Designa-se por taxa de ventilação o caudal de ar exterior, também designado por ar novo, introduzido nos espaços. Este caudal é calculado com base no número de pessoas, áreas servidas ou volume desses espaços. A taxa de ventilação vulgarmente determinada é função do número de pessoas, com o valor típico em ambientes de escritórios de 10 l/(s·ps).
A ASHRAE 62 de 1989 referia valores de taxa de ventilação de 7 a 9,4 l/(s·ps). As versões seguintes da norma passaram a expressar o objectivo de obtenção de ambientes
com QAI aceitável. A norma entrou então em fase de revisão, tendo havido uma profusão de contributos, que determinaram que passasse a ser referida como em constante revisão, incorporando-se para o efeito a letra R no nome da norma (ASHRAE 62R). Com base nesses contributos, a norma foi dividida para aplicação a edifícios residenciais de pequena dimensão, originando a ASHRAE 62.2, e para aplicação a todos os outros edifícios sendo criada a ASHRAE 62.1. Esta norma é aplicável, a edifícios de serviços, residenciais com diversos pisos, laboratórios e indústrias.
Nas versões de 1989 e de 2001, o caudal 10 l/(s·ps) era definido como típico para aplicações de escritórios. Utilizando a equação (3.24), tomando 1.000 ppm como concentração interior desejável de CO2, tomando a concentração exterior de CO2 de 480
ppm e a geração de 19 lCO2/h por pessoa, obtém-se cerca de 10 l/(s·ps). A partir da versão
de 2001, a ASHRAE 62.1 passou a incorporar adendas sobre construção e arranque de instalações, operação, manutenção e limpeza. A gestão da qualidade do ar passou também a considerar a carga de poluição presente nos espaços.
Deste modo, a ASHRAE 62.1-2004, assim como a versão de 200716, prescrevem o
caudal de ar novo com base no número máximo de pessoas P e na área Ap ocupada. Às
pessoas está associado um caudal por pessoa, Rp, e à área um caudal por unidade de área,
Ra. Inclui-se ainda um factor de diversidade de ocupação D, que contabiliza a variabilidade
de ocupação dos espaços.
O modelo adoptado considera que os contributos para a poluição interior provenientes das pessoas e dos espaços devem ser somados, utilizando-se a equação:
= ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅
ε
p a p
1
qv (D R P R A ) (3.29)
A eficácia de ventilação, , pode ser obtida pela equação (3.25), ou estimada em fase de projecto. Em situações de insuflação e de extracção pelo tecto, a eficácia de ventilação é estimada em 1 para a situação de arrefecimento e em 0,8 em modo de aquecimento.
Os valores aconselhados por esta norma originam geralmente caudais volúmicos inferiores ao da versão anterior da norma. Na norma actual, a taxa de ventilação por pessoa, para a maioria das aplicações, varia entre 2,5 e 3,8 l/(s·ps). Para aplicações típicas, utilizando os valores recomendados para Rp e Ra obtém-se caudais de cerca de 6 l/(s·ps)
para escritórios.
15251 classifica a QAI em quatro categorias, de I a IV, equivalentes às categorias definidas na norma EN 13779 [3.45], IDA 1 a IDA 4. A categoria II é, por defeito, aquela que deve ser considerada na generalidade dos projectos. A EN 13779 prescreve ainda as características para conforto térmico e acústico. Estas características são seguidas de modo geral na EN 15251, como parâmetros de projecto necessários à avaliação do desempenho energético do edifício.
O cálculo da taxa de ventilação é recomendado pela EN 15251 segundo três métodos possíveis: considerando o contributo conjunto das emissões de bioefluentes e de emissões do edifício; considerando a maior contribuição de cada uma das emissões referidas; ou controlando a concentração de CO2.
Para o primeiro método é utilizada uma expressão equivalente à equação (3.29). No Quadro 3.3. são indicadas as taxas de renovação para a diluição dos bioefluentes e as taxas de diluição da poluição emitida por tipos de edifícios. A norma permite a definição do caudal exterior por pessoa, por área servida ou por qualquer ponderação das duas contribuições.
Caudal de ar exterior por pessoa
[l/(s·ps)]
Caudal de ar exterior por área de edifício
[l/(s·m2)]
Categoria
EN 15251 Com apenas bioefluentes Muito Baixa Poluição Poluição Baixa Outros
I 10 0,5 1,0 2,0
II 7 0,35 0,7 1,4
III 417 0,218 0,4 0,8
IV <4 N.A. N.A. N.A.
Quadro 3.3. Caudal de ar exterior para diluição de bioefluentes e poluentes do edifício, segundo a EN 15251
Os caudais de diluição dos bioefluentes definidos na EN 13779 diferem ligeiramente dos indicados na EN 15251. No Quadro 3.4. apresenta-se os valores recomendados por esta norma, para as quatro categorias de qualidade do ar em espaços sem fumadores.
Caudal de ar exterior Categoria
EN 13779 Designação Gama típica [l/(s·ps)] Valor por defeito [l/(s·ps)]
IDA 1 QAI Elevada >15 20
IDA 2 QAI Média 10 a 15 12,5
IDA 3 QAI Moderada 6 a 10 8
IDA 4 QAI Baixa <6 5
Quadro 3.4. Caudal de ar exterior para diluição de bioefluentes segundo a EN 13779
17 Sem informação no original da tabela B.1 da norma. Utilizado o valor da tabela B.3 da mesma norma.
Os caudais obtidos para edifícios de categoria II pela aplicação das normas referidas são substancialmente superiores aos definidos na ASHRAE 62.1. O RSECE estabelece caudais típicos de 8,3 a 10 l/(s·ps), prevendo-se 16,7 l/(s·ps) se existirem fumadores. Se os materiais de acabamento não forem ecologicamente limpos, o caudal de ar novo deverá ser incrementado em 50%.
As normas referidas permitem ainda definir os caudais de ar exterior com base na diferença entre a concentração interior e exterior de CO2. A norma EN 13779 define para a
categoria IDA 2 uma diferença de concentrações entre 400 a 600 ppm, com o valor típico de 500 ppm. Este valor é igualmente referido na EN 15251. A ASHRAE 62.1-2007 refere 700 ppm para esta diferença, valor necessário à satisfação da maioria das pessoas que entrem num espaço, relativamente à existência de bioefluentes.
A percentagem de pessoas insatisfeitas, PI, pode ser obtida da concentração de CO2 em
ppm, acima da concentração exterior, C*.
O relatório CR 1752 [3.46] apresenta a expressão seguinte:
− = ⋅ − ⋅ 2 2 * 0,25 CO CO PI 395 exp( 15,15 C ) (3.30)
Em alternativa, apresenta uma expressão para a percentagem de pessoas insatisfeitas em função do caudal de ventilação qv em l/(s·ps):
= ⋅ − ⋅ 0,25
qv
PI 395 exp( 1,83 qv ) (3.31)
Este relatório, pretendia ainda documentar a qualidade dos ambientes interiores nas vertentes térmica, acústica e de QAI. Indicava a classificação da qualidade do ar ambiente em três categorias a que corresponderiam 15%, 20% e 30% de insatisfeitos. Estas categorias foram posteriormente seguidas pela norma EN 15251, a que corresponderiam os mesmos caudais de ventilação. O relatório referido apresentava a abordagem de Ole Fanger (1988) sobre qualidade do ar. Fanger pretendeu associar uma unidade física à percepção humana da qualidade do ar. Definiu como unidade de poluição o olf, correspondente aos bioefluentes libertados por um indivíduo adulto, médio, com trabalho sedentário, em conforto térmico e com cuidados de higiene equivalentes a 5 banhos por semana. A diluição desta carga de poluição por um caudal de ar novo de 10 l/s originaria uma percepção sensorial, designada por decipol.
A poluição do edifício poderia igualmente ser obtida por um conjunto de pessoas, designado por painel sensorial. Em experiências recentes de avaliação sensorial de um edifício de serviços, obteve-se 0,11 ± 0,09 olf/m2, resultado que corrobora os valores de 0,1
realizaram previamente testes olfactivos de modo a classificar concentrações de 10, 80, 320 e 1.280 ppm de n-butanol. Com as 80% pessoas que passaram os testes de identificação foram realizados os testes de quantificação da poluição do edifício [3.47]. Esta quantificação é realizada de modo indirecto, dado que o painel de pessoas identifica uma medida sensorial, o decipol, que é convertida em olf sabendo-se a taxa de ventilação dos espaços.
Os estudos sensoriais são, no entanto, o único modo de avaliar a resposta humana aos poluentes. Por exemplo, em outro estudo recente conduzido por Fanger com um painel de 30 senhoras num escritório simulado, verificou-se que a redução da carga de poluição em 2 a 2,5 vezes é equivalente ao aumento do caudal de ar novo para o triplo. Só se pode obter este tipo de conclusões avaliando a percepção humana da qualidade do ar [3.48].
Foram realizados diversos trabalhos nesta linha de investigação, mas o método nunca acolheu grande aceitação pela dificuldade de quantificação da carga de poluição. Este método foi referido na prEN 13779, mas não foi contemplado na edição da norma respectiva em 2007.
A qualidade do ar interior é também influenciada pela concentração exterior. Em áreas poluídas, o caudal de ar novo deverá ser incrementado ou depurado. No entanto, na generalidade das situações o ar exterior é de melhor qualidade do que o ar interior.
O local de tomada do ar novo é muitas vezes determinante na qualidade do ar exterior introduzido no edifício. Deverá ser situado em zonas abertas e elevadas, orientadas na direcção dos ventos dominantes. Em casos especiais poderão ser tomadas medidas especiais de filtração ou de descontaminação.
O relatório CR 1752 classifica o ar exterior em três categorias, sendo a intermédia a de cidades com boa qualidade do ar. Nestes casos, o ar exterior terá uma concentração de CO2
de 700 mg/m3 e de partículas de 40 a 70 g/m3. Considera ainda as concentrações de CO,
de NO2 e de SO2.
A norma EN 13779 classifica igualmente o ar exterior em três categorias, ODA 1 a ODA 3. A classificação ODA 1 considera as directivas da OMS e da EC, relativas ao SO2, O3, NO2
e PM10. Se as concentrações excederem os limites indicados para ODA 1 em até 50%,
enquadram-se na qualidade ODA 2, caso contrário, na ODA 3. Tomando igualmente o caso das partículas PM10 na categoria ODA 1, a norma estabelece o valor da média anual de 40
µg/m3, com um máximo da média diária de 50 µg/m3 excedível em 35 dias por ano.
Exceptuando este caso, as concentrações de SO2 e de NO2 presentes na EN 13779 para a
categoria ODA 1 aproximam-se das propostas da CR 1752 para a classe de menor qualidade de ar exterior.
Em termos de partículas PM10, a ASHRAE 62.1, citando a EPA, impõe um máximo de 50
mais de uma vez por ano. Caso as condições locais excedam estes valores, o ar exterior deverá ser depurado.
Finalmente, a taxa de ventilação de um local depende do número de pessoas presentes nos espaços. A EN 13779 indica 10 m2/ps em escritórios com gabinetes e 12 m2/ps em
escritórios amplos. A versão anterior da mesma norma indicava os mesmos valores típicos, considerando para o primeiro uma gama típica de variação de 8 a 12 m2/ps e para o
segundo de 7 a 20 m2/ps. Muito embora estes sejam valores típicos, existem assimetrias de
ocupação de espaço em regiões e países diferentes. Segundo a Cushman & Wakefield, na Europa Ocidental Norte, com excepção do Reino Unido e a Irlanda, a média da área por pessoa em ambiente de escritórios é de 13,7 m2, valor que decai para 10,9 m2 na Europa de
Leste e para 12,4 m2 na Europa do Sul.
O aumento das taxas de ventilação está normalmente associado a uma melhoria da qualidade do ar, mas em detrimento do preço da factura energética. No entanto, o aumento do caudal de ar novo pode, eventualmente, ter um duplo efeito positivo. A utilização de sistemas passivos, associado a um controlo de temperatura de conforto adaptativa, no intervalo entre os 18 ºC e os 30 ºC, e a sistemas de ventilação natural permite alcançar esse duplo objectivo. Na realidade, existe na Europa um elevado potencial de arrefecimento gratuito por aproveitar, com a aplicação de ventilação natural [3.49]. Entre diversas técnicas para a aplicar, encontram-se as novas tecnologias de janelas, que associam o controlo de radiação ao controlo de ventilação natural [3.50].
3.3.5
Filtros
A classificação de filtros é fundamentalmente determinada pela percentagem de retenção de partículas de determinados diâmetros, ou eficiência de filtração. A relação entre as partículas que atravessam o filtro pelas que o atingem designa-se por “penetração do filtro”. Contribuem ainda para a classificação dos filtros a percentagem de retenção gravimétrica, designada por arresto, a massa total retida quando o filtro está colmatado e a perda de carga máxima.
As normas ASHRAE 52.2 e EN 779 permitem enquadrar estas classificações [3.51]. Os testes relativos a esta última norma utilizam um aerossol de partículas sintéticas, de DEHS, medindo-se com um contador óptico a percentagem de captação de partículas de dimensão de 0,4 m, emitidas para um fluxo de ar que passa no filtro. Uma eficiência média de filtração durante o ensaio inferior a 40% determina que o filtro é das classes G. Nestas classes de filtros, o teste termina quando a perda de pressão atinge 250 Pa. A classificação é progressiva da classe G1 à G4, em função da percentagem gravimétrica de poeiras que são captadas no filtro.
que termina aos 450 Pa. O filtro F9 deverá ter uma eficiência superior a 95%. Nas classes F, as partículas são contadas em intervalos de tamanhos, caracterizados pela média geométrica dos diâmetros inferior e superior do intervalo considerado. É igualmente realizada a medição gravimétrica, mas a definição da classe do filtro depende da percentagem de partículas retidas do intervalo correspondente ao diâmetro de 0,4 µm.
A ASHRAE 52.2 segue um procedimento análogo, onde as partículas são de cloreto de potássio, KCl, caracterizando-se o filtro pela menor eficiência medida, MERV, em três gamas de dimensões das partículas, 0,3 m a 1 m, 1 m a 3 m e 3 m a 10 m. Ao contrário da norma EN 779, não existe um procedimento para evitar as cargas electrostáticas.
Do exposto, depreende-se que dois filtros da mesma classe, mas de fabricantes diferentes terão, provavelmente, eficiências diferentes em função do diâmetro das partículas.
A EN 13779 indica as classes de filtração para o ar novo, consoante a qualidade do ar exterior local e a qualidade pretendida para o ar interior. O quadro seguinte resume os níveis de filtração aconselhados:
Qualidade do ar interior Qualidade do
ar exterior IDA1 IDA2 IDA3 IDA4
ODA1 F9 F8 F7 F5
ODA2 F7+F9 F6+F8 F5+F7 F5+F6
ODA3 F7+GF(1)+F9 F7+GF(1)+F9 F5+F7 F5+F6
Quadro 3.5. Filtros de ar segundo a EN 13779 (1) filtro de carbono e/ou filtro químico
Um pré-filtro, preferencialmente de uma classe G, deve ser usado na entrada da unidade de ventilação para reduzir a massa de poeiras que entram no sistema. Quando forem utilizados filtros de classe F7 ou superior, deve tomar-se especial atenção às alterações ao caudal provocadas pelo aumento da perda de pressão. Os filtros de carbono são recomendados em áreas de categoria ODA 3. Estes filtros devem ser combinados a jusante com filtros F7. Note-se que a classificação do ar exterior em ODA 2 ou 3 pode não depender da concentração de partículas no ar. Deste modo, uma classe de filtros de maior eficiência pode ser exigida por esta norma, sem que tenha efeitos relevantes sobre o poluente a controlar do ar atmosférico. Esta opção tem a favor o facto de existirem diversas reacções de poluentes do ar com as partículas retidas pelos filtros. Nomeadamente, existem reacções de oxidação com o ozono, que originam compostos mais perigosos que os presentes no ar atmosférico [3.52].
Para situações de conformidade da qualidade do ar exterior, a ASHRAE 62.1 indica a utilização de filtros MERV 6, sensivelmente equivalentes ao G3 ou G4.
Historicamente, os filtros foram usados nos sistemas de climatização para protecção de baterias e de outros órgãos dos sistemas AVAC. Hoje considera-se que para além desta função devem também prevenir efeitos adversos na saúde dos ocupantes dos edifícios. Esta nova função em alguns casos é realizada de forma contra producente. Note-se ainda, que a utilização de filtros da classe F permite, geralmente, obter concentrações mássicas de partículas no interior do edifício inferiores às concentrações do ar exterior.
O próprio filtro, quando sujo, é uma fonte de poluição. Em particular, permitem o crescimento de fungos, que têm consequências adversas na qualidade do ar interior.
No entanto, de acordo com uma experiência no âmbito do projecto AIRLESS, parece que as percepções sensoriais a filtros sujos não dependem dos microorganismos retidos nos filtros, já que os resultados foram equivalentes com filtros sujos, esterilizados, e não esterilizados [3.53]. Os materiais dos filtros podem também contribuir negativamente para a qualidade do ar interior. Reacções sensoriais adversas à permanência num edifício podem estar associadas a filtros de poliéster ou sintéticos. Para o efeito foram tomadas distribuições semelhantes de filtros MERV, por tipo de material constituinte do filtro. Cerca de 15% a 54% das reacções podem ser evitadas, substituindo os filtros dos materiais referidos por filtros de algodão, celulósicos, ou de fibra de vidro [3.54].
Finalmente, relativamente à retenção de bactérias, foi realizado um estudo em que foram avaliadas dez unidades de tratamento de ar com sistemas de filtração. A remoção máxima de bactérias foi de 73,9%, devido à baixa eficiência dos sistemas avaliados a partículas de dimensões de 0,5 a 2 m. As próprias unidades que comportam os filtros podem ser potenciadoras do desenvolvimento de microorganismos. No mesmo estudo, identificou-se elevadas concentrações de bactérias de 29 UFC/cm2 e de fungos de 137 UFC/cm2 nas
referidas unidades de tratamento de ar [3.55].
3.3.6
Funções associadas à QAI
Do exposto nas secções anteriores, conclui-se que as seguintes funções são necessárias:
- Garantir a diluição da poluição; - Garantir o controlo de partículas.