que se destacam. O primeiro é a passagem de ar dos corredores através da galeria, que emerge por baixo dela no grande pátio.
A segunda resulta da altura do edifício central, que funciona como um obstáculo, bloqueando parcialmente o vento. O ar que atinge esta estrutura é desviado para o solo, onde se encontra com a corrente de ar do fenómeno descrito anteriormente. Ainteração entre estas duas correntes provoca a sua subida conjunta, criando neste ponto uma zona de desconforto local moderado.
No pequeno pátio, foram identificados fenómenos de recirculação. Estes fenómenos podem aumentar a sensação de desconforto no inverno. No verão, no entanto, estas correntes de ar proporcionarão um efeito de arrefecimento bem-vindo.
Análise e sugestões de melhoria
As necessidades dos utilizadores no centro da nossa reflexão
A análise CFD identificou várias zonas de desconforto localizadas, principalmente nos corredores situados na parte nordeste do edifício. Estas zonas estão diretamente ligadas à orientação dos corredores em relação ao vento dominante, que favorece o aparecimento de acelerações locais do fluxo de ar. Os efeitos destes ventos são igualmente perceptíveis na galeria, nomeadamente nos cruzamentos, onde os utilizadores podem sentir um desconforto acrescido em condições climatéricas desfavoráveis – tipicamente na primavera, quando os ventos de nordeste são mais frequentes.
Por outro lado, os espaços exteriores, como os pátios e a maior parte da galeria, oferecem um conforto satisfatório, com velocidades do ar geralmente moderadas e estáveis.
Com base nestas observações, a EOLIOS propôs uma série de melhorias destinadas a tornar o edifício mais confortável, sem alterar a qualidade arquitetónica do local:
- Reposicionar ou reconfigurar os moucharabiehs nos corredores mais expostos para reduzir o efeito Venturi e as acelerações locais do vento;
- Optimiza a permeabilidade das divisórias perfuradas, ajustando o índice de vazios para equilibrar melhor o fluxo de ar entre os espaços;
- Considera a possibilidade de acrescentar quebra-ventos ou proteção local em certas zonas sensíveis.
Estas adaptações permitirammelhorar o conforto quotidiano dos utilizadores, mantendo uma boa ventilação natural e a coerência arquitetónica com o projeto inicial.
A EOLIOS pode ajudar-te a - Antecipar as restrições eólicas para todos os teus projectos
Oestudo CFD efectuado para este colégio evidenciou zonas localizadas de desconforto, nomeadamente nos corredores e em certas varandas, onde o efeito Venturi provoca um aumento local da velocidade do ar e, por conseguinte,do desconforto. Os pátios exteriores são geralmente bem abrigados, embora existam zonas locais onde ofluxo é mais rápido. No entanto, estes fenómenos são muito localizados e não afectam outras zonas. De um modo geral, a presença do colégio ajuda a reduzir as velocidades do ar no local, o que, por sua vez, melhora o conforto geral dos ocupantes.
Este estudo ilustra a importância da modelação aeroeléctrica na fase de conceção ou de renovação, proporcionando uma compreensão precisa das interações entre o vento e oambiente construído.
Estás a trabalhar num projeto em que ter em conta as condições do vento é crucial para o conforto do utilizador? Recorre à nossa experiência em CFD para o ajudar a fazer as escolhas certas e otimizar o seu trabalho desde a fase deconceção.
Descobre mais sobre este assunto:
Resumo em vídeo do estudo
Resumo do estudo
As simulações CFD permitiram identificar com precisão as zonas de desconforto associadas à configuração do local. Foram observados fenómenos de aceleração local em certas passagens estreitas e galerias abertas. As condições nas principais zonas exteriores são geralmente favoráveis, com velocidades do ar moderadas. As estruturas abertas e os materiais porosos têm uma influência significativa na distribuição dos fluxos. Foram propostas melhorias possíveis para reduzir o efeito Venturi e as zonas de excesso de velocidade. Os resultados confirmam a importância da modelação CFD para avaliar o conforto dos peões. Esta abordagem permitiu quantificar objetivamente os níveis de conforto em função das direcções predominantes do vento. O estudo salienta a importância de considerar a aerodinâmica desde a fase de projeto arquitetónico. As conclusões contribuem para uma melhor integração dos edifícios no seu ambiente urbano em termos de clima. A EOLIOS reafirma o seu compromisso de ajudar os gestores de projectos a conceberem projectos confortáveis e de elevado desempenho.
Resumo em vídeo da missão
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