10- Qualidade do ar

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QUALIDADE DO AR 
VENTILAÇÃO NATURAL E CÁLCULO DE PERDA DE CALOR
Ventilação natural
A ventilação é muito importante, não só por causa do conforto, mas também por razões de salubridade Por esse motivo, um mínimo de ventilação permanente é indispensável.
A falta de ventilação nas zonas urbanas, com uma alta densidade de população, tem sido uma causa fundamentai na transmissão de doenças, além de provocar desconforto e tensão. Sem uma boa circulação do ar dentro dos edifícios, existe um aumento no nível de umidade produzido, por exemplo, na cozinha no banheiro, e pela própria transpiração dos corpos. Nos climas quen​te-úmidos, a ventilação é vital para o conforto, e o aproveitamento das brisas é absolutamente necessário. A relação do conforto interno com o movimento do ar externo é tão importante como os fluxos do ar no ambiente interno. Nesses climas, ouso de ventilação cruzada é fundamental, não só no projeto de um cômodo, como também na organização do edifício e na planificação e urbanização. As construções em zonas com microclimas de ar calmo devem ser evitadas e, em detrimento disso, melhor é desenvolver urbanizações de baixa densidade, para que as zonas calmas formadas pelos edifícios não prejudiquem seus vizinhos.
Características da ventilação
Para se obter um melhor resfriamento, por ventilação, a velocidade do ar é mais importante que o seu volume. Pode-se incrementar a velocidade pelo efeito venturi, ao ter uma entrada de ar menor que a saída. A localização dessa saída do ar tem pouco a ver com o padrão do movimento interno dos cômodos. Ao contrário, é a entrada do ar que afeta o padrão, e deve ser localizada num lugar adequado, para forçar a circulação na área ocupada do andar. Em qualquer caso, o número ideal de trocas de ar por hora em um espaço está em função do número de cômodos, da quantidade de usuários e de seus costumes. A quantidade do ar que ingressa no cômodo depende tio sé da quantidade c do tamanho das aberturas nas paredes, como também da arquitetura do edifício, a qual pode proporcionar uma boa ventilação com o uso dos montantes, brises e pestanas bem projetadas.
Nas regiões tropicais, o conforto não depende unicamente da quantidade de trocas de ar por hora nos espaços interiores. Mais importante que isso e conseguir uma maior velocidade do ar sobre a pele dos usuários a fim de ajudar a evaporação do suor,
Com base nesta forte relação entre o conforto e o movimento do ar, formulou-se a seguinte regra geral: quanto mais rápido é o movimento do ar, tanto mais pode subir a temperatura interna sem afetar o conforto. E, como conseqüência, o corolário: com uma temperatura constante, quanto mais baixa a umidade, maior a possibilidade de redução da velocidade do ar necessária para o mesmo nível de conforto também.
A zona urbana é um lugar onde se torna mais difícil induzir movimento do ar. Se os prédios forem altos, a tendência é elevar as brisas até a parte superior, com uma perda subseqüente da velocidade no nível dos andares mais baixos.
Processo de ventilação
Em geral há duas maneiras de promover o movimento do ar sem recorrer a sistemas mecânicos:
(Permitir uma ventilação cruzada por pressão do vento.
	(Estimular o movimento do ar por meio de chaminés e diferenças de temperaturas.
O intercâmbio térmico – diário e sazonal – entre o lugar, o edifício e a atmosfera tem como resultado um processo contínuo do movimento do ar Esse movimento tem dois aspectos: primeiro, por gravitação, um processo denominado katabático, ou seja, ar frio em movimento devido à pressão do vento; segundo, um processo levitacional nomeado anabático, ou seja, movimento do ar quente devido às diferenças na temperatura do ar.
A velocidade do ar varia segundo a diferença entre a pressão das capas baixas e altas do ar. Esse movimento ocorre devido às temperaturas quentes e frias das superfícies, tanto rurais e naturais, como urbanas e artificiais.
As técnicas anabáticas, ou seja, as que aproveitam da subida por convecção, como ventiladores no telhado, chaminés e escadas interiores, e os telhados, que produzem ventilação por sucção devido à pressão negativa, como os em forma de ziguezague, são conhecidos em todo o mundo. Os projetos catabáticos, ou seja, aqueles que utilizam as forças gravitacionais do ar frio, como ventiladores de pressão e a chaminé termal de ação dupla, não são tão conhecidos. Estes últimos são tipologias tradicionais da África do Norte, do Oriente Médio e parte do noroeste da Ásia, todas regiões quente-secas. No entanto, essas técnicas podem ter aplicação em zonas úmidas, especial mente em áreas urbanas.
Ventilação natural por pressão
Antes de se preocupar com a circulação cio ar pelos cômodos como uma maneira de resfriar o ambiente, é preciso observar o movimento do ar ao redor do edifício, para, em seguida, pensar na sua entrada pelas janelas. As cores escuras, as superfícies artificiais, o pavimento exterior, têm a desvantagem de superaquecer o ar do microclima. Além disso, os prédios altos na proximidade, os elementos geográficos naturais altos, as árvores e os arbustos, podem desviar o ar ou influirem sua velocidade. O efeito do ar circulando por um edifício é a formação de zonas de alta e de baixa pressão tios lados e no telhado; essas zonas podem ser modificadas pelos elementos que estiverem ao redor do edifício.
Na aplicação de ventilação por pressão, é importante aproveitar a alta pressão – o lado do edifício que enfrenta o vento – para que o ar entre no edifício, corno também a baixa pressão – o lado oposto do edifício – para sugar o ar mais quente de fora que está para sair pela pressão do vento. Se não há mudanças na direção da ventilação dentro do edifício, ou seja, se existe uma linha reta entre a entrada e a saída do ar, sua velocidade pode até se acelerar, o que é urna vantagem em se tratando de proporcionar conforto. Se, pelo contrário, existem muitos desvios na direção que o ar segue para alcançar a saída,a velocidade vai diminuir até tornar-se fraca e sem força para ventilar bem, especialmente se os desvios forem abruptos e estiverem próximos à entrada do ar.
Como mecanismo para transferência de calor, o ar pode ocasionar ganho ou perda. Por isso, apenas o fato de ter janelas abertas não garante uma melhoria no nível de conforto. Se o ar externo é muito mais quente que a temperatura interna, ao entram no edifício a temperatura interna aumentará, com prejuízo dos usuários. Mas, quando a situação é inversa, como no caso da ventilação noturna, uma perda de calor favorecerá as condições de conforto.
A transferência de calor depende de dois fatores: primeiro, a diferença entre temperaturas internas e externas, ou seja, uma grande diferença produzirá um maior efeito de resfriamento; segundo, o volume do ar que entra e sai do espaço. Este último é controlado por dois fatores: a velocidade do vento e o tamanho das aberturas. Ambos, porém, têm suas limitações: o desconforto causado por ventos e as poucas vantagens que apresentam as aberturas maiores que 60% das paredes.
É importante ressaltar que além de funcionar como mecanismo para promover a perda de calor por substituir ar quente por ar mais fresco, a ventilação pode produzir uma sensação de alívio em relação á temperatura, ou seja, uma temperatura aparente mais baixa que a real. Por causa do alto nível de umidade nas regiões tropicais, é difícil o corpo humano perder calor por transpiração. O movimento do ar, seja ele fresco ou não, produzirá conforto por incrementar a perda de calor pelo corpo. O resultado desse efeito da ventilação acarretará uma redução aparente de até aproximadamente 4°, embora normalmente varie entre 2° a 3°. Essa redução torna-se significativa ao se examinar a pequena diferença entre a variação das temperaturas diurnas nas regiões tropicais, a qual não é muito maior que esse efeito produzido pela ventilação.
É um grande equívoco pensar que uma janela grande, localizada no lado de alta pressão, servirá para promover maisventilação. Na realidade, muito mais eficaz, é uma abertura maior no lado de baixa pressão. Esta abertura proporcionará o efeito de aumento da velocidade doar ao entrar no cômodo, embora isso dependa, como técnica, de um vento com direção dominante sem muita variação.
Uma numerosa quantidade de saídas de ar contrapondo-se a um menor número de entradas, todas do mesmo tamanho, servirá para aumentar a ventilação da mesma maneira, Se as aberturas estão localizadas assimetricamente, em lados opostos do edifício, e alinhadas segundo a direção do vento, o ar entrará em um ângulo definido pela diferença de pressão de ambos os lados. No interior, o ar seguirá sua direção original, até que, pela baixa pressão, seja impelido ao exterior pelo lado oposto.
A localização das saídas e entradas de ar, em relação à altura sobre o nível do piso, também contribui para a eficácia dos efeitos de movimento de ar. Em geral, pode-se notar que:
O tipo e a localização das entradas têm uma grande relação com o padrão do movimento do ar no interior. Em contraposição, as saídas têm menor relação com esse padrão.
Mais importante que o número de trocas do ar por hora num cômodo é a velocidade do seu movimento. Por isso, o tamanho das saídas deve ser maior que o das entradas.
As mudanças na direção do movimento do ar, ao cruzar os espaços interiores, reduzem significativamente sua velocidade e, por isso, devem ser evitadas.
Edifícios na proximidade da construção, elementos topográficos e a paisagem podem influir para melhorar ou piorar a ventilação natural.
A forma arquitetônica, mediante o uso de beirais, brises e pestanas, pode aumentar ou reduzir a velocidade do ar em relação à ventilação.
Ventilação por diferença em temperatura
A diferença das temperaturas interna e externa, assim como as diferenças de pressão dos dois lados do edifício, causam movimento no ar. No primeiro caso, o movimento é vertical, ou seja, uma coluna de ar quente que sobe. Quanto mais marcadas forem as diferenças entre essas temperaturas, quanto maior for a diferença de altura entre a entrada e a saída de ar e quanto maiores forem as aberturas de entrada e saída do ar, mais forte seta o movimento.
Em zonas onde existe uma oscilação acentuada entre as temperaturas do dia e da noite, o movimento do ar mais quente do edifício ocorrerá com mais facilidade.
Um problema com a utilização das diferenças de temperatura como sistema de resfriamento é a baixa velocidade do ar que resulta; por isso, esse não é um bom substituto para a ventilação por meio de brisas naturais.
A pequena diferença de temperatura que existe nas zonas mais quentes e úmidas, e a reduzida diferença de altura possível entre a entrada e a saída de ar, na maioria dos andares dos edifícios, provoca pouco movimento do ar. Um cômodo de 10 m² de área, por exemplo, com apenas 1° de diferença de temperatura interna e externa, e 0,2 m de diferença entre a altura de entrada e saída do ar, terá um movimento de ar de apenas 0,05 m/s (metros por segundo). Esse movimento será suficiente para mover 27 m³ de ar por hora, o que significa apenas uma troca de ar em cada hora nesse cômodo, insuficiente para promover conforto, já que o ideal são cem trocas por hora, como se verá mais adiante.
Nos climas quente-úmidos, a diferença diária de temperatura muitas vezes não é maior que 5°, enquanto que a altura de um andar não permite unia diferença maior que 1,5 m entre a janela de entrada e de saída. Nesse caso, a velocidade será de aproximadamente 0,3 m/s na abertura e uni máximo de 0,25 m/s ao cômodo. O resultado é uni resfriamento limitado.
O aspecto mais importante desta técnica é sua capacidade de diminuir a temperatura da estrutura, ou seja, baixam a temperatura dos elementos arquitetônicos que formam o ambiente. Em decorrência dessa queda, o corpo humano pode perder o calor para a estrutura por radiação. Isso é importante era relação à sensação de conforto, porque modifica a temperatura aparente, que muitas vezes é mais importante que a real.
Em lugares onde as diferenças diárias de temperatura não são muito marcadas, pode-se, superaquecer o ar com a luz direta do Sol, para provocar um melhor movimento. Essa técnica funciona com base nas chaminés solares, que promovem o aquecimento do ar pela radiação solar, próximo á sua saída, sem permitir que o calor entre no espaço habitado. Dessa maneira, com unia diferença de temperatura muito maior, haverá um aumento no movimento do ar. O resultado, em teoria, será um movimento suficiente para aproximar-se da ventilação natural.
As janelas
Na maioria dos casos, a introdução da luz, do calor e do ar é, evidentemente, através das janelas. Justamente, as informações sobre o tamanho, a localização e a orientação das janelas é de grande importância para um projetista que trabalha em qualquer parte do mundo. Esse fato tem uma importância maior nas regiões tropicais do Brasil.
Cômodos com uma só janela
Nos cômodos com apenas uma janela e nenhuma saída de ar, mesmo que seja uma porta aberta, nem a orientação, nem o tamanho dessa janela têm relação com a velocidade da ventilação. Só existem velocidades altas doar perto da janela e, por isso, nas regiões tropicais, a ventilação cruzada é fundamental, especialmente quando decorrente de duas janelas opostas nos cômodos.
Cômodos com janelas opostas
O tamanho da janela: no caso de espaços com janelas opostas, se a janela por onde saio ar for semelhante à de entrada, a velocidade do ar cruzando o interior não varia com a modificação do tamanho da entrada. Mas, se ao contrario, o tamanho da saída aumenta ou diminui, a velocidade do ar seguirá o mesmo padrão. Se as duas aberturas forem iguais, vale a pena aumentar sua largura. O resultado será uma maior velocidade, embora esse efeito seja limitado quando a janela excede um tamanho de dois terços em relação à parede. Na realidade, enquanto as janelas grandes permitem uma maior ventilação, as vantagens de ter grandes aberturas diminuem quando as janelas alcançam 60% da área da parede. E interessante notar que as janelas mais altas permitem uma maior velocidade do ar, apesar de uma janela mais alta que 1,1 m ter pouca utilidade para ventilar a parte ocupada do cômodo.
A localização e a orientação da janela: a altura de uma janela pode variar de acordo com a função do cômodo. Unia cama, ao contrário de uma mesa de trabalho, precisa do movimento do ar mais próximo do piso.
No cômodo típico, o peitoril não deve ser mais alto que 0,9 m. A chave do projeto é que a altura do peitoril deve ser 15% menor que a altura do movimento do ar ao cruzar a cômodo.
A localização em relação ao comprimento da parede: para localizar melhor as janelas simétricas nos dois lados opostos do cômodo, o projeto tem que considerar os seguintes fatores:
Se a direção do vento que sopra até a janela é normal, ou seja, perpendicular, a localização das janelas não é problemática.
Se o ângulo de incidência é menor que 45°, o cômodo terá pouca ventilação. Nesse caso, é melhor encontrar outra orientação para as janelas, em vez da simetria.
A perda de calor
Cálculos de perdas de calor por transmissão
Quando a temperatura interna é mais alta que a do exterior, há unia perda de calor para o exterior, por transmissão. O cálculo dessa perda é quase igual ao do ganho de calor por fora, mas com uma temperatura negativa, ou seja, um ∆T negativo. A proposta de uma arquitetura bioclimática no clima tropical é manter a temperatura do ambiente interno inferior à temperatura externa e, desta maneira, o cálculo de transmissão será sempre de ganho, e não de perda. Apesar disso, na realidade, pela necessidade de se utilizar materiais pesados que provoquem um retardo de transmissão e um armazenamento do calor pelo edifício, o resultado, ao cair do Sol, muitas vezes, é uma temperatura interna mais alta. Nessas horas, a perda de calor será bastante importante para nivelar as temperaturas e promover condições de conforto.
Cálculos de ventilaçãopela pressão do vento
Pelas condições típicas das regiões tropicais, pode-se calculara contribuição da ventilação e os efeitos do vento natural no sentido de conforto mios espaços interiores. Esses efeitos dependem da forma, do número, da localização e, principalmente, do tamanho das aberturas. Tudo isso pode sem determinado com base em gráficos e cálculos simples. Assim, o projetista pode direcionar sua solução desde o principio até um resultado que, em si, produzirá melhores condições de conforto para os usuários. A seguir, um exemplo de como se aplicam as ecotécnicas diretamente a uni projeto real:
As condições:
Temperatura = 300C
Umidade relativa = 40%
Média de vento = 2,8 m/s
Direção do vento sul (o vento está soprando do sul)
Suponhamos um edifício com cômodos cujas janelas estão perfeitamente orientadas para o sul e para o norte. Pela tabela da página seguinte, determinamos que a velocidade necessária para promover o conforto é 1,0 m/s. Para determinar a porcentagem do ar externo que precisa entrar nos cômodos, dividimos a velocidade interna necessária pela velocidade máxima possível – a do vento – assim:
1,0 m/s (ventilação) 
2,8 m/s (ventos) = 36%
Ao consultar o gráfico a seguir, fica claro que a entrada de ar não é suficiente com apenas uma janela, nem se ela tivesse o comprimento total da parede. Será melhor, então, utilizar duas janelas. Pelo gráfico podemos determinar que, com duas janelas de 42% da área da parede correspondente, pode-se promover uma ventilação interna satisfatória.
É interessante observar a redução da velocidade quando as janelas estão localizadas em paredes perpendiculares, e não nas paralelas. Pela figura da página 6, é notável que a melhor porcentagem do vento externo que pode penetrar no interior ocorre sob condições de vento frontal. Mas a quantidade de ar que entra pelas janelas com essa configuração é muito menor do que com aquelas localizadas em paredes opostas. Entretanto, em alguns casos, o planejamento do edifício não permite a colocação das janelas nessa posição ideal.
Conforme o demonstrado na página 4, uma velocidade interna de 1,0 m/s, determinada pelas necessidades da temperatura e unidade acima, produzirá uma aparente redução de temperatura de 2,2°C. O desenho das janelas indica que, com duas aberturas típicas, a quantidade de ar que entra com uma brisa perpendicular ao edifício será de aproximadamente 24%. A velocidade do ar interior sob condições de um vento externo de 2,8 m/s será:
Ventilação = % do ar x vento
 = 24% x 2,8m/s
 = 0,68 m/s, dando uma aparente redução de temperaturas de 1,6 0C, a qual, pela baixa umidade relativa do exemplo, provavelmente seja suportável. No mínimo pode ser considerada uma velocidade de ar agradável.
Cálculos de ventilação por chaminés
O uso de ventilação por chaminés serve principalmente para resfriar a estrutura do edifício, ou seja, para baixar a sua temperatura e, desta maneira, reduzir o impacto da radiação de calor das estruturas mais quentes para seus habitantes. Assim, as chaminés não proporcionam conforto através do movimento do ar em si, como e o caso da ventilação devido à pressão (sistemas catabáticos). As limitações das chaminés são causadas pela baixa velocidade do ar que elas promovem. A realidade das regiões tropicais é que, para se conseguir um resfriamento satisfatório, especialmente com condições de calor e alta umidade, são necessárias brisas naturais constantes e uma velocidade mais alta, normalmente mais forte que 2,3 m/s. A vantagem mais evidente da ventilação por chaminés é seu funcionamento sob condições de calma, além do fato, ainda mais importante, de que elas começam a funcionar quando a temperatura do ar interno sobe a ponto de estar mais alta que a do ar externo.
Em cômodos pequenos é possível produzir até uma renovação de ar por hora, com técnicas de chaminés baseadas em poucas diferenças de temperaturas externa e interna e de altura entre a janela de entrada e a de saída do ar. Entretanto, essa renovação de uma vez por hora é realmente pouco significativa quando comparada às cem vezes necessárias para lograr um bom resfriamento. No gráfico acima podemos ver que, com uma diferença de 0,2 m de altura entre a entrada e a saída do ar, e com 11 0C de diferença entre o ar interno (mais quente) e o externo (menos quente), a velocidade do ar será de 0,05 m/s por metro quadrado de abertura. O cálculo para se determinar o efeito de tal velocidade é:
0,05 m/s x 3 600 s/hora = 18 m/hora
Com abertura de 1,5 m2:
18 m/hora x 1,5 m2 = 27 m3/hora
Com um cômodo de 3 m x 3,5 m x 2,4 m = 27 m3:
27 m3/hora + 27 m3 = 1 mudança/hora
Se o clima no exemplo é de 27 0C, com 80% de umidade relativa, precisamos de uma velocidade de ventilação interna de 1,25 m/s (veja p.7), ou seja, o movimento do ar produzido pela chaminé representa apenas 4% do necessário para o conforto. Embora esta quantidade pareça pequena, na realidade pode ajudar a promover conforto por sua capacidade de baixar a temperatura dos componentes estruturais do interior do edifício quando a temperatura interna ultrapassa a externa, sem depender das brisas para conseguir esse efeito.
Para demonstrar os efeitos máximos da chaminé, podemos examinar um exemplo extremo com uma diferença de temperatura de 5°C e uma diferença de altura de 2 m entre as aberturas (uma no teto e outra no piso), cada uma de 1 m2. Conforme o gráfico anterior, o resultado será uma velocidade de quase 0,40 m/s. Para nosso caso do cômodo de 27 m3, o resultado será:
0,40 m/s x 3 600 s/hora = 1 440 m/bora
Com aberturas de 1 m2. o resultado será:
1 440 m/hora x 1,0 m2 1 440 m3/hora
1 440 m3/hora + 27 m3 = 53 renovações do ar por hora
Embora o exemplo dado não seja típico, demonstra a possibilidade de proporcionar conforto com uma velocidade de ventilação adequada. É preciso levar em conta o fato de que a chaminé é tanto mais eficaz quanto mais alta for a temperatura interna em relação ao ar exterior, que, em contrapartida, é exatamente o oposto do que é exigido por uma arquitetura apropriada. Num bom projeto, isso só deve ocorrer no pôr-do-sol, com conseqüente queda de temperatura externa que, neste momento, pode ser mais rápida que a queda da interna, especialmente quando o edifício tem uma alta inércia térmica. Assim, a chaminé pode vir a ter um papel importante na promoção do conforto; no entanto, depender do seu efeito para conseguir isso será um erro fatal.
É necessário recordar também que a velocidade indicada é ótima para o momento em que a diferença de temperaturas se tornar mais extrema. Ao começar a funcionar e resfriar, esta diferença diminui, com uma redução paralela de velocidade. Também vale observar que as velocidades notadas são as que ocorrem na saída do ar, ao cruzar o cômodo, contudo, a velocidade será sempre menor Entretanto, tudo que foi dito anteriormente não tem o propósito de inviabilizar ouso da técnica; ao contrário, o papel que ela exerce é muito importante, especialmente em lugares que carecem de brisas naturais com velocidade suficiente e constante para promover o tão almejado conforto. O importante é, sob condições normais, com brisas apropriadas, adequar o projeto para aproveitá-las e, se for possível, aumentar esses efeitos de resfriamento por pressão com técnicas de chaminés. O resultado ideal será uma combinação de técnicas em que, por exemplo, a saída da chaminé esteja no lado oposto do vento dominante, ou seja, o lado de baixa pressão, para que o vento entre no cômodo pelo lado de alta pressão, que também é o lado mais baixo em relação ao piso. Ao cruzar o cômodo, o vento sai pelo lado de baixa pressão, que também deve ser a abertura mais alta fisicamente. Assim, o movimento do ar, por pressão do vento, ajudada o resfriamento do cômodo pelo efeito da chaminé, evacuando o ar mais quente acumulado no interior. A baixa pressão no lado do cômodo onde está a saída da chaminé ajudaria a sugam o ar mais quente. Assim, ocalor acumulado nas superfícies internas pode ser diluído mais rapidamente se estas superfícies tiverem uma temperatura mais alta que o ar que está entrando no cômodo.
O importante é evitar um projeto em que estes dois efeitos entrem em conflito. O ar que entra no cômodo por pressão não deve forçar o ar mais quente para o teto ou dentro da chaminé para baixo, como por exemplo, quando a saída da chaminé está localizada no lado de alta pressão. Pela maior força da brisa, esse ar quente, que sobe pela chaminé, será forçado a voltar para a arca habitada do cômodo, negando totalmente os benefícios do sistema.
Fonte:
HERTZ, J. – “Ecotécnicas em Arquitetura”
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