O que é a ventilação natural?
Contexto geral
A ventilação natural nos edifícios é um método que utiliza as forças naturais do vento e da flutuabilidade (a diferença de densidade entre o ar frio e o ar quente) para introduzir ar fresco e distribuí-lo eficazmente, de modo a garantir um ambiente interior saudável, fresco e confortável para os ocupantes. Fornecear respirável adequado, ventilação de contaminantes, condicionamento térmico e dissipação de humidade, ao mesmo tempo que promove o bem-estar.
Para que a ventilação natural seja eficaz, é essencial estabelecer uma relação estreita entre a arquitetura do edifício e o sistema de circulação de ar. Isto inclui ter em conta a forma do edifício, o ambiente do local numa localização específica, bem como a disposição interior.
A ventilação natural oferece uma série de vantagens, tirando partido das forças naturais como o vento, a temperatura exterior e a luz solar para ventilar e arrefecer os espaços ocupados. Ajuda também a reduzir a pegada ambiental dos edifícios, incentivando uma utilização mais eficiente dos recursos e reduzindo as necessidades energéticas.
No entanto, o advento da ventilação mecânica controlada relegou gradualmente a ventilação natural para segundo plano. Os sistemas mecânicos oferecem certamente vantagens em termos de gestão precisa dos fluxos de ar e de controlo das condições interiores, mas também exigem um consumo significativo de eletricidade e nem sempre são adequados para todos os tipos de edifícios e climas.
Face a estes desafios, é importante repensar o papel da ventilação natural nos novos projectos de arquitetura. Com base nos conhecimentos tradicionais e na experiência dos arquitectos do passado, bem como nos avanços tecnológicos actuais, é possível desenvolver soluções inovadoras e sustentáveis que tiram o máximo partido dos benefícios da ventilação natural. Esta abordagem permite conciliar o conforto, a qualidade do ar e o respeito pelo ambiente, proporcionando espaços de vida e de trabalho agradáveis e saudáveis para os ocupantes.
Os nossos projectos HVAC :
Os diferentes tipos de ventilação natural
Ventilação através da abertura da janela
Os dois sistemas apresentados nesta secção (ventilação simples e ventilação contínua) baseiam-se no princípio da convecção natural, em que o ar fresco entra para substituir o ar quente, criando um movimento contínuo de ar através do edifício.
Ventilação de exposição única
A ventilação de exposição única é um sistema de ventilação que tira partido de uma única fachada ou exposição do edifício para promover a circulação do ar. Este sistema baseia-se na diferença de temperatura e pressão entre o interior e o exterior do edifício para criar um fluxo natural de ar. Normalmente, este método envolve a instalação de janelas, aberturas ou painéis na fachada expostos aos ventos dominantes, permitindo que oar fresco entre no interior através da parte inferior da janela, enquanto oar viciado é evacuado através da parte superior da janela (efeito de flutuação).
É por isso que, para este tipo de ventilação, são recomendadas aberturas verticais para garantir uma diferença na qualidade do ar entre a parte superior e inferior. Além disso, os espaços demasiado grandes não são compatíveis com este tipo de ventilação: de facto, recomendamos geralmente uma profundidade de divisão inferior ou igual a 2 vezes a altura do teto para sentir os efeitos da ventilação de exposição única (de acordo com a AREC Ile de France).
A principal desvantagem deste tipo de ventilação é o facto de estar muito dependente das temperaturas exteriores. Consequentemente, a sua eficiência é reduzida durante os períodos de tempo quente e calmo, quando as diferenças de temperatura e pressão entre o interior e o exterior do edifício são mínimas. Nestas condições, pode ser necessário recorrer a sistemas de ventilação mecânica para assegurar uma renovação adequada do ar no interior do edifício: nesta fase, a ventilação deixa de ser natural.
A ventilação natural mono-exposta é frequentemente utilizada em edifícios residenciais e comerciais onde não é possível ter aberturas em várias fachadas devido a restrições de conceção ou de espaço. No entanto, este tipo de ventilação natural é geralmente muito ineficaz.
Ventilação direta
A ventilação direta é um sistema de ventilação que utiliza as diferenças de pressão naturais entre duas aberturas opostas num edifício para permitir a passagem de ar fresco do exterior para o interior e a saída de ar viciado do interior para o exterior.
A ventilação direta é frequentemente favorecida em climas onde os ventos dominantes são regulares e fortes, pois permite uma renovação eficaz do ar interior, ao mesmo tempo que evacua o excesso de calor, a humidade e os contaminantes. Também é utilizado para maximizar os benefícios da brisa natural, explorando as diferenças de temperatura e pressão entre o interior e o exterior do edifício.
Os edifícios concebidos para ventilação direta estão geralmente orientados para captar os ventos dominantes e têm aberturas estrategicamente posicionadas em fachadas opostas para permitir a passagem do ar. Este método de ventilação pode ser eficaz na manutenção de um ambiente interior confortável, reduzindo a dependência de sistemas de ventilação mecânica, o que pode resultar em poupanças de energia significativas. No entanto, a sua eficácia pode variar em função das condições climatéricas e das características específicas do edifício.
Vantagens e desvantagens
As vantagens destes dois tipos de ventilação são as seguintes
- Redução da dependência de sistemas mecânicos
- Renovação eficiente do ar (para ventilação direta)
- Melhorar a qualidade do ar e o conforto térmico
No entanto, também existem desvantagens:
- Controlo limitado: é difícil controlar o fluxo de ar no edifício, o que pode levar a flutuações de ar. Além disso, a ventilação pode depender da informação dos ocupantes do edifício se envolver a abertura de janelas. Se estas janelas nunca forem abertas, não há ventilação natural.
- Infiltração de poluentes externos: se o edifício estiver localizado numa zona poluída, por exemplo, junto a uma estrada movimentada, existe o risco de o sistema de ventilação contaminar os ocupantes do edifício. Além disso, se tomarmos o exemplo do edifício à beira de uma estrada movimentada, o problema do ruído dos automóveis não é compatível com a ventilação natural através da abertura de janelas.
- Por último, estes dois tipos de ventilação são extremamente dependentes das condições climatéricas. Se não houver vento, não haverá ventilação.
Átrio
A ventilação do átrio é um aspeto específico da ventilação natural nos edifícios. Os átrios são espaços interiores abertos, muitas vezes com vários pisos, que servem de poços de luz e áreas de reunião. A ventilação do átrio baseia-se nos princípios da ventilação natural para garantir uma circulação de ar adequada.
A ventilação do átrio baseia-se no fenómeno das correntes de ar térmico. O ar quente sobe naturalmente para o topo do átrio devido à diferença de densidade com o ar mais frio que se encontra por baixo. O ar quente é evacuado através das aberturas ou das janelas situadas no alto, criando uma corrente de ar que aspira o ar fresco do exterior através das aberturas em baixo. Esta circulação de ar criauma ventilação natural no átrio, renovando o ar e melhorando a qualidade do ar interior.
A ventilação do átrio oferece uma série de vantagens:
- Melhoria da qualidade do ar: A ventilação natural nos átrios renova o ar interior, removendo os contaminantes e introduzindo ar fresco do exterior. Isto ajuda a manter um ambiente interior saudável e confortável.
- Iluminação natural: Os átrios foram concebidos para deixar entrar a luz natural, reduzindo a dependência da iluminação artificial e criando um ambiente agradável para os ocupantes.
- Estética e convivialidade: os átrios oferecem um espaço aberto e acolhedor, criando uma sensação de ligação com o exterior e favorecendo as trocas entre os ocupantes.
No entanto, a ventilação do átrio pode ter uma série de inconvenientes:
- Dependência das condições clim atéricas: Tal como acontece com toda a ventilação natural, a eficácia da ventilação do átrio depende das condições climatéricas, em particular da força do vento. Os átrios podem ser menos eficazes em climas com ventos fracos ou inconsistentes.
- Controlo da temperatura: Os átrios podem causar flutuações de temperatura no interior do edifício, devido ao fornecimento de ar quente no verão ou à perda de calor no inverno. É necessária uma conceção cuidadosa, com sistemas de controlo adequados, para manter um conforto térmico ótimo.
- Estas estruturas podem constituir um problema para a extração de fumo porque, em caso de incêndio, o fumo pode espalhar-se rapidamente.
A ventilação dos átrios oferece, portanto, vantagens significativas em termos de qualidade do ar, iluminação natural e facilidade de utilização. Apesar de algumas limitações, continua a ser uma solução eficaz para proporcionar ventilação natural nos edifícios e criar espaços interiores agradáveis e saudáveis. A conceção e a regulação adequadas são essenciais para otimizar o desempenho e adaptar-se a condições climáticas específicas.
Ventilação natural através da chaminé
A ventilação natural através de chaminés é um método antigo mas potencialmente eficaz de promover a circulação do ar no interior dos edifícios. As chaminés são condutas verticais que permitem asaída natural do ar quente do edifício, criando um efeito de sucção que permite aentrada de ar fresco através das aberturas inferiores. Este fenómeno é conhecido como tiragem térmica. A ventilação natural através de chaminés funciona com base no princípio das diferenças de temperatura e densidade do ar. À medida que o ar no interior do edifício aquece, torna-se menos denso do que o ar mais frio no exterior. Quandoo ar fresco entra no edifício através de uma abertura baixa, empurra o ar quente pela chaminé até à saída, uma abertura mais alta.
O ar quente e viciado é naturalmente expelido através das chaminés, enquanto oar fresco é aspirado através das aberturas inferiores. Este processo de ventilação natural renova o ar e remove os contaminantes, ajudando a manter um ambiente interior saudável e confortável para os ocupantes.
As chaminés podem ser concebidas de diferentes formas, consoante as necessidades específicas do edifício e as condições ambientais. Podem ser integrados em paredes exteriores ou ser elementos separados do edifício. Podem também ser adaptados a diferentes formas e tamanhos para maximizar a eficiência da ventilação.
A ventilação natural através de chaminés é um método antigo mas potencialmente eficaz de promover a circulação do ar no interior dos edifícios. As chaminés são condutas verticais que permitem asaída natural do ar quente do edifício, criando um efeito de sucção que permite aentrada de ar fresco através das aberturas inferiores. Este fenómeno é conhecido como tiragem térmica. A ventilação natural através de chaminés funciona com base no princípio das diferenças de temperatura e densidade do ar. À medida que o ar no interior do edifício aquece, torna-se menos denso do que o ar mais frio no exterior. Quandoo ar fresco entra no edifício através de uma abertura baixa, empurra o ar quente pela chaminé até à saída, uma abertura mais alta.
Muitas vezes, para além da ventilação natural, a instalação das condutas deve também ser compatível com as questões de incêndio eacústicas.
Devemos também mencionar as desvantagens da ventilação da chaminé:
- Depende das condições climatéricas: pode não ser muito eficaz quando as diferenças de temperatura são mínimas.
- A ventilação da chaminé pode levar à perda de calor, o que por vezes é indesejável em determinadas alturas do ano.
Torre de ventilação natural
As torres de ventilação natural são um método engenhoso de ventilação que se inspira nas tradições arquitectónicas do Médio Oriente (por exemplo, o badguir no Irão). Estas estruturas, muitas vezes sob a forma de torres ou chaminés montadas no telhado, exploram habilmente as correntes de ar em altitude, onde as velocidades do vento são mais elevadas. Ao captar este ar fresco e canalizá-lo para o interior dos edifícios, as torres de ventilação natural criam um movimento de ar que promove uma circulação natural e eficiente.
As torres de ventilação natural funcionam com base no princípio do diferencial de pressão criado pelo vento. Ao actuarem como colectores de ar fresco, estas estruturas induzem um fluxo de ar através do edifício, permitindo uma ventilação natural sem necessidade de sistemas mecânicos de ar condicionado. O lado de barlavento da torre capta o ar fresco do vento e espalha-o pelo edifício. O ar quente é empurrado para fora pelo ar frio e escapa pelo lado oposto ao do vento. Os sistemas actuais são menos imponentes do que os badguirs iranianos e são conhecidos como torres de ventilação natural.
Esta abordagem tem uma série de vantagens, incluindo a redução da dependência energética de dispositivos de arrefecimento artificial, resultando em poupanças de energia enuma redução da pegada de carbono. Além disso, as torres de ventilação natural promovem um ambiente interior mais saudável, assegurando uma renovação constante do ar, o que pode ajudar a melhorar o conforto dos ocupantes e a reduzir os riscos associados à qualidade do ar interior. Estas torres eólicas também não dependem da direção do vento, podem captar o vento seja qual for a sua direção e evacuá-lo sempre pela abertura oposta.
No entanto, apesar das suas muitas vantagens, as torres de ventilação natural também têm alguns inconvenientes potenciais. A sua eficácia depende muito das condições meteorológicas, nomeadamente da velocidade e da direção do vento. Por conseguinte, em zonas com ventos fracos ou irregulares, estes sistemas podem não funcionar da melhor forma. Além disso, é essencial ter em conta as variações de pressão e as condições locais ao conceber e instalar torres de ventilação natural para garantir a sua eficiência e fiabilidade a longo prazo.
Ventilação natural assistida e controlada (ACVN)
Entre as várias opções disponíveis que acabámos de referir, a ventilação natural assistida e controlada (VNAC) surge como uma solução interessante, combinando as vantagens da ventilação natural e mecânica.
O VNAC tem por objetivo otimizar a ventilação, combinando a ventilação natural e a ventilação mecânica controlada. Baseia-se na utilização de sensores inteligentes que medem as condições climáticas exteriores (velocidade do vento, temperatura, pressão atmosférica, luz solar), bem como as condições interiores (temperatura, níveis de CO2, presença de pessoas). Estes sensores podem ser utilizados para adaptar a ventilação em função destas diferentes variáveis.
Quando as condições são favoráveis, como vento suficiente ou janelas abertas, o VNAC interrompe a ventilação mecânica para tirar partido da ventilação natural disponível. Por outro lado, quando o ar interior se torna viciado ou as condições já não são propícias a uma ventilação natural eficaz, o VNAC ativa a ventilação mecânica para renovar o ar.
As vantagens do VNAC são :
- Poupança de energia: A VNAC poupa energia ao utilizar a ventilação natural quando as condições são óptimas. Isto reduz o consumo de eletricidade associado à ventilação mecânica.
- Qualidade do ar interior: Graças à combinação dos dois tipos de ventilação, o VNAC assegurauma renovação regular do ar interior, eliminando os poluentes e os odores indesejáveis.
- Conforto térmico: Os sensores inteligentes do VNAC regulam a temperatura interior de acordo com as condições exteriores. Desta forma, promove um conforto térmico ótimo.
Há também desvantagens:
- Custo inicial mais elevado: A instalação de um sistema VNAC pode ser mais complexa e requerer os serviços de um profissional, o que significa custos adicionais em comparação com a ventilação natural convencional.
- Dependência de sensores: Como o VNAC depende de sensores inteligentes, qualquer falha ou mau funcionamento destes pode afetar o desempenho da ventilação.
- Consumo variável de energia: Embora o VNAC possa poupar energia ao ajustar a ventilação de acordo com as condições, o seu funcionamento pode levar a um aumento do consumo de energia quando é necessário compensar uma ventilação insuficiente.
Em Saint-Nazaire, Loire-Atlantique, foi criado um exemplo concreto de VNAC. Este sistema de ventilação baseia-se no conceito de ventilação de fluxo único auto-regulável, mas com extração independente para cada habitação. O ar viciado é extraído através de torres montadas no telhado, que utilizam tanto a corrente de ar térmica como a energia eólica para otimizar o fluxo de ar.
As entradas de ar fresco estão posicionadas nas salas principais e foram concebidas para manter taxas de fluxo constantes, mesmo com pequenas diferenças de pressão. O ar viciado é extraído dos compartimentos húmidos, como cozinhas, casas de banho e sanitários, e expelido para o exterior através de condutas individuais que conduzem ao telhado. Uma caraterística notável deste sistema é a presença de grandes chaminés no telhado. Estas chaminés reúnem as saídas das condutas de extração individuais e servem igualmente de base às torres de ventilação especificamenteconcebidas para tirar partido das condições ventosas de Saint Nazaire. As torres giratórias têmaberturas para a entrada de ar adicional. Isto cria um excesso de pressão e melhora o fluxo de ar.
Para além de ajudarem a extrair o ar viciado, estas torres funcionam também como chaminés solares. Estão equipados com caixilhos envidraçados queaumentam temporariamente a temperatura à saída das condutas de extração, melhorando assim a tiragem. Foi instalado um sistema de regulação completo em cada habitação para ajustar as taxas de ventilação de acordo com as necessidades e as condições climáticas. Isto permite reduzir os fluxos de ar quando necessário, garantindo uma ventilação óptima e optimizando o consumo de energia. Este exemplo concreto do VNAC em Saint Nazaire demonstra a eficácia deste sistema de ventilação, que utiliza torres de ventilação e regulação inteligente para otimizar o fluxo de ar. Também ilustra como o VNAC pode ser adaptado às condições locais, utilizando condições de vento para melhorar a ventilação natural. Com esta solução, a Saint Nazaire está empenhada numa abordagem sustentável à ventilação, proporcionando um ambiente interior saudável e energeticamente eficiente aos seus residentes.
Dimensionamento e estudos CFD
Os desafios dos estudos CFD
Nesta secção, explicamos como a Eolios está empenhada em fornecer conhecimentos especializados no dimensionamento e conceção CFD (Computational Fluid Dynamics) de condutas e chaminés para ventilação natural. Os nossos serviços são concebidos para responder com precisão às necessidades dos nossos clientes, utilizando ferramentas avançadas de modelização numérica para otimizar o desempenho e a eficiência dos sistemas de ventilação. Quer se trate da conceção inicial, da análise de desempenho ou da otimização de sistemas existentes, a nossa equipa de especialistas está pronta para o acompanhar em todas as fases do processo, garantindo resultados fiáveis e adaptados a cada projeto.
Estudo dos diferentes tipos de chaminés
Eis um exemplo dos estudos CFD efectuados para determinar que tipo de chaminé é mais eficaz para a ventilação natural. Após o dimensionamento das condutas das chaminés, tendo em conta o caudal de ar a evacuar e os volumes do edifício, foram testados diferentes tipos de saída de ar. Além disso, antes de qualquer simulação, é efectuado um estudo climático do local do projeto para estimar as fontes de vento mais frequentes e a sua intensidade. É importante efetuar este estudo antes de qualquer simulação, a fim de obter resultados tão próximos da realidade quanto possível.
Como mostra a figura acima, as várias saídas da chaminé são modeladas em 3D para testes CFD. O objetivo é determinar a forma mais adequada para um determinado projeto, comparando os fluxos extraídos pelas chaminés em diferentes configurações. As áreas de superfície dos colectores e o tamanho das condutas são equivalentes para cada estudo, de modo a comparar apenas a eficiência da tiragem natural.
Dependendo das necessidades do projeto e das condições climáticas, algumas chaminés são mais adequadas do que outras. Um dos papéis daEolios é, portanto, estimar qual a saída de ar mais adequada para um projeto de ventilação natural num edifício e dimensionar as condutas de acordo com as necessidades do projeto.
Estudo CFD da ventilação natural com condutas individuais
Neste estudo de ventilação natural, a Eolios concebeu condutas individuais para ventilar eficazmente cada andar. A figura abaixo mostra as velocidades do ar no edifício em estudo, e em particular nas condutas, para dois tipos de chaminés: uma fixa e outra móvel.
Neste estudo, o ar exterior entra no edifício através de aberturas na fachada, como mostra a figura abaixo, que apresenta as correntes de ar de ventilação no edifício.
Finalmente, a última figura mostra as linhas de fluxo das partículas de ar que contribuem para a ventilação natural do edifício através das chaminés.
Resumo
A ventilação natural oferece soluções eficazes e sustentáveis para garantir uma circulação de ar adequada no interior dos edifícios. Cada um destes sistemas tem as suas próprias vantagens e desvantagens, mas todos contribuem para criar um ambiente interior saudável e confortável para os ocupantes. Melhora a qualidade do ar interior, mantendo-se energeticamente eficiente, o que o torna amigo do ambiente.
A ventilação natural faz parte de uma abordagem sustentável da construção, utilizando os recursos naturais disponíveis para garantir o bem-estar dos ocupantes, e praticamente não requer manutenção. Reduz a dependência das tecnologias eléctricas e ajuda a reduzir a pegada de carbono dos edifícios. No entanto, é importante notar que também existem potenciais desvantagens na ventilação natural, nomeadamente a sua dependência das condições climáticas. A ventilação natural é fortemente influenciada pelas condições climatéricas, como a força do vento. Por conseguinte, a sua eficácia pode variar em função do clima e da geografia do local.
É por isso que a Eolios pode contribuir com a sua experiência neste domínio, ajudando no dimensionamento e, de uma forma mais geral, na instalação da ventilação natural. De facto, a simulação CFD é uma solução simples de implementar nas fases de conceção e permite escolher o sistema mais eficiente.
