“Como deve agir um projetista ante o caso real de um edifício a ser construído em um determinado local, quando deseja o efeito do vento nos problemas de ventilação natural? Em primeiro lugar, é necessário verificar se a ventilação natural constitui uma questão de vital importância para o edifício e que, por isto, carece de um estudo rigoroso. Em seguida, cabe decidir se o vulto da obra justifica as despesas dos ensaios de um modelo do edifício, em túnel aerodinâmico, ou, em caso contrário, cabe apenas aplicar no estudo da ventilação os conhecimentos gerais já existentes e colhidos em ensaios de tipos padrões de edifícios.” (TOLEDO, E. 1999, p. 97)
CAPÍTULO 4 – SIMULAÇÃO COMPUTACIONAL
Existem diversos métodos de predição da ventilação natural por ação dos ventos nas edificações e sua escolha deve se basear na importância da ventilação natural para o projeto, sua localização e tipologia, além, evidentemente da disponibilidade de recursos humanos e materiais.
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Os ensaios em túneis de vento são utilizados com diversas finalidades, entre as quais: verificação do efeito do vento entre as edificações no meio urbano; análise da ventilação no interior das edificações e determinação do coeficiente de pressão sofrida em cada fachada; análise da dispersão de poluentes; análise estrutural de edifícios; análise da propagação de emissões veiculares, entre outros. Para isso é necessária a construção de um modelo em escala reduzida que reproduza fielmente os objetos a serem pesquisados. Essa escala deve ser a maior possível para facilitar a reprodução dos detalhes das aberturas.
Segundo Toledo, E. (1999, p.98) “praticamente todo o conhecimento científico sobre a ação do vento nos edifícios foi proveniente de ensaios de modelos em túneis aerodinâmicos”. Porém, infelizmente, ensaios em túneis de vento ainda não estão ao alcance da maior parte dos projetistas que buscam uma análise detalhada dos efeitos da ventilação natural na edificação. Apesar da tecnologia envolvida na construção de um túnel de vento ter permanecido a mesma nos últimos cinquenta anos, a
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complexidade e os custos que envolvem uma simulação impedem sua popularidade.
Para Cóstola (2006) as duas principais aplicações do túnel de vento no estudo da ventilação no edifício são para validação de modelos teóricos (como os CFD’s) e para avaliação da ventilação de um edifício específico. Porém, quando o uso objetiva a avaliação do desempenho de um projeto é a determinação do coeficiente de pressão a principal abordagem encontrada nos estudos realizados em túneis de vento.
O ensaio em modelo reduzido em túneis de vento é mais utilizado para estudos na área do urbanismo. No caso da arquitetura, principalmente do interior dos edifícios, cada vez mais a simulação computacional vem sendo empregada nos estudos acadêmicos e na prática profissional, inclusive em caráter obrigatório em alguns países europeus e da América do Norte, na busca da eficiência energética das edificações.
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O uso de ferramentas computacionais para a análise do desempenho de edificações e espaços urbanos é uma prática relativamente nova no Brasil, apesar de já estar sendo explorada há mais de 30 anos na Europa.
Na arquitetura, o uso de tais ferramentas pode auxiliar na avaliação da relação entre as questões ambientais (clima) e arquitetônicas (formas, materiais, etc.) e ajudar na conscientização da importância do emprego de técnicas passivas de condicionamento do ar e da iluminação natural em
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busca de uma maior eficiência energética nas edificações e consequente ganho ambiental.
No estudo da ventilação natural, os softwares são de grande complexidade e em geral utilizados por grupos de pesquisadores ou profissionais especializados nas áreas de conforto ambiental que buscam nas simulações a visualização das respostas aos problemas impostos. Mas é importante destacar que os softwares desenvolvidos para simulações de conforto ambiental e eficiência energética, apesar de elaborados de acordo com modelos de cálculos reconhecidos pela comunidade científica internacional, devem ser validados por medições e experimentos físicos.
Felizmente, vários programas vem sendo desenvolvidos em várias partes do mundo e se tornam cada vez mais ferramentas bastante úteis na área da arquitetura e urbanismo. Porém, a escolha do software deve ser baseada principalmente no objetivo do estudo, nos dados existentes e nas respostas solicitadas, além de que, evidentemente, na disponibilidade dos equipamentos e licenças necessários.
Em um dos estudos que exemplifica o emprego de um software, Toledo, A. (1999) questiona o critério de dimensionamento das aberturas sugerido pelo Modelo IBAM/PROCEL 1997, que se baseia na área de piso, sem considerar os fatores externos e do edifício. Assim, por meio da simulação com o software VENTIL.FOR185, ele simula 5 modelos de dormitórios, considerando a velocidade do vento, os coeficientes de pressão e as resistências nas aberturas descartando a variação da
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temperatura para simplificação dos cálculos. Os resultados mostram que os critérios geométricos adotados, que consideram a ventilação natural com caráter genérico, não são adequados para o caso de Maceió. Por fim ele aponta para a necessidade de consideração de outros fatores, presentes em outros métodos.
Já Bittencourt e Lôbo (1999) apresentaram um trabalho sobre a influência da localização das aberturas na ventilação natural de edificações escolares com o objetivo de investigar a influência conjugada dos parâmetros arquitetônicos relativos à localização e dimensão das aberturas de salas de aulas típicas, na ventilação natural no interior destes espaços, aumentando o conforto ambiental e o rendimento discente nessas edificações. Foram realizadas simulações utilizando o programa PHOENICS 2.2.2 e por meio dos resultados, observou1se que, quando as aberturas de entrada do fluxo de ar se encontram na faixa média e as aberturas de saída na faixa alta, associadas a uma maior dimensão das aberturas, obtém1se um melhor padrão de circulação do ar no interior do ambiente. ) 5(- ' # ] -T6 A A 0 B9P ? % >^# <-BBBE ) 5(. # ]-T6 A A 0 B9P ? % >^# <-BBBE
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Dessa forma, os autores concluem que os resultados apresentados nas figuras 4.1 e 4.2 mostram que a localização das aberturas exerce maior influência sobre o padrão de distribuição do ar das salas de aula do que a variação da dimensão das mesmas.
Em outro estudo, ainda em salas de aula, Bittencourt e Peixoto (2003) realizaram simulações computacionais com o auxílio do software PHOENICS 3.3 com a finalidade de verificar o desempenho da ventilação natural em dois prédios distintos e em seguida propor soluções para melhorar seu aproveitamento. No final provaram por meio das simulações realizadas que simples medidas de adequação dos edifícios ao clima local podem promover edificações energeticamente mais eficientes, destacando a responsabilidade do arquiteto ao definir os partidos arquitetônicos.
Com o objetivo de investigar o potencial do uso de captadores de ventos em habitações populares em locais de clima quente e úmido visando o conforto térmico no interior das edificações, Bittencourt e Lôbo (2003) realizaram simulações computacionais utilizando o software PHOENICS 3.2 e verificaram que o uso de captadores de ventos pode gerar um aumento significativo da velocidade do fluxo de ventilação natural em alguns ambientes da edificação sem custos adicionais importantes.
Costa (2001) também utilizou os recursos do programa PHOENICS 3.2 para simular a aplicação das prescrições urbanísticas na cidade de Natal1RN, analisando os efeitos sobre a ventilação natural e concluiu que a
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redução sucessiva nos índices que definem o afastamento mínimo entre as edificações reduz a velocidade dos ventos nas áreas mais adensadas e pode provocar a formação de ilhas de calor.
Por outro lado, AKUTSU et.al. (1998) utilizaram o programa ESP1r (Energy Simulation Program – research) para a análise das condições de ventilação natural de uma edificação para condições típicas de verão da cidade de São Paulo e mostrou o quanto a ventilação de uma habitação pode ser prejudicada no caso de um mau posicionamento em relação à incidência dos ventos e que a distribuição das janelas nas fachadas é um parâmetro fundamental na qualidade de ar no interior dos recintos.
Também Figueiredo (2007), em sua dissertação de mestrado, cujo objetivo foi avaliar o potencial de utilização da ventilação natural em edifícios de escritórios sob o ponto de vista do conforto térmico, utilizou o software Energy Plus para avaliar as temperaturas operativas internas no modelo elaborado e em seguida, em caráter exploratório, a autora desenvolveu simulações no software CFX 5.7 com o objetivo de estimar se a temperatura e a velocidade do ar no interior do recinto poderiam gerar desconforto térmico no mesmo.
Prata (2005) ao estudar a ventilação natural urbana relacionada ao conforto urbano dos usuários das cidades realizou ensaios em túnel de vento que comprovaram que o padrão de vento no meio urbano é alterado pelas mudanças na altura e posicionamento dos edifícios. Em complemento e para verificar possíveis diferenças nos resultados obtidos,
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também foram elaboradas simulações com o software CFX 5.7 que se mostrou eficiente na quantificação dos valores de velocidade do ar.
Leite (2008) investigou a relação entre o processo de verticalização na cidade de São Luís e a ventilação natural de seu entorno por meio da construção de seis diferentes cenários que foram simulados no software CFX 5.7 com o objetivo de, comparado a ocupação atual, avaliar a velocidade e direção do vento no nível do pedestre, destacando como a metodologia empregada viabiliza pré1determinar o impacto que a ventilação natural urbana poderá sofrer com as futuras edificações.
Cóstola (2006) em sua dissertação de mestrado formulou um procedimento para a quantificação da vazão do ar promovida pela ação do vento no interior do edifício, em climas quentes. Diversas ferramentas foram apresentadas detalhadamente, como o uso do túnel de vento e simulação com software de dinâmica dos fluidos, juntamente com o uso e os parâmetros de entrada necessários. Ao concluir a dissertação, o autor ressalta a disponibilidade de um conjunto de ferramentas para predição da ventilação natural no interior das edificações, mas lembra que cabe ao projetista o uso criterioso destes recursos no projeto arquitetônico.