Protótipo – Chaminé de ventilação natural
Projeto de um edifício ventilado por chaminés de ventilação natural
A EOLIOS Ingénierie foi contactada por um gabinete de arquitetura para estudar a ventilação natural de um futuro edifício.
As instalações de escritórios deveriam ser ventiladas por meio de poços de vento.
Neste tipo de ventilação natural, não é o efeito da corrente de ar térmica que prevalece, mas sim a ação do vento.
Neste estudo, a EOLIOS estudou vários tipos de chaminés e determinou qual delas oferecia o melhor fluxo de ar.
Protótipo - Chaminé de ventilação natural
Ano
2024
Cliente
Localização
Rennes
Tipologia
Engenharia climática
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Simulação numérica da ventilação natural através de um aerogerador
Apresentação geral do projeto
A Eolios realizou um estudo aprofundado de um futuro projeto de arquitetura que integra duas componentes principais: uma parte dedicada à habitação e outra aos estabelecimentos comerciais. A nossa atenção centra-se especificamente nesta segunda secção, uma vez que é o estabelecimento comercial que beneficiará de um sistema de ventilação natural.
Estudo climático
Para realizar este estudo de ventilação natural, efectuamos primeiro uma análise climática do futuro local, a fim de tornar as simulações tão realistas quanto possível.
Para este projeto, a análise climática revelou que o vento sopra principalmente de sudoeste.
Um segundo vento dominante vem de nordeste.
Depois de identificar estes ventos dominantes, medimos a sua intensidade, ou seja, a velocidade média do vento nestas direcções, bem como as velocidades mínima e máxima para estudar os casos extremos.
Foi também efectuado um estudo das temperaturas em função da estação do ano, mas não é apresentado nesta secção.
No resto deste artigo, apresentaremos os resultados para um vento sudoeste com uma velocidade de 6m/s, que, de acordo com este estudo climático, é o vento mais frequente.
Modelo 3D
Para estudar a ventilação natural de um edifício, é crucial ter em conta os edifícios vizinhos que actuam como máscaras aeraúlicas.
Estas estruturas circundantes podem ter um impacto significativo no fluxo de ar em tornoe através do edifício em estudo. A presença de edifícios vizinhos pode criar zonas de pressão e turbulência variáveis que influenciam a direção e a velocidade do vento.
Por conseguinte, a modelação exacta destes edifícios vizinhos é essencial para uma avaliação realista da ventilação natural.
Através da modelação de edifícios vizinhos, é possível simular os efeitos dos obstáculos nas correntes de ar.
Isto inclui a determinação de zonas de sombra de vento, onde o fluxo de ar é reduzido ou perturbado, e de canais de vento, onde o fluxo é acelerado.
Estes fenómenos podem afetar a qualidade do ar interior, o conforto térmico e a eficiência energética do edifício em estudo.
Uma boa modelação ajuda a identificar as melhores posições para as aberturas de ventilação, tais como janelas e respiradouros, para otimizar o fornecimento de ar fresco e a remoção do ar viciado.
Dimensionamento
O dimensionamento correto das condutas de ventilação é essencial para uma ventilação eficaz. A Eolios oferece a sua experiência no dimensionamento e melhoria dos sistemas de ventilação natural.
A simulação CFD é então utilizada para verificar o projeto. A vantagem do CFD reside na possibilidade de testar vários sistemas e configurações.
É mais fácil modificar os sistemas de ventilação durante a fase de simulação do que quando eles já estão instalados.
Experimenta várias chaminés CFD
Foram efectuados estudos em várias chaminés:
- Um com uma conduta retangular de 4 m de altura e uma tampa plana
- Duas com uma conduta cilíndrica de 4 m de altura: uma com uma tampa semi-esférica fixa e outra rotativa .
- E uma fachada de 4 m de altura com 2 orientações
O objetivo do estudo é determinar a forma mais adequada para o projeto, comparando os caudais extraídos pelas chaminés de acordo com as diferentes configurações.
As superfícies de captação e a dimensão das chaminés são equivalentes para cada estudo, de modo a comparar apenas a eficiência da tiragem natural.
Os estudos mostram que a chaminé com capota rotativa é a que cria mais correntes de ar.
O rendimento é cerca de duas vezes superior ao das chaminés de capota fixa, independentemente da origem do vento ou de qualquer perturbação dos edifícios circundantes.
Além disso, o capô gira para ficar em condições óptimas, o quegarante uma melhor tiragem.
As chaminés montadas na fachada podem ser uma solução interessante, apesar de alguns constrangimentos. Dependendo da direção do vento e da orientação da chaminé, podem funcionar como entrada ou saída de ar, o que pode ser tanto uma vantagem como uma desvantagem.
Para efeitos do presente estudo, a fim de obter a melhor tiragem possível, a chaminé com capota rotativa é a escolha preferida.
Simulações e resultados
Esta secção apresenta os resultados das simulações CFD com condutas individuais e chaminés cilíndricas móveis.
De facto, como mostram as primeiras simulações, este tipo de chaminé é o mais eficiente.
Os resultados da simulação apresentados abaixo são para um vento sudoeste de cerca de 6 m/s.
Este é o vento predominante na área do projeto.
É de notar que foram testadas outras direcções e velocidades do vento, mas não são apresentadas neste artigo.
As zonas vermelhas indicam quais as chaminés mais afectadas pelo vento sudoeste.
As chaminés que não apresentam estas manchas vermelhas são menos afectadas por este vento devido à presença de outras chaminés a montante.
Ainda com o objetivo de comparar chaminés fixas e móveis, foram realizados dois estudos para cada um dos casos, que são apresentados a seguir.
À primeira vista, as velocidades nas condutas das chaminés móveis são mais elevadas do que nas condutas das chaminés fixas.
Existe também uma diferença entre as condutas das chaminés fixas.
No caso das chaminés fixas, a chaminé com a conduta mais longa (1º andar) tem um caudal de 0,7 Vol/h, muito abaixo dos 5 Vol/h esperados. Apenas a chaminé mais curta (5º andar) se aproxima do objetivo de 5 Vol/h, e este caudal aumenta à medida que se sobe.
O quadro seguinte resume os caudais por piso e por tipo de chaminé:
Esta tabela mostra que a ventilação por chaminé fixa funciona, em média, 2 vezes menos do que a ventilação por chaminé móvel.
Também é importante notar e lembrar que , no caso da chaminé fixa, o primeiro andar quase não é ventilado.
Neste estudo, os vãos de fachada estudados estão na posição superior e abrem uma vez a cada dois quadros, como pode ser visto na figura abaixo.
Verifica-se que a série de chaminés diretamente expostas ao vento (assinaladas a vermelho na figura acima) apresenta caudais muito superiores à média das outras chaminés.
Para estas chaminés, o objetivo de 5 Vol/h é portanto atingido no caso móvel, mas não no caso fixo.
A partir destes primeiros resultados, podemos constatar que a ventilação natural funciona corretamente no caso da chaminé com campânula móvel.
Neste caso, as condutas foram corretamente dimensionadas para obter uma taxa de ventilação de 5 Vol/h.
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