5.3 Me, myself and I: Postphenomenology and a subject with many cores
5.3.4 The unified cyborg
O espaço 6 é geometricamente o mesmo que o Espaço 5 na versão base, mas neste caso simulado como gabinete (definição segundo RSECE). Um gabinete tem como requisito de ar novo mínimo um caudal de 35 m3/h.ocupante. Foi simulado com apenas um ocupante uma vez que interessa verificar a eficácia de ventilação do espaço por ocupante (fonte de emissão de poluentes). Este é o pior cenário; caso o caudal de ar a insuflar seja maior (fator área do pavimento) está garantida a qualidade do ar e existe a certeza de que os valores de concentração máxima atingidos serão inferiores aos apresentados com este caudal (maior
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diluição). Poderão ser comparados os casos 6 a) e 6 b) com os casos 5 a) e 5 b) respetivamente.
a) Gabinete, condições de Verão
Este é um espaço comum nos edifícios de serviços. Neste espaço poderão ou não existir aparelhos eletrónicos como computadores, impressoras, etc. dependendo da utilização dada ao gabinete. Não foi neste caso contabilizada a geração de calor por este tipo de equipamentos. Este espaço difere ainda do Espaço 5 por ter sido considerada a geração de calor devido à presença do ocupante.
A malha utilizada foi a mesma do Espaço 5, o método utilizado para a geração da malha foi o dos tetraedros com o algoritmo Patch Conforming, num total de 47 mil volumes, com refinamento em redor da superfície que representa a boca do ocupante. A qualidade da malha é a mesma do caso anterior, não tendo havido alterações a nível da geração da malha.
As condições iniciais consideradas para a simulação do espaço (dados de entrada no FLUENT) são apresentadas na tabela 4.14. Os modelos utilizados no FLUENT foram o modelo da energia, o modelo das espécies e o modelo de viscosidade k-ε RNG com as funções de
parede típicas. Os fatores de relaxação utilizados foram: 0,3 para a pressão, densidade e força dos corpos, quantidade de movimento, energia cinética turbulenta, viscosidade turbulenta e taxa de dissipação turbulenta; 1 para a energia e 0,9 para as espécies. A razão da concentração de CO2 ser elevada junto das grelhas de extração deve-se à existência de
reversed flow.
Tabela 4.14 – Parâmetros de entrada da simulação do espaço 6 a)
Fronteira Valor Variável
Grelhas de insuflação
0,4403 m/s @ 45º Velocidade do ar
290,15 K Temperatura do ar
23,16 % Concentração mássica de oxigénio
683 ppmm Concentração mássica de CO2
Grelhas de extração
296,45 K Temperatura do ar
23,1 % Concentração mássica de oxigénio
1300/1350 ppmm Concentração mássica de CO2
Fonte de poluentes
0,0533 m/s Velocidade do ar
303,15 K Temperatura do ar expirado
17,48 % Concentração mássica de oxigénio
5,75 % Concentração mássica de CO2
Envolvente exterior 299,15 K Temperatura da superfície
Envolvente interior 296,45 K Temperatura da superfície
Pavimento 295,15 K Temperatura da superfície
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A existência de reversed flow significa que nesta fronteira existem vetores velocidade que entram e outros que saem do volume de controlo. O mesmo é dizer que existe retorno de ar viciado no espaço. A utilização dos valores obtidos nos casos anteriores, logo como condição inicial da solução revelou-se acertada. A insuflação de ar foi feita a 45º de encontro à parede mais próxima, para evitar velocidades do ar elevadas abaixo dos 2 m de altura.
Não surgiram diferenças significativas em relação ao escoamento do Espaço 5 a), apenas a maior velocidade do ar, em virtude de ter sido utilizada a mesma grelha de insuflação (230 x 80 mm) e consequentemente ter aumentado a velocidade de insuflação. O escoamento é dominado pelas forças cinéticas, tendo-se acentuado neste caso a tendência de o ar se deslocar na diagonal para o canto oposto aquele onde o ar é defletido pelo pavimento e pelo móvel. O gradiente térmico entre o pavimento e a insuflação no modo de arrefecimento é de 5ºC, acresce ainda a carga térmica da superfície do ocupante. A recirculação existente no centro do espaço é provocada pela insuflação, por arrastamento (figura 4.113).
Figura 4.113 - Grelha de insuflação 1 do Espaço 6 a) (CFD-Post)
A inexistência de obstáculos à insuflação de ar no plano da Gi2 é uma vantagem, afastando-se a recirculação para junto do pavimento e verificando-se um deslocamento vertical do ar na metade posterior do espaço – em deslocamento puro (figura 4.114).
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Figura 4.114 - Grelha de insuflação 2 do Espaço 6 a) (CFD-Post)
A eficácia de ventilação obtida neste modo de climatização foi de 106% (figura 4.115).
Figura 4.115 - Valores obtidos para cálculo da eficácia de ventilação do Espaço 6 a) (CFD- Post)
Nas figuras 4.116 e 4.117 é possível observar a implicação do móvel no plano da Gi1 e a não existência de velocidades superiores a 0,2 m/s em nenhum ponto da zona ocupada (abaixo dos 2 m).
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Figura 4.116 – Velocidade do ar no plano da Gi1 do Espaço 6 a) - contornos (CFD-Post)
Mesmo que se considere todo o volume do espaço apenas alguns pontos tomam valores superiores a 0,2 m/s mas em locais por onde não é habitual o ocupante passar. No plano do ocupante (figura 4.117) observam-se alguns valores acima dos 0,2 m/s abaixo dos 2 m de altura por não existir qualquer barreira à insuflação de ar, que lhe retire energia; contudo, estes valores estão bem próximo da envolvente interior, zona que não será frequentada pelo ocupante. Verifica-se neste caso que não existem velocidades demasiado baixas e indicativas de estagnação de ar ou menor renovação.
Figura 4.117 – Velocidade do ar no plano do ocupante do Espaço 6 a) - contornos (CFD-Post) Fruto da maior eficácia de ventilação (superior a 1) a concentração de CO2 é maior na
zona acima dos 2 m que no volume abaixo desse plano. O local onde se encontra o ocupante tem um valor baixo de concentração de CO2 (figura 4.118).
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Figura 4.118 – Concentração de CO2 no Espaço 6 a) – Verão (CFD-Post)
b) Gabinete, condições de Inverno
A partir do caso 6 a) simulou-se este espaço em condições de aquecimento. Não existe alteração da malha, da qualidade desta ou das condições iniciais para a simulação do espaço. Os dados de entrada no FLUENT são apresentadas na tabela 4.15. Os modelos utilizados no FLUENT foram o modelo da energia, o modelo das espécies e o modelo de viscosidade k-ε
RNG. Os fatores de relaxação utilizados foram os mesmos do caso anterior. A razão da elevada concentração de CO2 junto das grelhas de extração deve-se à existência de reversed
flow.
Tabela 4.15 – Parâmetros de entrada da simulação do espaço 6 b)
Fronteira Valor Variável
Grelhas de insuflação
0,4403 m/s @ 45º Velocidade do ar
293,15 K Temperatura do ar
23,16 % Concentração mássica de oxigénio
683 ppmm Concentração mássica de CO2
Grelhas de extração
295,65 K Temperatura do ar
23,1/23,095 % Concentração mássica de oxigénio
1300/1350 ppmm Concentração mássica de CO2
Fonte de poluentes
0,0533 m/s Velocidade do ar
303,15 K Temperatura do ar
17,48 % Concentração mássica de oxigénio
5,75 % Concentração mássica de CO2
Envolvente exterior 294,15 K Temperatura da superfície
Envolvente interior 295,65 K Temperatura da superfície
Pavimento 296,15 K Temperatura da superfície
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A utilização dos valores da concentração de CO2 obtidos na simulação do Espaço 6 a),
para cada uma das grelhas de extração, como condição inicial, neste caso revelou-se indicada, não tendo sido necessário iterar mais vezes.
Neste caso, as temperaturas mais baixas das superfícies do espaço fazem com que apenas haja subida do ar no centro do espaço (figura 4.119). O pavimento está 3 ºC mais quente que o ar insuflado, enquanto todas as superfícies têm temperaturas abaixo da temperatura do pavimento. Este movimento do ar não tem de ser visto como um efeito negativo uma vez que não existe recirculação de ar.
Figura 4.119 - Grelha de insuflação 1 do Espaço 6 b) (CFD-Post)
No plano da Gi2 observa-se a contribuição da presença do ocupante em termos de geração de calor (apenas a alguns centímetros deste plano). A temperatura da superfície do ocupante faz com que a velocidade mais elevada de movimentação do ar seja em seu redor, sem ultrapassar os valores limite (figura 4.120).
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A recirculação que se observa é inevitável em função da movimentação de dois caudais de ar na mesma direção mas em sentidos opostos. A velocidade do ar em torno do ocupante garante a boa renovação de ar e uma boa remoção dos poluentes. A eficácia de ventilação obtida foi de 100% (figura 4.121).
Figura 4.121 - Valores obtidos para cálculo da eficácia de ventilação do Espaço 6 b) (CFD- Post)
Para além de a concentração de poluentes ser maior acima dos 2 m do que abaixo, também não existem velocidades superiores a 0,2 m/s em nenhum ponto da zona ocupada (figura 4.122). A presença de velocidades acima de 0,2 m/s localizadas junto da boca do ocupante são apenas isso mesmo – localizadas. Este valor dever-se-á à velocidade de expiração, em conjunto com a velocidade do ar devido à convecção natural, provocada pela temperatura do corpo e ainda pela velocidade de insuflação do ar residual.
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A concentração de CO2 é neste caso mais acentuada na parte posterior da sala e acima
do plano dos 2 m de altura (como é notório na figura 4.123). A menor difusão térmica em condições de aquecimento fez baixar a eficácia de ventilação. O valor médio de concentração abaixo dos 2 m é inferior ao limite máximo de 1500 ppmm.