Estudo CFD do conforto ao vento dos espaços exteriores e de circulação de um colégio na Ilha de França, no âmbito de um projeto de renovação.
No âmbito de um projeto de renovação, a EOLIOS analisou o impacto do vento sobre o conforto dos peões num colégio na Ilha de França. O objetivo: assegurar que as alterações introduzidas durante as renovações não degradam o conforto dos utilizadores, em todas as estações.
Após o estudo das condições meteorológicas, foram retidas duas configurações, correspondentes às duas orientações de vento mais frequentes ao longo do ano. A simulação CFD permitiu avaliar a distribuição das velocidades em torno dos edifícios para estas duas direções.
A análise concentrou-se na identificação das zonas de sobrevelocidade ligadas à disposição dos edifícios, e nos efeitos dos materiais utilizados na construção.
O essencial. Estudo CFD do conforto ao vento de um colégio na Ilha de França, no âmbito de uma renovação: duas direções de vento (sudoeste dominante, nordeste secundário, 3,3 a 5,5 m/s) e três materiais modelados (betão, moucharabiehs, malhas metálicas) através da sua taxa de passagem de ar. Resultado: pátios globalmente confortáveis, mas efeito de Venturi em certos corredores e varandas, corrigido reconfigurando as divisórias vazadas, sem alterar a arquitetura.
O colégio é constituído por duas partes distintas, ligadas por uma galeria em espiral que serve todos os edifícios. Aberta ao vento exterior embora protegendo da chuva, liga edifícios que albergam salas de aula, espaços de pausa e zonas de restauração, em dois pisos, alguns com galerias abertas.
A caracterização dos materiais e das estruturas é essencial: rugosidade, porosidade e permeabilidade influenciam diretamente as perdas de carga e a interação do fluido com as superfícies. Foram modelados três materiais: o betão (opaco ao ar), os moucharabiehs das varandas e malhas metálicas em certos corredores, estes dois últimos através de uma taxa de passagem de ar específica.
Ter em conta com precisão estas características é primordial, pois influenciam a distribuição das velocidades de ar e o nível de conforto sentido pelos utilizadores.
Divisória vazada (aqui nas varandas) que deixa passar uma parte do ar segundo uma taxa de porosidade dada. Filtra o vento, mas ao reduzir a secção de passagem pode também acelerá-lo localmente, daí o interesse de a modelar com precisão em CFD.
Quando o vento embate num edifício, surgem três zonas de perturbação: um vórtice turbulento à frente (escoamento descendente), uma zona de turbulência em cavidade de baixa pressão na retaguarda, e uma esteira de forte turbulência. Estes fenómenos influenciam o conforto pelo aumento local das velocidades e pela sua imprevisibilidade.
A arquitetura do colégio, com os seus múltiplos edifícios ligados por corredores e galerias abertas, cria condições propícias ao efeito de Venturi: canalizado num passagem estreita, o vento acelera localmente. As simulações CFD identificam com precisão estas zonas de aceleração a fim de as ter em conta nos ordenamentos.
Quando um corredor ou uma passagem estreita reduz a secção oferecida ao vento, o ar acelera para conservar o seu débito. Num colégio com múltiplas circulações abertas, este fenómeno cria correntes de ar mais intensas, localizadas mas incómodas.
Os dados anemométricos de uma estação reconhecida evidenciam um vento de sudoeste dominante em todas as estações, e um vento de nordeste secundário (sobretudo na primavera e no verão), com velocidades compreendidas entre 3,3 e 5,5 m/s. Foram portanto estudados dois casos distintos.
O nível de velocidade e a turbulência são determinantes para o conforto: as forças induzidas pelo vento podem dificultar a progressão do peão, e os efeitos convectivos alterar as trocas térmicas (sensações de frio). A escala de Beaufort fornece uma caracterização qualitativa útil, a ponderar pela atividade e pela estação.
A atenção incidiu sobre os corredores, galerias e varandas, e pátios. À escala do local, no rés do chão como no primeiro piso, a configuração do colégio atenua globalmente as velocidades de ar, criando condições favoráveis ao conforto.
Os corredores orientados paralelamente ao vento criam zonas de sobrevelocidade por efeito de Venturi. Do mesmo modo, as divisórias em moucharabieh das varandas reduzem a secção de passagem e aceleram o fluxo, gerando um desconforto local, ao mesmo tempo que reduzem ligeiramente as velocidades na extremidade da varanda.
O grande pátio apresenta um bom conforto global. Registam-se dois fenómenos: a passagem do ar dos corredores através da galeria, e a deflexão para o solo do vento bloqueado pelo edifício central, cuja interação cria uma zona de desconforto moderada. No pátio pequeno, recirculações acentuam o desconforto no inverno mas trazem uma frescura bem-vinda no verão.
Anel de ar fechado (turbilhão) que se forma quando o escoamento se descola de um obstáculo e regressa sobre si mesmo. No pátio, aprisiona o ar: incómodo no inverno, proporciona uma frescura apreciada no verão.
A análise identificou zonas de desconforto localizadas, principalmente nos corredores nordeste, ligadas à orientação das circulações em relação ao vento dominante. Os pátios e a maioria da galeria oferecem um conforto satisfatório.
A EOLIOS propôs várias pistas sem alterar a qualidade arquitetónica: reposicionar ou reconfigurar os moucharabiehs mais expostos, otimizar a permeabilidade das divisórias vazadas (taxa de vazios), e estudar a adição de elementos corta-vento nas passagens sensíveis.
A reter. o desconforto é muito localizado (corredores nordeste, algumas varandas) ao passo que pátios e galeria permanecem confortáveis. As correções propostas jogam com a porosidade das divisórias vazadas, sem tocar na qualidade arquitetónica do local.
As simulações CFD identificaram com precisão as zonas de desconforto ligadas à configuração do local (acelerações locais em certas passagens estreitas e galerias abertas), enquanto os principais espaços exteriores apresentam condições favoráveis. As estruturas vazadas e os materiais porosos influenciam notavelmente a repartição dos fluxos.
Foram propostas melhorias para reduzir o efeito de Venturi e as sobrevelocidades. O estudo confirma a pertinência da modelação CFD para avaliar o conforto dos peões e a importância de integrar a aeráulica desde a conceção arquitetónica, para uma melhor integração climática do edificado.
Conforto ao vento, moucharabiehs e efeito de Venturi nas circulações de um colégio.
Uma renovação altera as circulações e a exposição ao vento. A simulação verifica que as mudanças não introduzem correntes de ar incómodas nos corredores, galerias e pátios, em todas as estações. Ver o nosso dossiê quais são os efeitos do vento na cidade.
Estas divisórias vazadas filtram o ar segundo uma taxa de porosidade. Reduzem ligeiramente as velocidades na extremidade da varanda, mas ao estreitar a passagem podem também acelerar o fluxo, daí o interesse de as modelar com precisão.
Um corredor orientado paralelamente ao vento age como uma conduta: a secção reduz-se, o ar acelera e cria uma zona de sobrevelocidade. São estes setores, sobretudo a nordeste, que o estudo visa para melhorar o conforto.
Nem sempre: no pátio pequeno, os turbilhões acentuam o desconforto no inverno mas trazem uma frescura bem-vinda no verão. O desafio é doseá-las, não suprimir tudo.
Antecipar os efeitos do vento evita correções dispendiosas e preserva a coerência arquitetónica do local, garantindo que a renovação não introduz novos incómodos.
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Estudo CFD do conforto aeráulico de um colégio: escoamentos de ar, zonas de sobrevelocidade e conforto dos espaços exteriores.
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