[1] O documento discute os princípios da ventilação natural em edifícios, incluindo a qualidade do ar interior, conforto térmico e riscos de condensação. [2] Aborda os princípios da ventilação natural, incluindo a relação entre caudal e diferença de pressão. [3] Detalha os efeitos da ação térmica e do vento na ventilação natural, fornecendo expressões para calcular os caudais resultantes.

1. VENTILAÇÃO DE EDIFÍCIOS
Fenómenos de ventilação natural
António Moret Rodrigues
IST

2. ÍNDICE
Ventilação:
Qualidade do ar interior (6 slides)
Conforto térmico (2 slides)
Riscos de condensação (3 slides)
Ventilação natural:
Princípios (4 slides)
Acção térmica (4 slides)
Acção do vento (9 slides)

3. VENTILAÇÃO: qualidade do ar interior I
No interior dos edifícios exige-se que o ar se
mantenha em condições satisfatórias para a
sanidade dos utentes, não devendo conter
proporções excessivas de gases tóxicos, poeiras,
aerossóis nocivos, etc.
Todos os fumos ou gases nocivos ou de cheiro
incómodo devem poder ser rapidamente
evacuados.
Estas exigências seriam cumpridas com altos
caudais de renovação. Porém, por razões
energéticas, os caudais devem ser os mínimos
que garantam condições não prejudiciais à saúde.

4. VENTILAÇÃO: qualidade do ar interior II
Tipo de poluentes em edifícios
FONTES
Materiais
do edifício e
solo de
fundação
Aparelhos de
aquecimento
por
combustão
Fumo
de
tabaco
Presença
humana
Formal- Gases
Partículas deídos
Orgânicos Amianto Radão
♦
♦
♦
♦
♦
♦
♦
Monóxido Dióxido Dióxido
de
de
de
carbono
carbono azoto
♦
♦
♦
♦
♦
♦
♦

5. VENTILAÇÃO: qualidade do ar interior III
Concentrações limites de poluentes
Encontram-se grandes variações entre fontes.
POLUENTE
LIMITE MÁXIMO (mg/m3)
Partículas suspensas no ar (PM10)
1800
Monóxido de carbono (CO)
12,5
Ozono (O3)
0,2
0,1
Compostos orgânicos Voláteis Totais
RSECE
Dióxido de Carbono (CO2)
Formaldeído
Fonte:
0,15
0,6
Microrganismos – bactérias, fungos [1]
500 UFC
Legionella
100 UFC
Radon [2]
400 Bq/m3
[1] - UFC - (unidades formadoras de colónia) é a unidade padrão estabelecida pela OMS para medir o
desenvolvimento das colónias formadas pelos microrganismos.
[2] - O Becquerel (Bq) é uma unidade de medida para a radioactividade: mede a taxa de decaimento de
uma substância radioactiva (1 Bq corresponde a uma desintegração nuclear por segundo).

6. VENTILAÇÃO: qualidade do ar interior IV
Necessidades de ventilação (V) por exigências
de qualidade do ar interior
Objectivo: manutenção das cargas poluentes em
níveis considerados admissíveis para a saúde.
Equação de conservação
do volume de poluente (Vp):
Vpe + P = Vpi
Vpi
Ci ≤ CLIM
(m3/h)
Ce
P
Com Vp=C×V vem:
&
P
&
V=
Ci − C e
Vpe
P - Produção de poluente (m3/h)
Vp - Caudal de poluente (m3/h)
V - Caudal de ar (m3/h)
C - Concentração de poluente (-)
ÍNDICES
i - interior
e - exterior
p – poluente
LIM - limite

7. VENTILAÇÃO: qualidade do ar interior V
Avaliação experimental da taxa de ventilação
média de uma sala
Um dos processos para estimar as taxas de
renovação do ar em salas fechadas (mas não
estanques) recorre aos chamados gases
Ci
traçadores.
C0
O processo consiste em
injectar na sala uma dada C1
porção de gás e medir as C
2
suas concentrações,depois,
t0 t1
em pelo menos 2 instantes
instante da
diferentes no tempo.
injecção
t2
instantes da
medição
t

8. VENTILAÇÃO: qualidade do ar interior VI
Taxa de ventilação média (n) de uma sala
Equação de conservação do volume do gás
Variação de gás
na sala
dCi
ϑ
dt
=
Quantidade de gás
introduzido na sala
−
Quantidade de gás
que deixa a sala
=
&
[V(t ) .Ce + F(t )]
−
&
V ( t ) . Ci ( t )
& ( t ) = n ( t ) . ϑ fica n ( t ) = ⎡ F( t ) − dCi ⎤ /[Ci ( t ) − Ce ] .
Sendo V
⎢
⎥
⎣ ϑ
dt ⎦
Como a injecção de gás é anterior aos instantes
de medição (F(t)=0) e a sua concentração é nula
t
C dCi
no exterior (Ce=0), então:
n ( t )dt = −
ln C1 − ln C 2
n=
t 2 − t1
∫t
2
1
∫C
2
1
Ci
F(t)– Quantidade de gás traçador injectada na sala (m3/h)
(F(t0)≠0 e F(t)=0 para t≠t0)
ϑ – Volume da sala (m3)

9. VENTILAÇÃO: conforto térmico I
A ventilação é um recurso muito utilizado na
estação quente por razões de conforto térmico,
com os seguintes objectivos:
aumento da velocidade do ar, de calmo (≤ 0,2m/s)
para cerca de 2 a 3 m/s, permitindo uma sensação
de arrefecimento na pele da ordem dos 3 a 4 °C
(taxas de renovação por hora de 3 a 5).
varrimento no período nocturno das cargas
térmicas acumuladas durante o dia (estratégia
solar passiva que combina inércia térmica com
ventilação nocturna).

10. VENTILAÇÃO: conforto térmico II
Necessidades de ventilação (V) por exigências
de conforto térmico
Objectivo: contribuir para as condições de
conforto por arrefecimento passivo do ar.
Equação de conservação
da energia (H):
He + Q = Hi
Com H=ρVcpθ vem:
&
V=
Q
ρc p (θi − θe )
(J/h)
Hi
Q
θi ≤ θLIM
θe
He
Q - Calor libertado pela massa (J/h)
cp - Calor específico do ar (J/Kg.ºC)
V - Caudal de ar (m3/h) ρ - Massa específica
θ - Temperatura (ºC)
do ar (kg/m3)

11. VENTILAÇÃO: riscos de condensação I
Não sendo poluente, a concentração de vapor
de água é um parâmetro que é levado em conta
para o dimensionamento dos caudais, por motivo
de risco de condensações, em compartimentos de
serviços (instalações sanitárias, cozinhas).
ACTIVIDADE
Cozinhar
PRODUÇÃO DE VAPOR
DE ÁGUA (g/dia)
2000 a 3000
Lavagem de louça
400
Banho (por pessoa)
200
Lavagem de roupa
500
Secagem de roupa no interior
1500

12. VENTILAÇÃO: riscos de condensação II
Necessidades de ventilação (V) por exigências
de prevenção de condensações
Objectivo: manter a humidade do ambiente interior
em níveis abaixo do respeitante à condensação.
Equação de conservação
da massa de vapor (Mw):
Mwe + Wp = Mwi (kgH2O/h)
Mwi
ρwi ≤ ρw LIM
ρwe
Wp
Com Mw=ρwV vem:
&
V=
Wp
ρ wi − ρ we
Mwe
V - Caudal de ar (m3/h)
ρw - Humidade absoluta (kgH2O/m3)

13. VENTILAÇÃO: riscos de condensação III
Para condições correntes o caudal ou número de
renovações requerido pode ser facilmente
estimado por recurso a um ábaco simples.
Wp
× 103 (Kg/m3)
&
V

14. VENTILAÇÃO NATURAL: princípios I
Relação Caudal (V) - diferença de pressão (Δp)
Modelo hidráulico
1
Meio
semi-infinito
2
p - Pressão estática (Pa)
v - Velocidade (m/s)
γ =ρg - Peso específico (N/m3)
g - aceleração da gravidade (m/s2)
A - Área (m2)
Δp=p1-p2 (Pa)
Escoamento através duma abertura
em contacto com meio semi-infinito
Energia por unidade de peso (m)
2
p1 v1
H 1 = z1 + +
γ 2g
p2 v2
H2 = z2 + + 2
γ 2g
A relação pretendida obtém-se
recorrendo a:
Teorema de Bernoulli: H1=H2
Conservação do caudal: A1v1= A2v2

15. VENTILAÇÃO NATURAL: princípios II
Teorema de Bernoulli: H1=H2
2
⎛
p1 − p 2 v1 ⎞
⎟.2.g
+
v 2 = ⎜ z1 − z 2 +
2 ⎜
γ
2.g ⎟
⎝
⎠
Conservação do caudal: A1v1= A2v2
2
⎛
⎛ A2 ⎞ v2 ⎞
p − p2
⎟ 2 ⎟. 2.g
+⎜
v 2 = ⎜ z1 − z 2 + 1
2 ⎜
⎜ A ⎟ 2.g ⎟
γ
⎜
⎟
⎝ 1⎠
⎝
⎠
Com: z1=z2, Δp=p1-p2, γ=ρ.g, vem v 2 =
Na hipótese: A2<<A1 fica v 2 =
2Δp
&
Finalmente: V = A 2
ρ
2 . Δp
ρ
2 . Δp
⎡ ⎛ A ⎞2 ⎤
ρ . ⎢1 − ⎜ 2 ⎟ ⎥
⎢ ⎜ A1 ⎟ ⎥
⎠ ⎦
⎣ ⎝

16. VENTILAÇÃO NATURAL: princípios III
Na dedução não foi contabilizada a perda de
carga na abertura. A sua inclusão faz-se através
de um coeficiente Cd (coeficiente de descarga)
que toma valores entre 0 e 1:
& = C A 2Δp
V
d
ρ
(m3/s)
(1)
A diferença de pressão pode ser causada por
acção térmica ou por acção do vento, tomando
a expressão acima formas diferentes para um e
outro caso.

17. VENTILAÇÃO NATURAL: princípios IV
Lei de variação da pressão em altura
p+
∂p
dz
∂z
z
ρ.g.ϑ
dz
ϑ=dx.dz
Hipótese:
ρ constante em altura
0
p
dx
Equilíbrio das forças na vertical
∂p
⎛
⎞
p . dx = ⎜ p + . dz ⎟ . dx + ρ . g . dx . dz
∂z
⎝
⎠
dp
= −ρ . g
dz
A integração fornece: p = p0 − ρ . g . z
d ⎞
⎛∂
⎜ ≡ ⎟
⎝ ∂z dz ⎠
Lei de variação linear
em altura

18. VENTILAÇÃO NATURAL: acção térmica I
Caso de inexistência de aberturas
Admitindo a lei de variação linear em altura para
a pressão hidrostática:
p (z)=p − ρ · g · z
e
Não há lugar
à ocorrência
de caudal
entre os
ambientes
interior e
exterior.
0e
e
pi(z)=p0i− ρi· g · z
z
pe(z)
θ e , ρe
θ i , ρi
pi(z)
p0e
p0i

19. VENTILAÇÃO NATURAL: acção térmica II
Caso de existência de 2 aberturas (iguais)
A uma altura (z) a diferença de pressões que se
estabelece é:
Δp(z)=p −p = p − p − (ρ − ρ ) g · z
e
Ao nível das
aberturas tem-se:
0e
0i
e
i
z
Δp1= p0e− p0i − (ρe− ρi) g · z1
Δp2= p0e− p0i − (ρe− ρi) g · (z1+h)
Para determinar (p0e− p0i)
introduz-se a condição
de conservação do
caudal (V1=V2), donde:
Δp2= − Δp1
i
Δp2
2
h
θ e , ρe
1
Δp1
z1
θ i , ρi

20. VENTILAÇÃO NATURAL: acção térmica III
Expressão Geral em função das densidades
Introduzindo a condição Δp2= −Δp1 na expressão
de Δp2,obtém-se: p0e − p0i = (ρe − ρi ).(z1 + h / 2). g
Substituindo p0e-p0i na equação de Δp1 (ou Δp2) e
substituindo esta na expressão (1) do caudal, fica:
&
V = Cd . A .
(ρe − ρi ). g . h
ρ
A=A1=A2
ρ = (ρe + ρi ) / 2
Esta expressão em função das densidades não é
prática, uma vez que as condições do problema
aparecem normalmente em temperaturas.

21. VENTILAÇÃO NATURAL: acção térmica IV
Expressão Geral em função das temperaturas
Da relação dos gases perfeitos, substituindo
ρe=p/(RTe), e ρi=p/(RTi), na expressão anterior:
&
V = Cd . A .
&
V = Cd A
(Ti − Te ). g . h .T
Ti .Te
(θi − θe ) g ⋅ h
T
Como Ti . Te ≈ T 2 , vem:
T=(T1+T2)/2
A=A1=A2
No caso de aberturas com áreas diferentes:
⎛
⎞
ε 2
&
⎟
V = C d A⎜
⎜ (1 + ε ) (1 + ε 2 ) ⎟
⎝
⎠
(θi − θe ) g ⋅ h
T
ε = A1/A2
A = A 1 + A2

22. VENTILAÇÃO NATURAL: acção do vento I
Acção do vento sobre os edifícios
A análise dos caudais de ar através das
aberturas da envolvente pressupõe um estudo
dos campos de pressões originados pela
incidência do vento sobre o edifício.
Estes campos traduzem-se em pressões e
sucções (depressões) sobre as diferentes
superfícies.
É o desequilíbrio de distribuições de pressão que
gera as forças que provocam os movimentos do
ar através dos compartimentos do edifício.

23. VENTILAÇÃO NATURAL: acção do vento II
Acção do vento sobre os edifícios
No caso de uma forma paralelepipédica simples,
quando o vento incide perpendicularmente a uma
das faces, geram-se sobrepressões (+) sobre
esta e depressões (-) na face oposta.

24. VENTILAÇÃO NATURAL: acção do vento III
Circulação no interior dos edifícios
O fluxo de ar toma o caminho
mais fácil, que é aquele em
que a diferença de pressões
é mais elevada ou as
resistências à sua passagem
(perda de carga) são menores.
Podem assim existir zonas em
que o ar não circula.
Os vãos devem ser localizados
em fachadas diferentes de
forma a aproveitar a diferença
de pressões e aumentar a eficácia da ventilação.

25. VENTILAÇÃO NATURAL: acção do vento IV
Pressão dinâmica do vento pd (Pa)
Num ponto
distante:
p0 v2
H0 = h + +
γ 2g
p
Sobre a parede:
p0
h
p
H=h+
γ
Aplicando o teorema de Bernoulli, admitindo que
não existem perdas (H=H0), tem-se, na parede:
ρ ⋅ v2
Pressão
p = p0 + pd
pd =
com
dinâmica
2

26. VENTILAÇÃO NATURAL: acção do vento V
Velocidade do vento v (m/s)
Para efeitos de velocidade do vento, o território
nacional é dividido em 2 zonas geográficas:
Zona A: todo o território excepto a zona B
Zona B: Ilhas, faixa litoral (≤ 5 km), zonas altas (≥ 600m)
Para cada zona geográfica, a velocidade do vento
depende ainda da rugosidade do terreno:
Tipo I: interior de zonas urbanas (edifícios de certo porte);
Tipo II: restantes locais: periferia e zonas rurais;
Para a zona A e
⎛h ⎞
v = 18 × ⎜ ⎟
rugosidade tipo I:
⎝ 10 ⎠
0.28
+ 14
h – altura do
edifício (m)

27. VENTILAÇÃO NATURAL: acção do vento VI
Coeficiente de
pressão δp
Para ter em conta a
forma do edifício e a
direcção do vento, a
pressão dinâmica é
afectada dum factor
δp que é obtido
experimentalmente:
ρ ⋅ v2
p = p0 + δP
2
h – altura do edifício
a – maior dimensão em planta
b – menor dimensão em planta

28. VENTILAÇÃO NATURAL: acção do vento VII
Caso de 2 aberturas (iguais)
v
ρ ⋅ v2
p f = p 0 + δ Pf
2
fachada
pi
ρ ⋅ v2
p t = p 0 + δ Pt
2
tardoz
ρ ⋅ v2
Abertura da fachada (f): Δp f = ( p 0 + δ Pf 2 ) − p i
ρ ⋅ v2
)
Abertura do tardoz (t): Δp t = p i − ( p 0 + δ Pf
2
Conservação do caudal para Af=At ⇒ Δpt= Δpf

29. VENTILAÇÃO NATURAL: acção do vento VIII
Expressão Geral
Fazendo Δpt= Δpf e resolvendo em ordem a p0-pi,
obtém-se: p0 − pi = −ρ . v 2 (δpf + δpt )/ 4
Substituindo p0-pi na equação de Δpf (ou Δpt) e
substituindo esta na expressão (1) do caudal, fica:
& = C ⋅ A ⋅v δ −δ
V
A=Af=At
d
pf
pt
2
Caso de mais aberturas e com áreas diferentes:
A3
&
A1
V = C ⋅A⋅v δ −δ
d
pf
pt
1
1
1
=
+
2
2
A
( A1 + A 2 ) ( A 3 + A 4 ) 2
A2
A4

30. VENTILAÇÃO NATURAL: acção do vento IX
Efeito combinado da acção do vento e térmica
No caso do vento e diferença térmica actuarem
em simultâneo, o caudal gerado é dado por:
&
&
&
V = Vv2 ± Vt2
Em que Vv e Vt são, respectivamente, os caudais
gerados pelo vento e pela acção térmica em caso
de actuação isolada.
Aplica-se o sinal (+) quando a acção térmica tem
um efeito aditivo (sentido do caudal igual ao
gerado pelo vento), e o sinal (-) em caso
contrário.