Ventilar e arrefecer sem energia
Antes da climatização, os edifícios respiravam sozinhos: torres de vento, grandes claraboias, vãos passantes. A ventilação natural explora forças gratuitas, o calor e o vento, para renovar o ar e evacuar os sobreaquecimentos, sem consumir a mínima energia.
Mas a sua aparente simplicidade esconde uma verdadeira exigência de engenharia: um dispositivo mal dimensionado não ventila, ou volta-se contra o conforto. A questão é garantir o caudal em todas as condições de estação e de vento.
O que é a ventilação natural?
A ventilação natural é a renovação do ar de um espaço sem recurso a um ventilador, apenas sob o efeito de diferenças de pressão naturais: as criadas pela diferença de temperatura (tiragem térmica) e pela ação do vento sobre a envolvente.
Pode ser passante (entradas e saídas em fachadas opostas), por tiragem (entradas baixas, saídas altas) ou mista. A sua eficácia depende inteiramente da posição e da dimensão das aberturas e da altura entre entradas e saídas.
Dois motores: o calor e o vento
A ventilação natural assenta em dois fenómenos, que podem reforçar-se ou opor-se conforme a configuração:
A tiragem térmica
- O ar quente, mais leve, sobe e escapa-se pela parte alta.
- Ar fresco entra pela parte baixa para o substituir.
- Motor dominante no verão e nos grandes volumes.
O efeito do vento
- Sobrepressão a barlavento, depressão a sotavento e na cobertura.
- Esta diferença « empurra » o ar através do edifício.
- Motor potente mas variável conforme a meteorologia.
A tiragem térmica, ou efeito de chaminé
Quando o ar interior está mais quente do que o ar exterior, a sua massa volúmica diminui: torna-se mais leve e sobe. Numa dada altura, esta diferença cria uma diferença de pressão motriz:
É este princípio que encontramos nas torres de vento, nas claraboias e nas naves industriais: uma grande altura livre transforma uma pequena diferença de temperatura num caudal de ar significativo.
Dossiê dedicado: o efeito de tiragem térmicaO efeito do vento sobre a envolvente
O vento que encontra o edifício cria um campo de pressão: sobrepressão na fachada exposta, depressão nas fachadas laterais, na cobertura e na face a sotavento. Ao colocar entradas de ar na zona de sobrepressão e saídas na zona de depressão, transforma-se esse campo em motor de ventilação.
O efeito do vento é mais potente do que a tiragem, mas também mais variável: direção e velocidade mudam permanentemente. Um bom dispositivo mantém-se eficaz qualquer que seja a orientação do vento, o que implica estudar todas as direções.
Os dois motores podem contrariar-se
Com vento forte, o efeito do vento pode inverter o sentido esperado da tiragem térmica e criar contracorrentes. É todo o interesse da simulação: verificar que o caudal se mantém correto em todas as combinações de estação e de vento, e não apenas no caso ideal.
Dimensionar os vãos
O caudal de ar natural depende da superfície livre das aberturas, do seu posicionamento e da altura entre entradas e saídas. O dimensionamento procura um compromisso:
Abertura suficiente
- Garantir o caudal higiénico e a evacuação dos sobreaquecimentos.
- Superfícies de entrada e de saída equilibradas.
Nem abertura excessiva
- Evitar as correntes de ar e as perdas no inverno.
- Controlar o ruído, a chuva e a segurança.
Os ábacos regulamentares dão uma primeira ordem de grandeza, mas ignoram a geometria real e os obstáculos internos. Num grande volume ou numa forma complexa, só a simulação decide.
A CFD para garantir o caudal natural
A simulação CFD reproduz o edifício, a sua altura, os seus vãos e o seu ambiente, e calcula depois o caudal de ar real e as temperaturas em todos os pontos, para cada estação e cada direção de vento. Verifica-se assim o conforto de verão, posicionam-se as aberturas e testam-se variantes antes da construção.
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