O sistema AVAC instalado na fração em estudo é constituído pela UTAN 3, sendo as suas baterias de aquecimento e arrefecimento alimentadas pelas bombas geotérmicas 1 e 2, e ainda por um ventilador de extração ao nível das casas de banho e arrumos. Neste subcapítulo é apresentado o caudal mínimo de ar novo necessário para a fração, os caudais de infiltração natural e os consumos dos equipamentos AVAC.
CAUDAL MÍNIMO DE AR NOVO
No caso da UTAN3 já foram apresentados para a insuflação e extração a sua potência de acionamento e o caudal que gera. Contudo a UTAN 3 é responsável pela climatização de mais que uma fração no edifício, e é importante, para o caso da fração em estudo, determinar qual o caudal de ar novo necessário para a partir daí determinar que potências são necessárias para climatizar o espaço, tanto na insuflação como extração.
De acordo com a Portaria nº353 A/2013 o caudal mínimo de ar novo a considerar para um espaço deve ser determinado pelo método analítico ou pelo método prescritivo. No âmbito desta dissertação o caudal de ar mínimo foi calculado pelos dois métodos. Para aplicação do metido analítico utilizou-se a folha de cálculo disponibilizada pelo LNEC, e para aplicação do método descritivo utilizaram-se as expressões de cálculo presentes na Portaria nº353 A/2013. Teve-se ainda em conta o ponto 2.3 da portaria referida anteriormente que menciona:
“Excluem-se do cumprimento de valores de caudal mínimo de ar novo ou da verificação de condições de adequada ventilação natural, as seguintes situações:
a) Espaços sem ocupação permanente, designadamente, corredores, balneários, instalações sanitárias, arrumos, armazéns, copas e similares ou espaços que são ocupados ocasionalmente e por períodos de tempo inferiores a 2h por dia;
b) Espaços técnicos e locais sujeitos a requisitos de higiene e segurança no local de trabalho, relativos à renovação do ar interior, no âmbito da respetiva atividade, com fontes poluentes específicas e nos quais são manuseados produtos químicos ou biológicos.”
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Desta forma o caudal mínimo de ar necessário para a fração apenas foi considerado para as salas de incubação e gabinetes.
Método analítico
De acordo com a portaria nº353 A/2013, ponto número 2.1:
- O método analítico traduz a aplicação da evolução temporal da concentração de dióxido de carbono (CO2) previsível no espaço, em função do respetivo perfil de ocupação perfil de ventilação
e das características físicas dos ocupantes;
- Para os efeitos do número anterior, o caudal mínimo de ar novo a considerar por aplicação deste método deve corresponder ao menor valor de caudal de ar necessário para cumprir o limiar de proteção do CO2 durante o período de ocupação;
- O valor de caudal mínimo de ar novo determinado pelo método analítico não poderá ser inferior ao necessário à diluição da carga poluente devida aos materiais do edifício ou utilização do espaço (um dos casos a verificar no método prescritivo);
A folha de cálculo é constituída por dois separadores “Cálculos” e “Perfis”. No primeiro separador referido são inseridos os seguintes dados, para cada espaço da fração:
Designação do espaço; Área;
Pé-direito;
Número de Ocupantes;
Faixa etária dos ocupantes. Para este estudo foram considerados todos os ocupantes como adultos;
Tipo de atividade (a taxa de metabólica varia com o tipo de atividade). Para este estudo foram consideradas atividades sedentárias, de acordo com a portaria em análise por se tratarem de salas de gabinetes e escritórios (tabela I.04 portaria 353-A/2013);
Limiar de proteção de CO2. Este limiar serve como indicador da qualidade do ar
interior em espaços em que a principal carga poluente e sensorial são os ocupantes. De acordo a portaria em análise o valor para edifícios novos com
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ventilação mecânica ou hibrida é de 2250 mg/m³ (tabela I.03 portaria 353- A/2013);
Utilização/tipo de espaço – todos os espaços da fração são locais sem atividades que envolvam a emissão de componentes específicos (tabela I.05 portaria 353- A/2013);
Método de ventilação (eficácia de remoção de poluentes) – Este parâmetro avalia de que forma um poluente existente no ar interior é removido do compartimento em análise pelo sistema de ventilação. Os valores de eficácia de remoção de poluentes do sistema de ventilação, para os diferentes métodos de distribuição de ar nos locais, são função, essencialmente, do método de ventilação e da diferença de temperatura entre o ar insuflado e o ar na zona ocupada do espaço. Tendo em conta a portaria e o método de distribuição de ar na fração (insuflação e extração pelo teto) optou-se pela opção: Insuflação de ar frio junto ao pavimento e extração/retorno junto ao teto, desde que o jato de ar de insuflação com uma velocidade de 0,8 m/s, tenha um alcance de 1,4 m ou mais, em relação ao pavimento (tabela I.01 portaria 353-A/2013);
Perfil de ocupação: que é definido no segundo separador, e onde se define a taxa de ocupação horária de cada espaço.
Após o preenchimento da folha de cálculo obteve-se um total de 1087 m³/h de caudal de ar novo necessário para insuflar na fração em estudo, 922 m³/h nos espaços de incubação e 165 m³/h nos gabinetes. Os dados inseridos e os obtidos podem ser consultados no anexo B.
Método prescritivo
De acordo com a portaria nº353 A/2013, ponto número 2.2:
O método prescritivo baseia-se na determinação dos caudais de ar novo que garantem a diluição da carga poluente devido:
1) Aos ocupantes do espaço e em função do tipo de atividade física (atividade metabólica) aí desenvolvida;
2) Ao próprio edifício e em função do tipo de materiais usados na construção, nos revestimentos das superfícies e no mobiliário.
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É ainda de referir que o caudal mínimo de ar novo a considerar por aplicação deste método é o maior dos valores determinados para os dois tipos de carga poluente acima referidos.
1) Diluição da carga poluente devida aos ocupantes do espaço
A expressão que permite o cálculo do caudal de ar mínimo necessário por pessoa é a seguinte:
𝑄𝐴𝑁 = 𝑀𝑚𝑒𝑑 × 𝑄𝐴𝑁.1𝑚𝑒𝑡 𝑀𝑚𝑒𝑑 – Taxa de metabolismo dos ocupantes;
𝑄𝐴𝑁.1𝑚𝑒𝑡 – Caudal mínimo de ar novo para o nível de atividade metabólica igual a 1. Ambos os valores dependem do tipo de espaço considerado e podem ser consultados na tabela I.04 da portaria em questão. Os espaços em análise são do tipo escritórios e apresentam um tipo de atividade sedentária. Desta forma:
𝑄𝐴𝑁 = 𝑀𝑚𝑒𝑑× 𝑄𝐴𝑁.1𝑚𝑒𝑡 = 1,2 × 24 = 28,8 𝑚3/ℎ. 𝑝𝑒𝑠𝑠𝑜𝑎
Tendo em conta que se consideram 24 pessoas como o número de pessoas que frequentam a fração, obtém-se um caudal de 691,2 m³/h.
2) Diluição da carga poluente devida aos materiais do edifício e utilização
Tendo em conta a tabela I.05 da portaria que refere o Caudal mínimo de ar novo determinado em função da carga poluente devida ao edifício e considerando que a utilização dos espaços é sem atividades que envolvam a emissão de poluentes específicos, obtêm-se o valor de 3 m³/hora.m². Sabendo que a área em análise corresponde a 362,2 m² (salas de incubação mais gabinetes), determina-se o caudal mínimo de ar novo, igual a 1086,6 m³/h. Este valor é superior ao obtido para a diluição da carga poluente devida aos ocupantes do espaço e por isso é o que se considera no que diz respeito ao valor calculado pelo método prescritivo.
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CAUDAL DE INFILTRAÇÕES
Outros dado de importância a inserir na folha de cálculo de STE –MONOZONA do LNEG, é o caudal de infiltração de ar na situação dos ventiladores da UTAN ligados e na situação dos ventiladores desligados. Para determinar estes caudais utilizou-se a folha de cálculo do LNEC, própria para este efeito. Os dados de entrada na folha de cálculo e os resultados obtidos são abordados seguidamente e podem ser consultados com mais detalhe no anexo C.
Nesta folha de cálculo é necessário preencher um conjunto de quadros. Estes são relativos ao enquadramento do edifício, à permeabilidade do ar da envolvente, a aberturas de admissão de ar na envolvente, a condutas de ventilação natural, a insuflação e extração por meios mecânicos, e a insuflação e extração por meios híbridos.
Como a fração não tem aberturas de admissão de ar na envolvente, condutas de ventilação de ar e meios híbridos de insuflação e extração, estes quadros não foram preenchidos.
No que diz respeito ao quadro do enquadramento do edifício os dados inseridos ou selecionados (de um conjunto de opções da folha de cálculo) foram os da tabela 11.
Tabela 11 - Enquadramento do edifício
Tipo de edifício PES
Local BRAGANÇA
Região A
Rugosidade II
Altitude do local (m) 630
Número de fachadas expostas ao exterior 2 ou mais
Existem edifícios/obstáculos à frente das fachadas?
Sim
Altura do edifício (m) 3,8
Altura da fração (m) 3,8
Altura do obstáculo situado em frente (m) 3,8
Distância ao obstáculo situado em frente (m) 5
Área útil (m2): 543,6
Pé direito (m): 2,90
N.º de pisos da fração 1
Para os parâmetros Região e Rugosidade, as opções selecionadas, respetivamente, A (que indica que o edifício se localiza na região nacional) e II (que indica que o edifício situa-se na periferia
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de uma zona urbana ou numa zona rural), têm como objetivo a folha de cálculo gerar internamente as velocidades de vento no local.
Relativamente à permeabilidade ao ar da envolvente os dados introduzidos foram os da tabela 12.
Tabela 12 - Permeabilidade ao ar da envolvente
Foi medido valor n50 Não
Para cada Vão (janela/porta) ou grupo de vãos:
Área dos vãos (m²) 92,43
Classe de permeabilidade ao ar (janelas/portas) 4
Permeabilidade ao ar das caixas de estore Não tem
O valor n50 presente na tabela refere-se a dados obtidos em ensaios de pressurização. Como esse valor é desconhecido, a folha de cálculo passa a considerar, como permeabilidade ao ar da envolvente, que as principais frinchas na envolvente exterior correspondem à caixilharia e às eventuais caixas de estore, inexistentes na fração em análise. Relativamente à área dos envidraçados, esta é soma de todas as áreas dos envidraçados da fração, áreas estas que se apresentam individualmente no subcapítulo 4.6.3 da dissertação. A classe de permeabilidade ao ar pode ser consultada no anexo A (vão envidraçado).
Por último foi preenchido o quadro da insuflação e extração por meios mecânicos. Os dados mais relevantes que foram introduzidos estão presentes na tabela 13.
Tabela 13 - Insuflação e extração por meios mecânicos
Existem meios mecânicos Sim
Escoamento de ar Admissão Exaustão
Caudal nominal (m3/h) 1087 935
Tem sistema de recuperação de calor Sim
Rendimento da recuperação de calor (%) 75
O valor, 1087 m³/h, introduzido, foi o que se obteve na determinação do caudal mínimo de ar novo anteriormente já apresentado neste subcapítulo. O caudal de exaustão inserido corresponde a 86% do caudal de admissão e será, em “Consumos AVAC” explicado. Os outros dados, nomeadamente o sistema de recuperação de calor e o rendimento desta recuperação, correspondem às características da UTAN que faz a insuflação e a extração da fração.
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Como resultados finais obteve-se um caudal de infiltrações de 1 m³/h na situação da ventilação mecânica ligada e um caudal de infiltração de 8 m³/h na situação da ventilação mecânica desligada.
CONSUMOS AVAC
Analisando os caudais obtidos pelos dois métodos o valor é aproximadamente o mesmo 1087 m³/h, e por isso considerou-se este o valor necessário a inserir na fração. Importa agora determinar a potência da UTAN que satisfaça este caudal.
Através de uma relação de caudais e potências, tendo em conta que a UTAN 3 (UTAN que “alimenta” o local) necessita de uma potência de acionamento de insuflação de 7500 W para insuflar 14040 m³/h, então para o caudal de ar novo obtido é necessária uma UTAN com uma potência de insuflação de 580,7 W aproximadamente.
A UTAN 3 é ainda responsável pela extração do ar dos diferentes espaços. Esta retira no total 12090 m³/h, cerca de 86% do ar insuflado. No caso específico da fração seriam então retirados 935m³/h (86% de 1087m³/h). Sabendo que a potência de extração da UTAN 3 para 12090 m³/h é de 5500 W então para 935 m³/h será de cerca de 425,4 W.
Assim a potência total absorvida por uma UTAN para climatizar esta fração seria de 1006,1 W (580,7+ 425,4). Este valor é necessário para inserir na folha de cálculo de STE – MONOZONA a utilizar posteriormente para determinação das necessidades energéticas.
Relativamente as bombas geotérmicas, a UTAN3, é alimentada pelas bombas 1 e 2. Por isso adotou-se para a fração em estudo a média do COP de aquecimento e arrefecimento destas duas bombas, (média dos valores apresentados na tabela 6).
Na fração em estudo está ainda presente outro equipamento, um ventilador de extração. Este ventilador extrai o ar das casas de banho e das salas de arrumo. A sua potência é de 0,55 kW e é responsável pela extração do ar do piso 0, 1 e 2, do lado Este do edifício, lado onde se encontra a fração, num total de 1950 m³/h. Sabendo que ao nível da fração em estudo só são extraídos 650 m³/h, exatamente um terço, a potência de um ventilador de extração destinado exclusivamente à fração seria de 183,33 W.
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4.3.2.AQS
Para a fração em estudo não está previsto nenhum tipo de abastecimento de AQS e desta forma estas não entrarão no cálculo das necessidades de energia útil do edifício.