Estudo CFD da Galeria de Paleontologia – MNHN
Estudo CFD da Galeria de Paleontologia - MNHN
Ano
2025
Cliente
Museu de História Natural de Paris
Localização
Paris
Tipologia
HVAC
Últimas notícias :
Precisas de uma opinião especializada?
A missão realizada pela EOLIOS ingénierie: competência em simulação CFD e conforto aeroeléctrico em edifícios históricos
Os engenheiros da EOLIOS são especialistas em conforto termo-aerotérmico em grandes edifícios históricos.
A experiência daEOLIOS na simulação CFD(Computational Fluid Dynamics) e na otimização de ambientes interiores desempenhou um papel fundamental na análise e melhoria do conforto da climatização da Galeria de Paleontologia do Museu Nacional de História Natural. A nossa experiência permitiu-nos caraterizar com precisão o comportamento termo-aerodinâmico deste edifício patrimonial excecional e propor soluções concretas de otimização, conciliando o conforto dos ocupantes, a conservação das colecções e o respeito pelas restrições arquitectónicas.
A EOLIOS é uma empresa líder na simulação CFD aplicada a edifícios históricos e grandes instalações culturais. Os nossos estudos baseiam-se no feedback de campanhas de medição em condições reais e numa experiência reconhecida na modelação de volumes complexos com grandes desafios térmicos.
Galeria de Paleontologia do MNHN: os desafios do conforto térmico num edifício histórico
Grandes volumes, fachadas classificadas, visitantes e colecções: porque é que o conforto do ar condicionado é um desafio de engenharia por si só
Os edifícios culturais e patrimoniais apresentam um desafio particular em termos de conforto do ar. A Galeria de Paleontologia do Muséum National d’Histoire Naturelle é uma ilustração perfeita deste facto, com os seus tectos altos, volumes abertos que se estendem por vários níveis e grandes áreas envidraçadas.
Estas caraterísticas geram fenómenos amplificados em relação aos edifícios normais, nomeadamente uma estratificação térmica acentuada onde o ar quente se acumula em altura, criando diferenças verticais de vários graus. Além disso, existem fortes constrangimentos patrimoniais, uma vez que as fachadas classificadas limitam o número de intervenções que podem ser efectuadas na envolvente do edifício, bem como uma ocupação dupla e variável entre o público flutuante e o pessoal permanente, que têm necessidades diferentes.
Por fim, à necessidade de conservar as colecções junta-se a necessidade de conforto humano, que exige condições ambientais estáveis. Estas particularidades fazem do conforto aeroeléctrico neste tipo de edifício um problema de engenharia complexo onde as abordagens empíricas rapidamente mostram os seus limites.
CFD nos museus: visualizar e controlar os fluxos de ar onde os métodos convencionais atingem os seus limites
Perante esta complexidade, a CFD(Computational Fluid Dynamics) parece ser a ferramenta mais adequada por várias razões complementares. Ao contrário dos métodos simplificados que calculam os caudais globais sem representar a realidade física local, a CFD oferece uma visão tridimensional completa que permite visualizar com precisão a trajetória dos veios de ar, as zonas de recirculação e os gradientes de temperatura, identificando assim os pontos críticos de desconforto que as abordagens globais não conseguem resolver.
Permite também testar virtualmente vários cenários – comparação existente/planeada, modificação da geometria, variação dos parâmetros de regulação – sem qualquer custo material ou perturbação do funcionamento, evitando erros de conceção dispendiosos que têm de ser corrigidos posteriormente. A CFD também integra de forma nativa as ligações térmicas entre a radiação solar, a condução e a convecção, que são essenciais para avaliar o conforto térmico real experimentado pelos ocupantes.
Finalmente, as visualizações coloridas que produz são uma ferramenta eficaz para a comunicação entre os intervenientes no projeto, facilitando a compreensão comum dos problemas e a justificação técnica das escolhas. No contexto desta fase DCE, é portanto uma condição prévia essencial para qualquer trabalho no sistema de ventilação.
A simulação CFD não se limita à análise dos fluxos de ar existentes: é, antes de mais, uma ferramenta para otimizar o conforto. Ao modelar com precisão as condições sentidas pelos ocupantes – velocidade do ar, temperatura ambiente, estratificação térmica – torna possívelidentificar áreas de desconforto e testar soluções corretivas antes de qualquer trabalho ser realizado. Em áreas públicas como a Galeria de Paleontologia, onde os visitantes ocasionais e o pessoal permanente vivem lado a lado, esta capacidade de antecipar e aperfeiçoar as condições ambientais é um trunfo decisivo para orientar as escolhas de design para soluções que sejam simultaneamente eficientes e sustentáveis.
Compreender, analisar e otimizar: os três pilares do estudo termo-aerodinâmico CFD no MNHN
O estudo CFD realizado pela EOLIOS sobre a Galeria de Paleontologia tem três objectivos complementares.
A primeira visa compreender os fenómenos termo-aerodinâmicos, adquirindo um conhecimento detalhado do comportamento do ar, tanto na configuração existente como na configuração projectada após as obras: caraterizar os campos de velocidade e as distribuições de temperatura, identificar os mecanismos de transferência dominantes em função das zonas e evidenciar as interações entre os diferentes níveis do edifício.
O segundo objetivo é analisar a eficiência do sistema de ventilação, avaliando o seu desempenho técnico: verificar o equilíbrio entre os caudais de ar de entrada e de retorno e a ausência de curto-circuitos, quantificar as taxas reais de renovação de ar em comparação com os valores teóricos, detetar eventuais anomalias e comparar aeficiência energética das diferentes configurações simuladas.
O terceiro objetivo éidentificar os riscos de desconforto, a fim de fornecer elementos concretos para o bem-estar dos ocupantes: mapear as zonas críticas em que as velocidades excedem 0,4 m/s ou as temperaturas estão fora do intervalo de 18-25°C, avaliar o conforto térmico global, formular recomendações técnicas específicas e dar prioridade às acções de acordo com o impacto esperado e a viabilidade.
Estes três temas estruturam todo o trabalho apresentado neste resumo e reflectem o desejo de fornecer ao proprietário do projeto uma visão clara, bem fundamentada e operacional dos problemas de fluxo de ar da Galeria.
O método EOLIOS: do campo à simulação, uma abordagem baseada na realidade
Medições in situ e ensaios de fumos: a auditoria de campo como base essencial
Foi realizada uma auditoria aprofundada diretamente na Galeria de Paleontologia, a fim de caraterizar os fenómenos termo-aerodinâmicos em condições reais de funcionamento. Foram realizadas campanhas de medição em todos os níveis para quantificar as velocidades do ar, as temperaturas e os caudais nos terminais do sistema de ventilação, fornecendo um estado inicial fiável e representativo do funcionamento da instalação. Foram também efectuadas visualizações qualitativas das trajectórias dos fluxos de ar para identificar zonas de recirculação, correntes parasitas e anomalias nos sistemas de difusão existentes.
Para além da recolha de dados, esta auditoria no local é uma etapa fundamental para compreender o comportamento real do edifício no seu ambiente patrimonial, muitas vezes complexo e limitado. Permite comparar os diagramas teóricos e os planos de AVAC existentes com a realidade no terreno e ter em conta os efeitos das práticas de funcionamento, as restrições arquitectónicas, as condições climatéricas e a utilização efectiva dos espaços, que raramente são documentados na íntegra nos dossiers técnicos. Este conhecimento pormenorizado do local é essencial para evitar simplificar as hipóteses de modelização que estão muito longe do funcionamento real.
As observações de campo resultantes da auditoria constituíram uma base essencial para a alimentação, calibração e validação do modelo digital CFD. Elas garantem a coerência entre a simulação e o comportamento real do sistema, reforçando a fiabilidade dos resultados e a pertinência das soluções propostas. A auditoria é, portanto, um pré-requisito essencial para qualquer abordagem de análise e otimização sustentável das questões de conforto do ar neste edifício excecional.
50 milhões de elementos fluidos: um modelo CFD 3D de alta fidelidade da Galeria de Paleontologia
A modelação 3D CFD desenvolvida pela EOLIOS assenta numa base geométrica rigorosa, elaborada a partir dos planos de construção existentes e complementada pelas leituras e observações efectuadas durante aauditoria no local. Esta fase é crucial: a qualidade e a representatividade do modelo afectam diretamente a pertinência dos resultados obtidos.
Com base nos dados recolhidos, a EOLIOS desenvolveu um modelo detalhado que integra a geometria completa da Galeria de Paleontologia em todos os seus níveis – desde o nível do jardim até à cobertura – bem como todos os equipamentos que influenciam a aerodinâmica do local: as unidades de tratamento de ar e a sua rede de distribuição, as grelhas de insuflação e de retorno do ar, as fontes de calor internas e solares, bem como todos os elementos arquitectónicos que orientam os fluxos, tais como as vitrinas, as divisórias e as grades dos corredores.
O nível de detalhe geométrico é cuidadosamente escolhido para representar fielmente os elementos que têm uma influência significativa nos campos de velocidade e temperatura, racionalizando ao mesmo tempo os detalhes secundários. Com uma malha de cerca de 50 milhões de elementos de fluido, este equilíbrio entre precisão e simplificação garante a robustez numérica das simulações e resultados que podem ser utilizados diretamente paraanálise e apoio à decisão.
Calibração digital: quando a simulação encontra a realidade do edifício
Na prática, a abordagem CFD faz parte de um processo iterativo estruturado em várias fases sucessivas: construção do modelo geométrico, definição das condições de fronteira e das propriedades termofísicas, resolução numérica e, em seguida,análise pormenorizada dos campos de escoamento e de temperatura. Este ciclo é completado por uma fase de calibração baseada em medições no terreno, antes de iniciar iterações dedicadas ao estudo de configurações de melhoramento.
A fase de calibração é uma etapa fundamental na abordagem CFD: garante a coerência entre os resultados da simulação e o comportamento real do sistema. Em termos concretos, trata-se de ajustar as condições de fronteira e os pressupostos de modelação – caudais de ar de entrada e de saída, temperaturas de superfície das paredes e janelas, condições climatéricas, ganhos solares, fontes de calor internas ligadas à ocupação e ao equipamento – de modo a obter uma correspondência satisfatória entre os valores calculados e as medições efectuadas in situ durante a auditoria.
Uma vez calibrado e validado o modelo, com convergência dos cálculos atestada por um critério residual inferior a 10-⁴, torna-se uma ferramenta de previsão fiável para estudar o impacto de diversas modificações – alterações de caudais, geometria dos difusores, configuração do sistema de ventilação – e analisar as novas dinâmicas de escoamento e de distribuição térmica em apoio à tomada de decisões técnicas.
Resultados CFD: mapeamento dos fluxos de ar e temperaturas em condições de inverno e verão
verão, inverno, vaga de calor: simulação de cenários críticos para antecipar o conforto dos visitantes
A simulação digital CFD permite reproduzir virtualmente o comportamento do ar no interior da Galerie de Paléontologie em condições realistas, sem ter de esperar pelas estações do ano ou efetuar medições in situ dispendiosas e demoradas. Definindo condições de fronteira representativas baseadas em dados meteorológicos da estação mais próxima – temperaturas exteriores, insolação, funcionamento dos sistemas de ventilação – é possível explorar o comportamento do edifício em situações tão variadas como ondas de calor no verão ou frio extremo no inverno.
Foram estudados dois cenários críticos para definir a gama de funcionamento efetivo da galeria:
- O cenário de inverno, que corresponde às condições exteriores mais frias, é utilizado para verificar se o sistema de aquecimento por ventilação consegue manter um ambiente confortável para os visitantes e o pessoal, limitando simultaneamente o desperdício de energia associado à estratificação excessiva do ar quente em altura.
- O objetivo do cenário de verão, representativo dos períodos de calor elevado, é avaliar a capacidade do sistema de arrefecimento para combinar os elevados ganhos solares que penetram nos telhados e janelas de vidro e garantir condições suportáveis apesar da elevada carga térmica.
Esta abordagem dupla dá ao cliente uma visão completa do desempenho esperado da instalação, destacando não só o comportamento médio, mas também situações potencialmente desfavoráveis que devem ser tratadas com prioridade.
Isosuperfícies, desenhos em corte, zonas de desconforto: ler os resultados CFD para tomar melhores decisões
As simulações produzem mapas tridimensionais das variáveis físicas estudadas – velocidade do ar, temperatura – que permitem localizar visualmente as zonas conformes e as que apresentam riscos de desconforto. Estas representações, sob a forma deisosuperfícies coloridas ou de desenhos seccionais, constituem uma ferramenta de comunicação direta entre os engenheiros e os decisores.
A análise dos campos de velocidade revela um padrão de escoamento heterogéneo em função dos níveis e das zonas consideradas. Globalmente, observam-se baixas velocidades nos grandes volumes da galeria, propícios à calma e a uma atmosfera estável, mas existem algumas zonas singulares onde aaceleração do ar cria o risco de correntes de ar perceptíveis.
No verão, surge uma dinâmica particular: oar frio injetado ao nível do chão tem tendência a espalhar-se em lençol antes de subir ao longo das paredes, criando correntes ascendentes que são por vezes incómodas quando passam imediatamente pelas grelhas de insuflação de ar. Este fenómeno, típico dos compartimentos climatizados com baixa descarga de ar, contrasta com a subida natural e mais uniforme do ar quente no inverno.
No inverno, a estratificação térmica funciona a favor do conforto: o ar quente acumula-se na parte superior (sob a abóbada e o telhado) enquanto a zona ocupada permanece num ambiente temperado. A configuração planeada reduz esta diferença vertical em relação à situação existente, melhorandoa eficiência energética e auniformidade do conforto.
A comparação dos dois cenários permite fazer um balanço globalmente positivo da configuração: se o funcionamento no inverno parece satisfatório, com condições de conforto bem controladas a todos os níveis, o cenário de verão revela certas limitações ligadas àinércia térmica do edifício e à dimensão das suas superfícies envidraçadas. Estas observações, objetivamente evidenciadas pela simulação, justificam as propostas de otimização complementares apresentadas na secção seguinte.
Áreas de otimização: bicos direcionais, regulação baseada na ocupação e redistribuição de fluxos
As simulações permitiram-nos identificar uma série de alavancas de otimização concretas para melhorar o conforto térmico-ar da Galeria de Paleontologia.
A instalação deelementos de difusão intermédios assegura uma distribuição mais uniforme dos fluxos de ar antes de chegarem aos espaços ocupados, limitando as zonas de desconforto ligadas a velocidades de ar excessivas.
Substituir o equipamento de difusão existente por modelos de orientação ajustável proporciona flexibilidade sazonal, permitindo que a distribuição do ar seja ajustada com precisão às condições exteriores.
Os tectos altos e a comunicação entre os níveis da galeria levaram à recomendação de uma varredura controlada das partes superiores dos volumes. Este princípio, que favorece a mistura das camadas de ar sem perturbar a zona ocupada, revela-se particularmente eficaz no período intermédio, quando a ventilação natural assistida pode ser suficiente para manter condições de conforto satisfatórias.
Por último, a regulação das taxas de ventilação em função do número real de visitantes do museu permite otimizar a relação entre conforto e consumo de energia, evitando tanto o sub-dimensionamento como a sobre-ventilação, que podem provocar correntes de ar indesejáveis.
A substituição do equipamento de radiodifusão existente por modelos com orientação ajustável proporcionaria também flexibilidade de utilização em função da estação do ano.
Auditoria de campo e simulação digital: CFD como ferramenta de decisão para uma renovação sem alterações
Este estudo CFD realizado pela EOLIOS na Galeria de Paleontologia do MNHN utilizou a simulação digital para objetivar o comportamento termo-aerodinâmico de um edifício patrimonial complexo. Combinando uma auditoria de campo aprofundada com uma modelação de alta fidelidade, a análise evidenciou a dinâmica do fluxo de ar e as distribuições térmicas caraterísticas deste edifício, tanto em condições de inverno comode verão.
Os resultados obtidos permitem ao dono da obra refletir, identificando os pontos que requerem uma atenção especial e sugerindo possíveis áreas de melhoria, e ilustram o contributo da simulação como ferramenta de decisão: oferece uma visão antecipada do funcionamento da instalação prevista, ajudando a garantir as escolhas de conceção e a clarificar os compromissos entre desempenho, activos e investimento.
A experiência da EOLIOS ingénierie na resolução de problemas térmico-ar em edifícios históricos
Recomendações adaptadas a cada projeto
Com base na sua experiência em simulação numérica aplicada a edifícios patrimoniais de grande dimensão, a EOLIOS pôde propor uma série de soluções concretas e prioritárias de otimização para melhorar o conforto termo-aerodinâmico da Galeria de Paleontologia do MNHN. Foram identificadas alavancas diretamente acionáveis, tais como a instalação deelementos de difusão intermédios, a substituição dos equipamentos existentes por modelos com orientação regulável, ou a regulação do caudal indexada ao número real de visitantes. Foram também estudadas medidas adicionais, como a varredura controlada das partes superiores dos volumes, para períodos intermédios.
As soluções selecionadas foram rigorosamente simuladas e avaliadas, permitindo-nos quantificar com precisão o seu impacto no conforto dos visitantes e do pessoal, bem como no consumo de energia da instalação. Esta abordagem iterativa, que combina uma auditoria no terreno e uma modelação de alta fidelidade, garante que as recomendações estão ancoradas na realidade do edifício e podem ser utilizadas diretamente na fase de DCE.
Graças a este estudo, a EOLIOS pôde avaliar objetivamente os desafios aeraúlicos da Galeria e clarificar os compromissos entre desempenho, património e investimento. Esta abordagem contribui para assegurar as escolhas de conceção, proporcionando ao cliente uma visão antecipada e fiável do funcionamento da instalação prevista, ao serviço de um património excecional e aberto a todos.
Resumo em vídeo do estudo
Resumo do estudo
O estudo realizado pela EOLIOS ingénierie incide sobre aotimização termo-ar da Galeria de Paleontologia do Museu Nacional de História Natural, através de simulações CFD(Computational Fluid Dynamics). Esta abordagem permite visualizar e analisar a distribuição do ar e os campos de temperatura no interior deste edifício patrimonial excecional, repartido por vários níveis, desde o nível do jardim até à cobertura. O vídeo mergulha o espetador num modelo 3D de alta fidelidade da galeria, mostrando as isosuperfícies de temperatura caraterísticas dos diferentes cenários simulados – inverno e verão – revelando a dinâmica da estratificação térmica e as zonas de desconforto identificadas. A EOLIOS combinou uma auditoria de campo aprofundada, incluindo campanhas de medição in situ e testes de fumo, com uma modelação digital calibrada envolvendo quase 50 milhões de elementos de fluido, garantindo uma representação fiel dos fenómenos reais. Esta abordagem permitiu identificar várias alavancas concretas de otimização – elementos de difusão intermédios, equipamentos com orientação regulável, regulação por frequentação – ao serviço do conforto dos visitantes e do pessoal, respeitando os constrangimentos patrimoniais deste edifício classificado. Este estudo demonstra a contribuição decisiva da simulação CFD como ferramenta de decisão para a renovação e otimização de grandes instalações do património cultural.
Resumo em vídeo da missão
Descobre outros projectos
Estudo CFD da Galeria de Paleontologia – MNHN
Protegido: Controlo do conforto sob uma cobertura de vidro: simulação CFD de um átrio
Conceção do sistema de aquecimento/ar condicionado de uma fábrica farmacêutica
Centro Aquático – Haut de Seine
Protótipo – Chaminé de ventilação natural
HVAC – Armazém de equipamento médico
Sharaan por Jean Nouvel resort
Fábrica – Turbina eólica
Câmara frigorífica – Leipzig
Piscina – Montreuil
Câmara frigorífica – ensaios de penetração
Dimensionamento de exaustores de tiragem natural
Palais Omnisports de Paris-Bercy
