O que é a ventilação natural?

Contexto geral

A ventilação natural nos edifícios é um método que utiliza as forças naturais do vento e da flutuabilidade (diferença de densidade entre o ar frio e o ar quente) para introduzir ar fresco e distribuí-lo eficazmente, a fim de garantir um ambiente interior saudável, fresco e confortável.

Permite assegurar o aporte de ar respirável adequado, a ventilação dos contaminantes, o condicionamento térmico e a dissipação da humidade, favorecendo ao mesmo tempo o bem-estar. Para que seja eficaz, é essencial estabelecer uma relação estreita entre a arquitetura do edifício e o sistema de circulação do ar: forma do edifício, ambiente do site, disposição interior.

A ventilação natural tira partido de forças como o vento, a temperatura exterior e a luz do sol para ventilar e refrescar os espaços. Contribui para reduzir a pegada ambiental dos edifícios, favorecendo uma utilização eficiente dos recursos e diminuindo as necessidades de energia.

Contudo, o advento da ventilação mecânica controlada relegou-a progressivamente para segundo plano: os sistemas mecânicos oferecem uma gestão precisa dos fluxos, mas exigem um consumo de eletricidade importante e nem sempre estão adaptados a todos os edifícios e climas.

Face a estes desafios, é importante repensar o lugar da ventilação natural nos novos projetos. Inspirando-se nos saberes tradicionais e nos avanços tecnológicos atuais, é possível desenvolver soluções inovadoras e sustentáveis que conciliam conforto, qualidade do ar e respeito pelo ambiente.

A ventilação por abertura de janela

Os dois sistemas aqui apresentados (mono-exposta e transversal) assentam no princípio da convecção natural: o ar fresco entra para substituir o ar quente, criando um movimento de ar contínuo através do edifício.

Ventilação mono-exposta

A ventilação mono-exposta tira partido de uma única fachada para favorecer o movimento do ar. Assenta na diferença de temperatura e de pressão entre interior e exterior: janelas ou painéis na fachada exposta aos ventos dominantes deixam o ar fresco entrar por baixo enquanto o ar viciado é evacuado por cima (efeito de flutuabilidade).

Preconizam-se, por isso, aberturas verticais para assegurar uma diferença de qualidade do ar entre a parte de baixo e a de cima. Os espaços demasiado grandes não são compatíveis: recomenda-se em geral uma profundidade de compartimento ≤ 2 vezes o pé-direito para sentir os efeitos (segundo a AREC Île-de-France).

O seu inconveniente maior é que depende fortemente das temperaturas exteriores: a sua eficácia é reduzida durante os períodos quentes e calmos, quando as diferenças de temperatura e de pressão são mínimas. Pode então ser necessário recorrer a uma ventilação mecânica. Frequentemente utilizada nos edifícios residenciais e comerciais onde não são possíveis aberturas em várias fachadas, permanece em geral pouco eficaz.

Ventilação transversal

A ventilação transversal utiliza as diferenças de pressão entre duas aberturas opostas para fazer entrar o ar fresco e evacuar o ar viciado. É favorecida nos climas onde os ventos dominantes são regulares e fortes, pois permite uma renovação eficaz evacuando ao mesmo tempo calor, humidade e contaminantes.

Os edifícios concebidos para a ventilação transversal são orientados de forma a capturar os ventos dominantes, com aberturas posicionadas estrategicamente em fachadas opostas. Este método pode ser eficaz para manter um interior confortável reduzindo ao mesmo tempo a dependência da ventilação mecânica, daí economias de energia, mas a sua eficácia varia consoante as condições meteorológicas e as características do edifício.

Vantagens e inconvenientes

Ventilação por átrio e por chaminé

O átrio

Os átrios são espaços interiores abertos, frequentemente em vários pisos, que servem de poço de luz e de zonas de encontro. A sua ventilação apoia-se no fenómeno de tiragem térmica: o ar quente sobe naturalmente para o topo do átrio devido à diferença de densidade, e é evacuado pelas aberturas situadas em altura, criando uma chamada de ar que aspira o ar fresco pelas aberturas inferiores.

Ventilação natural por chaminé

Método antigo mas eficaz: as chaminés são condutas verticais que permitem ao ar quente escapar naturalmente, criando uma aspiração que arrasta a entrada de ar fresco pelas aberturas inferiores, é a tiragem térmica. Quando o ar interior aquece, torna-se menos denso do que o ar exterior; o ar fresco que entra por uma abertura baixa expulsa o ar quente pela conduta até uma abertura mais alta.

As chaminés podem ser integradas nas paredes exteriores ou ser elementos distintos, adaptadas a diferentes formas e tamanhos para maximizar a eficácia. A sua execução deve também ser compatível com as problemáticas de incêndio e acústica.

Torre de ventilação natural e VNAC

A torre de ventilação natural

As torres de ventilação natural inspiram-se nas tradições arquitetónicas do Médio Oriente (os badgirs no Irão). Sob a forma de torres ou de chaminés montadas no telhado, exploram as correntes de ar em altura, onde a velocidade do vento é mais elevada: ao captar esse ar fresco e canalizá-lo para o interior, criam um movimento de ar que favorece uma circulação natural e eficaz.

O lado da torre voltado para o vento capta o ar fresco, propagado no recinto do edifício; o ar quente é expulso e escapa pelo lado oposto ao vento. Hoje, os dispositivos são menos imponentes do que os badgirs: fala-se de torreão de ventilação natural.

Vantagens: redução da dependência energética dos dispositivos de arrefecimento (economias de energia, pegada de carbono reduzida), renovação constante do ar, e capacidade de captar o vento qualquer que seja a sua direção. Em contrapartida, a sua eficácia depende fortemente da velocidade e da direção do vento: nas zonas de ventos fracos ou irregulares, podem não funcionar de maneira ótima, e a sua conceção deve ter em conta as variações de pressão e as condições locais.

Ventilação natural assistida e controlada (VNAC)

A VNAC concilia as vantagens da ventilação natural e mecânica. Assenta em sensores inteligentes que medem as condições exteriores (vento, temperatura, pressão, insolação) e interiores (temperatura, CO₂, presença). Quando as condições são favoráveis, coloca em pausa a ventilação mecânica para tirar partido da ventilação natural; caso contrário, ativa a ventilação mecânica para assegurar a renovação do ar.

Em Saint-Nazaire (Loire-Atlantique), foi implementado um exemplo concreto de VNAC: uma ventilação de fluxo simples autorregulável, com uma extração independente por habitação. O ar viciado é extraído das divisões húmidas (cozinha, casa de banho, WC) e evacuado por condutas individuais que desembocam no telhado, através de grandes chaminés que servem de base a torreões de ventilação orientáveis que exploram a tiragem térmica e a energia do vento. Estes torreões funcionam também como chaminés solares (caixilhos envidraçados que aumentam a temperatura à saída para melhorar a tiragem), e um sistema de regulação por habitação ajusta os caudais consoante as necessidades e o clima.

Dimensionamento e estudos CFD

Desafios dos estudos CFD

A EOLIOS fornece uma competência especializada no dimensionamento e no estudo por CFD das condutas e chaminés para a ventilação natural. Os nossos serviços, conceção inicial, análise de desempenho ou otimização de sistemas existentes, utilizam ferramentas avançadas de modelação numérica para otimizar o desempenho e a eficiência dos sistemas de ventilação.

Estudo de diferentes tipos de chaminés

Eis um exemplo de estudos CFD realizados para determinar qual o tipo de chaminé mais eficaz. Após um dimensionamento das condutas (tendo em conta o caudal de ar a evacuar e os volumes do edifício), foram testados diferentes tipos de saída de ar. Antes de qualquer simulação, é realizado um estudo climático do site para estimar as origens de vento mais frequentes e a sua intensidade, essencial para obter resultados conformes à realidade.

As diferentes saídas de chaminés são modeladas em 3D para serem testadas pela CFD: o objetivo é determinar a forma mais pertinente comparando os caudais extraídos consoante as configurações. As superfícies de captação e o tamanho das condutas são equivalentes em cada estudo, a fim de comparar unicamente o rendimento de tiragem natural.

Em função das necessidades do projeto e das condições climáticas, certas chaminés são mais adaptadas do que outras. O papel da EOLIOS é estimar qual a saída de ar mais adaptada, com um dimensionamento de condutas correspondente às necessidades do projeto.

Ventilação natural por condutas individuais

Neste estudo, a EOLIOS dimensionou condutas individuais para ventilar cada piso eficazmente. As figuras abaixo apresentam as velocidades de ar no edifício e nas condutas, para dois tipos de chaminés (fixa clássica e móvel), bem como a ventilação transversal pelas aberturas na fachada.

Síntese

A ventilação natural oferece soluções eficazes e sustentáveis para assegurar uma circulação de ar adequada. Cada sistema apresenta as suas próprias vantagens e inconvenientes, mas todos contribuem para criar um ambiente interior saudável e confortável. Melhora a qualidade do ar mantendo-se ao mesmo tempo sóbria em energia, e portanto respeitadora do ambiente.

Inscreve-se numa abordagem sustentável da construção, utilizando os recursos naturais disponíveis e não exigindo quase nenhuma manutenção; reduz a dependência das tecnologias elétricas e a pegada de carbono dos edifícios. O seu principal inconveniente continua a ser a dependência das condições climáticas (nomeadamente a força do vento), daí uma eficácia variável consoante o clima e a geografia.

É por isso que a EOLIOS traz a sua competência ao dimensionamento e à implementação da ventilação natural: a simulação CFD, simples de aplicar desde a conceção, permite escolher o sistema mais eficaz.