Otimização termo-aeráulica da Galeria de Paleontologia do Museu Nacional de História Natural: conforto dos visitantes, conservação das coleções e respeito pelo património.
A competência da EOLIOS em simulação CFD (Computational Fluid Dynamics) e em otimização dos ambientes interiores desempenhou um papel-chave na análise e na melhoria do conforto aeráulico da Galeria de Paleontologia do Museu Nacional de História Natural. O nosso saber-fazer permitiu caracterizar com precisão os comportamentos termo-aeráulicos deste volume patrimonial excecional e propor soluções de otimização concretas, conciliando conforto dos ocupantes, conservação das coleções e respeito das restrições arquitetónicas.
O essencial. A Galeria de Paleontologia do MNHN é um volume patrimonial de exceção: grandes alturas, claraboias e níveis abertos do Rés-do-Jardim à cobertura. A EOLIOS construiu um modelo CFD 3D de quase 50 milhões de elementos, calibrado numa auditoria no local (medições in situ, ensaios de fumo) até um critério residual < 10⁻⁴. Dois cenários, verão e inverno, revelam a estratificação térmica e as zonas onde a velocidade ultrapassa 0,4 m/s ou a temperatura sai de 18-25 °C. Como resultado, alavancas concretas, difusão intermédia, bicos de orientação ajustável, varredura das partes altas, regulação por frequência, ao serviço do conforto, da conservação das coleções e do respeito das fachadas classificadas.
A EOLIOS é um ator de referência da simulação CFD aplicada aos edifícios patrimoniais e aos grandes equipamentos culturais. Os nossos estudos assentam num retorno de experiência resultante de campanhas de medições em condições reais e numa competência reconhecida na modelação de volumes complexos com fortes desafios térmicos.
Os edifícios de vocação cultural e patrimonial constituem um desafio particular em matéria de conforto aeráulico. A Galeria de Paleontologia ilustra perfeitamente esta realidade com os seus grandes pés-direitos, os seus volumes abertos que se estendem por vários níveis e as suas superfícies envidraçadas importantes.
Estas características geram fenómenos amplificados em relação aos edifícios padrão, nomeadamente uma estratificação térmica marcada onde o ar quente se acumula em altura, criando desvios de vários graus na vertical. Este mecanismo decorre do efeito de tiragem térmica. A isto acrescentam-se restrições patrimoniais fortes, uma vez que as fachadas classificadas limitam as intervenções possíveis na envolvente, bem como uma ocupação dual e variável entre público flutuante e pessoal permanente cujas exigências diferem.
Os imperativos de conservação das coleções acrescentam-se, por fim, ao conforto humano, exigindo uma estabilidade das condições ambientes. Estas particularidades fazem do conforto aeráulico neste tipo de edifício um problema de engenharia complexo, onde as abordagens empíricas mostram rapidamente os seus limites.
A estratificação designa a formação de camadas de ar a temperaturas diferentes consoante a altitude: o ar quente, menos denso, sobe e acumula-se na parte alta, enquanto o ar mais fresco permanece ao nível do solo. Num grande volume como a Galeria, o desvio pode atingir vários graus entre a zona de ocupação e a abóbada.
Um desafio de conservação. Para além do conforto humano, as coleções exigem uma estabilidade das condições de ambiente. As variações de temperatura e de higrometria, amplificadas pela estratificação e pelos ganhos solares das claraboias, solicitam materiais sensíveis: dominar a aeráulica é também proteger o património exposto.
Face a esta complexidade, o recurso à CFD surge como a ferramenta mais adaptada, por várias razões complementares. Ao contrário dos métodos simplificados que calculam caudais globais sem representar a realidade física local, a CFD oferece uma visão tridimensional completa que permite visualizar com precisão a trajetória das veias de ar, as zonas de recirculação e os gradientes de temperatura, identificando assim os pontos críticos de desconforto que escapam às abordagens globais.
A CFD, ou mecânica dos fluidos computacional, resolve as equações do escoamento do ar (velocidade, pressão, temperatura) numa malha 3D do volume estudado. Restitui em qualquer ponto os campos de velocidade e de temperatura, onde os métodos globais só fornecem médias.
Para além desta visão tridimensional, a CFD reúne três trunfos decisivos:
Testar sem risco múltiplos cenários, existente/projetado, geometria, parâmetros de regulação, sem custo material nem perturbação da exploração, e evitar erros de conceção dispendiosas de corrigir a posteriori.
Integrar nativamente os acoplamentos térmicos entre radiação solar, condução e convecção, indispensáveis para avaliar o conforto térmico realmente sentido pelos ocupantes.
Comunicar e decidir graças a visualizações coloridas, suporte partilhado entre os atores do projeto. Na fase de concurso, a CFD torna-se um pré-requisito indispensável a qualquer intervenção na ventilação.
A simulação CFD não se limita à análise dos fluxos de ar existentes: é antes de mais uma ferramenta de otimização do conforto. Ao modelar com precisão as condições sentidas pelos ocupantes (velocidade do ar, temperatura ambiente, estratificação térmica), permite identificar as zonas de desconforto e testar soluções corretivas antes de qualquer compromisso de obras. Em espaços que recebem público como a Galeria de Paleontologia, onde coabitam visitantes ocasionais e pessoal permanente, esta capacidade de antecipar e afinar as condições de ambiente representa um trunfo decisivo para orientar as escolhas de conceção para soluções ao mesmo tempo eficientes e duráveis.
Saber mais: a simulação CFD na análise do confortoO estudo CFD conduzido pela EOLIOS sobre a Galeria de Paleontologia articula-se em torno de três objetivos complementares.
Compreender os fenómenos termo-aeráulicos, em configuração existente como projetada: campos de velocidade e de temperatura, mecanismos de transferência dominantes e interações entre os níveis do edifício.
Analisar a eficácia do sistema de ventilação: equilíbrio insuflação / retorno, ausência de curto-circuito, taxas de renovação de ar reais e eficiência energética das configurações simuladas.
Identificar os riscos de desconforto: cartografar as zonas onde a velocidade ultrapassa 0,4 m/s ou a temperatura sai de 18-25 °C, e depois hierarquizar as prioridades de intervenção segundo o impacto e a viabilidade.
Estes três eixos estruturam o conjunto dos trabalhos apresentados nesta síntese e traduzem a vontade de trazer ao dono de obra uma visão clara, argumentada e operacional dos desafios aeráulicos da Galeria.
Uma auditoria aprofundada foi conduzida diretamente no seio da Galeria de Paleontologia a fim de caracterizar com precisão os fenómenos termo-aeráulicos em condições reais de exploração. Campanhas de medições foram realizadas no conjunto dos níveis para quantificar as velocidades de ar, as temperaturas e os caudais nos terminais dos sistemas de ventilação, permitindo dispor de um estado inicial fiável e representativo do funcionamento da instalação. Visualizações qualitativas das trajetórias de fluxo de ar foram também conduzidas a fim de identificar as zonas de recirculação, as correntes parasitas e as disfunções dos dispositivos de difusão existentes.
Para além da recolha de dados, esta auditoria no local constitui uma etapa-chave para apreender o comportamento real do edifício no seu ambiente patrimonial, muitas vezes complexo e restrito. Permite confrontar os esquemas teóricos e os planos AVAC existentes com a realidade do terreno, integrar os efeitos das práticas de exploração, das restrições arquitetónicas, das condições meteorológicas e dos usos efetivos dos espaços, outros tantos elementos raramente inteiramente documentados nos dossiês técnicos.
Este conhecimento fino do site é indispensável para evitar hipóteses de modelação simplificadoras ou afastadas do funcionamento real.
As observações de terreno resultantes da auditoria constituíram assim uma base essencial para alimentar, calibrar e validar o modelo numérico CFD. Garantem a coerência entre simulação e comportamento real do sistema, reforçando a fiabilidade dos resultados e a pertinência das soluções propostas. A auditoria surge, portanto, como um pré-requisito incontornável a qualquer abordagem de análise e de otimização durável das problemáticas de conforto aeráulico neste património excecional.
A modelação CFD 3D desenvolvida pela EOLIOS assenta num alicerce geométrico rigoroso, elaborado a partir dos planos de execução existentes completados pelos levantamentos e observações realizados na auditoria no local. Esta etapa é determinante: a qualidade e a representatividade do modelo condicionam diretamente a pertinência dos resultados obtidos.
Com base nos dados recolhidos, a EOLIOS desenvolveu um modelo detalhado que integra a geometria completa da Galeria de Paleontologia no conjunto dos seus níveis (do Rés-do-Jardim até à cobertura) bem como o conjunto dos equipamentos que influenciam a aeráulica do site: centrais de tratamento de ar e a sua rede de distribuição, grelhas de insuflação e de retorno, fontes de calor internas e solares, mas também todos os elementos arquitetónicos que orientam os escoamentos, como as vitrinas de exposição, os compartimentos e as guardas das galerias.
O nível de detalhe geométrico é escolhido com cuidado para representar fielmente os elementos com influência significativa nos campos de velocidade e de temperatura, racionalizando ao mesmo tempo os detalhes secundários. Com uma malha que conta cerca de 50 milhões de elementos fluidos, este equilíbrio entre precisão e simplificação garante a robustez numérica das simulações e resultados diretamente utilizáveis para a análise e a ajuda à decisão.
Na prática, a abordagem CFD inscreve-se num processo iterativo estruturado em etapas sucessivas:
Construir o modelo geométrico a partir dos planos de execução e dos levantamentos de auditoria.
Definir as condições de fronteira e as propriedades termofísicas.
Resolver numericamente, e depois analisar em detalhe os campos de escoamento e de temperatura.
Calibrar sobre as medições de terreno antes de iniciar as iterações de melhoria.
Calibrar um modelo CFD é ajustar as suas condições de fronteira (caudais, temperaturas de superfície, ganhos solares, fontes internas) até reencontrar as grandezas medidas no local. Um modelo calibrado torna-se uma ferramenta preditiva fiável para testar configurações que ainda não existem.
A fase de calibração constitui uma etapa-chave da abordagem CFD: garante a coerência entre os resultados de simulação e o comportamento real do sistema. Concretamente, trata-se de ajustar as condições de fronteira e as hipóteses de modelação (caudais de insuflação e de retorno, temperaturas de superfície das paredes e vitrinas, condições meteorológicas, ganhos solares, fontes de calor internas ligadas à ocupação e aos equipamentos) a fim de obter uma adequação satisfatória entre as grandezas calculadas e as medições levantadas in situ na auditoria.
Uma vez o modelo calibrado e validado, com uma convergência dos cálculos atestada por um critério residual inferior a 10⁻⁴, torna-se uma ferramenta preditiva fiável que permite estudar o impacto de diferentes modificações (evolução dos caudais, geometria dos difusores, configuração dos sistemas de ventilação) e analisar as novas dinâmicas de escoamento e de distribuição térmica em apoio à tomada de decisão técnica.
A simulação numérica CFD permite reproduzir virtualmente o comportamento do ar no interior da Galeria de Paleontologia em condições realistas, sem necessidade de aguardar as estações em causa nem de realizar medições in situ dispendiosas e demoradas. Ao definir condições de fronteira representativas a partir dos dados meteorológicos da estação mais próxima (temperaturas exteriores, insolação, funcionamento dos sistemas de ventilação), é possível explorar o comportamento do edifício em situações tão variadas como a canícula estival ou o grande frio invernal.
Foram estudados dois cenários críticos para enquadrar a gama de funcionamento real da galeria:
O cenário inverno, correspondente às condições exteriores mais frias, permite verificar que o sistema de aquecimento por ventilação consegue manter um ambiente confortável para os visitantes e o pessoal, limitando ao mesmo tempo os desperdícios energéticos ligados a uma estratificação excessiva do ar quente em altura.
O cenário verão, representativo dos períodos de forte calor, visa avaliar a capacidade do sistema de arrefecimento para lidar com os ganhos solares importantes que penetram pelas claraboias e janelas, e garantir condições suportáveis apesar da carga térmica elevada.
Esta abordagem dualista oferece ao dono de obra uma visão completa dos desempenhos esperados da instalação, evidenciando não só os comportamentos médios, mas também as situações potencialmente desfavoráveis que convirá tratar prioritariamente.
As simulações produzem cartografias tridimensionais das grandezas físicas estudadas (velocidade do ar, temperatura) que permitem localizar visualmente as zonas conformes e as que apresentam riscos de desconforto. Estas representações, sob a forma de isossuperfícies coloridas ou de planos de corte, constituem uma ferramenta de comunicação direta entre engenheiros e decisores.
A análise dos campos de velocidade revela uma heterogeneidade dos escoamentos consoante os níveis e as zonas consideradas. Observam-se globalmente velocidades baixas nos grandes volumes da galeria, propícias à calma e à estabilidade do ambiente, mas algumas zonas singulares onde a aceleração do ar cria riscos de correntes de ar percetíveis.
Em período estival, surge uma dinâmica particular: o ar frio injetado ao nível do solo tende a espalhar-se em manto antes de subir ao longo das paredes, criando correntes ascendentes por vezes incómodas na passagem imediata das grelhas de insuflação. Este fenómeno, típico dos volumes climatizados com insuflação baixa, contrasta com o comportamento invernal onde o ar quente sobe naturalmente e de maneira mais homogénea.
A reter. A insuflação por baixo, antes favorável no inverno, inverte-se no verão: o ar frio rasante sobe ao longo das paredes e gera correntes ascendentes perto das grelhas. É exatamente o tipo de fenómeno local que a simulação permite localizar, e corrigir, antes das obras.
No inverno, a estratificação térmica joga antes a favor do conforto: o ar quente acumula-se na parte alta (sob abóbada e cobertura) enquanto a zona de ocupação permanece num ambiente temperado. A configuração projetada permite reduzir este desvio vertical em relação ao estado existente, melhorando a eficiência energética e a uniformidade do conforto.
A confrontação dos dois cenários permite traçar um balanço globalmente positivo da configuração: se o funcionamento invernal surge satisfatório com condições de conforto bem dominadas em todos os níveis, o cenário estival revela certos limites ligados à inércia térmica do edifício e à importância das suas superfícies envidraçadas. Estas constatações, evidenciadas objetivamente pela simulação, justificam as propostas de otimizações complementares formuladas na parte seguinte.
As simulações permitiram identificar várias alavancas de otimização concretas para melhorar o conforto termo-aeráulico da Galeria de Paleontologia.
A implementação de elementos de difusão intermédios permite uma repartição mais uniforme dos fluxos de ar antes da sua chegada aos espaços ocupados, limitando as zonas de desconforto ligadas a velocidades de ar excessivas.
A substituição dos equipamentos de difusão existentes por modelos de orientação ajustável traz uma flexibilidade sazonal, permitindo adaptar finamente a distribuição do ar consoante as condições exteriores.
O pé-direito importante e a comunicação entre os níveis da galeria conduziram a preconizar uma varredura controlada das partes altas dos volumes. Este princípio, que favorece a mistura das camadas de ar sem perturbar a zona de ocupação, revela-se particularmente eficaz em período intermédio, onde uma ventilação natural assistida pode bastar para manter condições de conforto satisfatórias.
Por fim, uma regulação dos caudais de ventilação indexada à frequência real do museu permite otimizar a relação entre conforto sentido e consumo energético, evitando tanto as situações de subdimensionamento como as sobreventilações geradoras de correntes de ar parasitas. A substituição dos equipamentos de difusão existentes por modelos de orientação ajustável ofereceria, além disso, uma flexibilidade de utilização consoante as estações.
Objetivar os fenómenos invisíveis é poder reabilitar sem desvirtuar: a simulação esclarece os arbítrios entre desempenho, património e investimento.EOLIOS · conforto termo-aeráulico
Este estudo CFD conduzido pela EOLIOS sobre a Galeria de Paleontologia do MNHN permitiu objetivar, graças à simulação numérica, os comportamentos termo-aeráulicos de um volume patrimonial complexo. Combinando auditoria no local aprofundada e modelação de alta fidelidade, a análise evidenciou as dinâmicas de fluxo de ar e as distribuições térmicas características deste edifício, tanto em configuração invernal como estival.
Os resultados obtidos alimentam a reflexão do dono de obra ao identificar as zonas que merecem uma atenção particular e ao propor orientações de melhoria equacionáveis. Ilustram o contributo da simulação como ferramenta de ajuda à decisão: oferece uma visão antecipada do funcionamento da instalação projetada, contribuindo assim para fiabilizar as escolhas de conceção e para esclarecer os arbítrios entre desempenho, património e investimento.
Com base na sua competência em simulação numérica aplicada aos grandes volumes patrimoniais, a EOLIOS propôs várias soluções de otimização concretas e hierarquizadas para melhorar o conforto termo-aeráulico da Galeria. Foram identificadas alavancas diretamente acionáveis, completadas por disposições sazonais para os períodos intermédios.
As soluções retidas foram rigorosamente simuladas e avaliadas, permitindo quantificar com precisão o seu impacto no conforto dos visitantes e do pessoal, bem como no consumo energético da instalação. Esta abordagem iterativa, combinando auditoria no local e modelação de alta fidelidade, garante recomendações ancoradas na realidade do edifício e diretamente utilizáveis para a fase de concurso.
Graças a este estudo, a EOLIOS permitiu objetivar os desafios aeráulicos da Galeria e esclarecer os arbítrios entre desempenho, património e investimento. Esta abordagem contribui para fiabilizar as escolhas de conceção oferecendo ao mesmo tempo ao dono de obra uma visão antecipada e fiável do funcionamento da instalação projetada, ao serviço de um património excecional aberto a todos.
Saber-fazer: a otimização do conforto termo-aeráulicoEstratificação térmica, contributo da CFD e método EOLIOS num volume patrimonial.
Num grande volume aberto e envidraçado, o ar quente acumula-se sob a abóbada enquanto a zona de ocupação permanece mais fresca, criando desvios de vários graus na vertical. Esta estratificação degrada o conforto sentido, complica a conservação das coleções e aumenta o consumo de energia se o aquecimento tiver de compensar as perdas na parte alta.
Um cálculo clássico raciocina em caudais globais e não vê os fenómenos locais: recirculações, correntes de ar perto das grelhas, bolsas de estratificação. A CFD resolve o campo de velocidade e de temperatura em qualquer ponto do volume e permite testar cenários (verão, inverno, variantes de difusão) antes de qualquer obra, apoiando-se num modelo calibrado sobre as medições no local.
A auditoria fornece um estado inicial fiável: velocidades, temperaturas e caudais reais nos terminais dos sistemas, e uma visualização das trajetórias de ar por ensaios de fumo. Estes dados servem para calibrar e validar o modelo numérico para que a simulação reflita o comportamento real do edifício, e não hipóteses teóricas.
A malha divide o volume de ar em cerca de 50 milhões de células onde são resolvidas as equações do escoamento: quanto mais fina, mais fielmente os gradientes locais são captados. O critério residual inferior a 10⁻⁴ atesta que o cálculo convergiu, ou seja, que a solução é numericamente estável e utilizável para a decisão.
A CFD objetiva os compromissos: localiza as zonas de desconforto (velocidades superiores a 0,4 m/s, temperaturas fora de 18-25 °C) e testa alavancas não intrusivas compatíveis com as restrições patrimoniais, difusão intermédia, bicos com orientação ajustável, varredura controlada das partes altas e regulação dos caudais consoante a frequência, sem intervenção pesada nas fachadas classificadas.
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O estudo conduzido pela EOLIOS Engenharia concentra-se na otimização termo-aeráulica da Galeria de Paleontologia do Museu Nacional de História Natural, utilizando simulações CFD. Esta abordagem permite visualizar e analisar a distribuição do ar e os campos de temperatura neste volume patrimonial excecional, repartido por vários níveis do Rés-do-Jardim até à cobertura. O vídeo propõe uma imersão no modelo 3D de alta fidelidade da galeria, através do qual são apresentadas as isossuperfícies de temperatura características dos diferentes cenários simulados (inverno e verão), revelando as dinâmicas de estratificação térmica e as zonas de desconforto identificadas. A EOLIOS combinou uma auditoria no local aprofundada, incluindo campanhas de medições in situ e ensaios de fumo, com uma modelação numérica calibrada que conta cerca de 50 milhões de elementos fluidos, garantindo uma representação fiel dos fenómenos reais. Esta abordagem permitiu identificar várias alavancas de otimização concretas (elementos de difusão intermédios, equipamentos de orientação ajustável, regulação por frequência) ao serviço do conforto dos visitantes e do pessoal, respeitando ao mesmo tempo as restrições patrimoniais deste edifício classificado. Este estudo demonstra o contributo decisivo da simulação CFD como ferramenta de ajuda à decisão para a reabilitação e a otimização dos grandes equipamentos culturais patrimoniais.
PiscinaCentro Aquático — Hauts-de-Seine
ArmazémArmazém de material médico
HotelSharaan by Jean Nouvel
PiscinaPiscina — Montreuil
IndústriaFábrica farmacêutica — AVAC
Ventilação naturalProtótipo — Chaminé de ventilação natural
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