PROGNÓSTICO DE VENTILAÇÃO NATURAL PARA

Revista Brasileira de Arqueometria, Restauração e Conservação. Vol.1, No.3, pp. 134 - 138
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PROGNÓSTICO DE VENTILAÇÃO NATURAL PARA PRESERVAÇÃO E CONSERVAÇÃO
EM MUSEUS CASA
Msc. Antonio Carlos dos Santos Oliveira(*) PROARQ – Programa de Pós-graduação em Arquitetura – Faculdade de
Arquitetura – Universidade Federal do Rio de Janeiro- UFRJ.
Introdução
A análise é sobre o Museu casa, quanto à
necessidade de ventilação natural para a preservação e
conservação do acervo exposto. Com a ausência de
ventilação, as paredes poderão absorver mais água
conforme sua constituição física, em relação a sua
porosidade e permeabilidade, os objetos expostos
sofrerão o mesmo processo. Em contra partida, uma
ventilação de forma não controlada, poderá propiciar
uma entrada excessiva de umidade absoluta tendendo a
saturar o ambiente.
A Arquitetura necessita cada vez mais de
ferramentas e dados apurados para fornecer formas e
métodos de cálculos mais precisos para determinar o
balanço higrotérmico dentro do ambiente. A
espacialidade e a morfologia do edifício são parâmetros
fáceis de serem modelados, porém, as condições
climáticas de entorno dependem do clima que se
relaciona diretamente com as modificações do sítio. O
controle ou balanço higrotérmico descreve-se como a
busca de uma baixa variação de umidade absoluta e
temperatura para que o acervo contido dentro do museu
possa se encontrar estável.
Materiais e Métodos
A previsão ou o prognóstico dos parâmetros
servem de inicialização da modelagem. As previsões
meteorológicas, fornecem o vento previsto em até 48
horas futuras com uma garantia de acerto em torno de
80%, creditando um dado de qualidade para automação
do controle e ajuste dos equipamentos de climatização,
janelas e desumidificadores.
Utiliza-se o modelo meteorológico Eta, nome
dado pela letra grega eta “η”, que é um modelo de
mesoescala, de equações primitivas. O modelo Eta roda
operacionalmente no Centro de Previsão de Tempo e
Estudos Climáticos é hidrostático e cobre a América do
Sul. As variáveis prognosticadas pelo modelo são:
temperatura do ar, componentes zonal e meridional do
vento, umidade específica, pressão à superfície,
temperatura e radiação.
Dentro do modelo de cálculo de ventilação
desenvolvido pela American Society of Heating,
Rferigerating And Air Conditioning Engineers,
ASHRAE, utilizam-se os parâmetros umidade absoluta,
velocidade e direção do vento. Com os resultados
calculados o controle deve ser programado para: abertura
de janelas ou fechamento; ou desumidificação.
Meteorologia e Parâmetros meteorológicos.
O museu está sujeito à influência direta
do clima e das condições atmosféricas que o
contorna. Entender os estados atmosféricos e
seus parâmetros constituem para nós usuários e
conservadores uma base de conhecimento em
que pode-se analisar como ocupar o ambiente e
dimensionar de forma correta os equipamentos
necessários para a manutenção do conforto
ambiental e preservação do acervo sob sua
guarda.
A grande dificuldade para aplicação de
estudos de ventilação apresenta-se na ausência
total ou parcial de um estudo climático em
microescala do entorno da edificação. Estimase o microclima utilizando dados da estação
meteorológica próxima à edificação que não diz
a real condição atmosférica sofrida pelo
edifício, faz-se necessário analisar quais
parâmetros são adequados para tal estudo sem
que afete a conclusão final do diagnóstico.
Sendo determinantes na ventilação a velocidade
média do vento e o ângulo de incidência na
edificação.
As estações meteorológicas podem e
devem ser implantadas em locais onde os
desvios padrões dos parâmetros meteorológicos
estudados: temperatura; umidade; vento;
radiação
e
outros
elementos
sejam
representativos. Internamente, na edificação,
deve-se seguir a mesma recomendação para que
se possa obter médias ou normais
climatológicas comparáveis.
A aquisição de dados, nos dias de hoje,
mostra-se muito simplificado. Os dados
coletados devem ser devidamente catalogados
em um SGBD (BANCO DE DADOS) no qual
pode-se a partir deste modelo desenvolver
estudos estatísticos, probabilísticos utilizando
as equações para cálculo do fluxo do ar ou o
dimensionamento correto do sistema de
climatização.
Análise do Clima externo
O clima urbano caracteriza-se por
variações dos parâmetros meteorológicos
dependendo do material em que o grupo de
edifícios é construído e a sua distribuição,
constituindo zonas climáticas diversas. Em
relação ao ambiente externo é importantíssimo
identificar qual a correlação dos tempos
climáticos assim como a dependência do
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edifício em relação ao clima externo.
Pode-se identificar a taxa de evaporação
e fluxo do ar para resoluções sobre abertura e
fechamento de janelas do edifício e assim tentar
elaborar medidas constantes em relação às
situações climáticas diversas. Hoje em dia, com
o advento da supercomputação a meteorologia
consegue prever com um bom índice de acerto
as condições meteorológicas médias para
diversas cidades brasileiras, o que é bastante
útil para diminuir determinado consumo
energético de equipamentos de climatização
artificial.
Os Institutos de Previsão Meteorológica
providenciam a cada seis horas um novo
prognóstico sobre as condições atmosféricas
dos parâmetros de temperatura, umidade,
pressão, vento e precipitação. Os prognósticos
nos auxiliam na tomada de decisão para o
acionamento dos sistemas de climatização
artificial ou natural. Em um período de entrada
de frente fria em que determinada massa de ar
apresente características de frio intenso e seco
pode-se propor somente metade da carga de
refrigeração ou a utilização das janelas do
edifício. E sendo seu inverso a utilização do
sistema de refrigeração em carga total.
Tabela válida para o museu - Quadro de
diagnóstico para Temperatura e Umidade
Absoluta
V = Vento (knot) U = Umidade Absoluta
(g/m3)
Probabilidade Análise (Janelas Proposta
Climáticas
Abertas)
da fachada com
Vento
perpendicular a
normal
U Externo
Edifício sofrerá Desumidifica> U Interno aumento
ção,
de umidade
fechamento
absoluta
das janelas
U Externo
Edifício sofrerá Manter Janelas
Abertas.
< U Interno perda
de umidade
absoluta
U Externo
Edifício em
Manter Janelas
= U Interno equilíbrio
Abertas.
Este quadro exemplifica a tomada de
decisão para abertura e fechamento de janelas.
Sendo necessário determinar as diferenças
significativas para o reajuste dos equipamentos.
Dentro das expectativas do conservador em
relação à meteorologia e a forma do
prognóstico podemos enumerar as seguintes
condições: vento forte e chuva
Estas são as condições adversas que
mais preocupam os arquitetos ou os
responsáveis do edifício, diversos edifícios
culturais já sofreram ou sofrem em tais
condições atmosféricas pelo seu estado de
conservação, apresentando fragilidade em
aberturas, telhados ou paredes.
O
mapeamento
dos
problemas
diagnosticados pelo conservador deve ser
associado com uma política de alerta para
tomada de decisões para evitar a deterioração
do patrimônio histórico e cultural assim como
garantir a segurança de seus usuários.
Análise Meteorológica:
De acordo com o relatório da
meteorologia, a chance de resfriamento
amanhã é de 0,8 a umidade absoluta será de
07g/m3 Essa é uma expressão sobre a
probabilidade de resfriamento (temperatura).
Sendo a temperatura média no entorno do
edifício de 22C. A análise do estado climático,
climatologia e métodos, os dados ambientais,
devidamente cadastrados em planilhas, fica a
cargo do especialista em conservação definir
qual a variação possível dos parâmetros. Porém,
para garantirmos que a variação esteja dentro
do estabelecido, não se deve somente analisar o
dado instantâneo, e sim observar as variações
máximas e mínimas de temperatura e umidade
absoluta do ar.
Diagnóstico de conforto ambiental e
preservação de acervos.
Tabela – Inferência
umidade
Resultado da regra
absoluta
para Janelas
Abertas
Se Aumentan ENTÃO
Fechamento de
do
janelas e
Desumidificação
Se Queda
ENTÃO
Ventilação
O
controlador de ventilação
pode
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responder melhor tendo o controle definido
pelo profissional de conservação em função da
previsão meteorológica do entorno do edifício
do museu. Como se trata de um prognóstico de
dois a três dias de antecedência o equipamento
poderá
ser
pré-programado
para
o
comportamento
futuro
das
condições
meteorológicas externas, baseado em estudos
microclimatológicos anteriores que quantificam
a influência das variações no edifício. Quanto
ao número de pessoas presentes, no que diz
respeito ao público, deve-se trabalhar com a
média diária de visitação e a quantidade
máxima de funcionários do museu. Mesmo em
um sistema bem dimensionado poderá ainda
ocorrer períodos em que não será possível a
abertura das janelas.
modelo global do CPTEC e atualizadas a cada 6
horas. O prazo de integração é de 72 horas. A
topografia é representada em forma de degraus.
As variáveis prognósticas do modelo são:
temperatura do ar, componentes zonal e
meridional do vento, umidade específica, água
líquida da nuvem, pressão à superfície e
radiação.[fonte: www.cptec.inpe.br]
Existem outros parâmetros que poderão
ser considerados. A previsão meteorológica
para o sítio de estudo se mostra bem precisa
quando sua grade de previsão é focada na
latitude e longitude do sítio de estudo, ou seja,
quanto mais próximo do ponto central da
previsão maior será a certeza do prognóstico
dos parâmetros no local.
Metodologia de análise
A Arquitetura Bioclimática necessita de
ferramentas e dados apurados para fornecer
formas e métodos de cálculos os mais precisos
possíveis para determinar o balanço
higrotérmico dentro do ambiente construído, a
espacialidade e a morfologia do edifício são
parâmetros fáceis de serem modelados, porém,
as condições climáticas de entorno dependem
de um sistema caótico, o clima, que se relaciona
diretamente com as modificações do sítio.
A previsão ou mais precisamente o
prognóstico dos parâmetros é necessário pois
estes dados servem de inicialização da
modelagem.
Quando
utiliza-se
dados
climatológicos tem-se na realidade uma
condição média de ocorrência de vento na
fachada ou calmaria no edifício de estudo,
porém, para se diagnosticar o vento (direção e
intensidade) futuro do edifício pode-se utilizar
as previsões meteorológicas, fornecendo o
vento previsto em até 48 horas futuro com uma
garantia de acerto em torno de 80%, creditando
um dado de qualidade para controle e ajuste dos
equipamentos de climatização, e auxiliando na
tomada de decisão para evitar o desperdício do
vento incidente.
As previsões são fornecidas duas vezes
ao dia. A condição inicial é proveniente da
análise do “National Centers for Environmental
Prediction” (NCEP) e as condições de contorno
lateral são provenientes das previsões do
Prognóstico de vento, saída do modelo ETA,
CPTEC-INPE. Rio de Janeiro.
Para o diagnóstico, uma vez identificado o
vento na latitude e longitude desejada constróise uma tabela de previsão com o local, a data e
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a hora do fenômeno, sendo determinante a
posição da instituição (latitude e longitude).
Cálculo do vento na altura da Janela
O modelo de cálculo adotado para este fim é o
Lei da Potência, resultante dos estudos da
camada limite sobre uma placa horizontal,
Liddament(1986).
Vz/V10=K(z)n
onde: Vz: Velocidade local do vento à uma
altura z acima do solo, V10: Velocidade do
vento meteorológico (prognosticado), K, n:
constantes dependentes do tipo do terreno. O
modelo suaviza o terreno e a rugosidade,
portanto, pode ser utilizado um modelo mais
simples de cálculo do vento à altura “z”
desejada.
Considera que os sistemas de ventilação natural
devem ser projetados usando-se como
segurança a metade da média sazonal das
velocidades dos ventos no local, sendo a vazão
calculada através da equação Q=Cv.Ae.V
(m3/s).
Onde Ae = área livre
Cv = Efetividade das aberturas, ventos
perpendiculares(0,5-0,6); ventos em diagonal à
superfície (0,25-0,35).
V = velocidade do vento no nível das
aberturas (m/s)
Análise:
Na fachada Norte onde as janelas estão
orientadas a vazão é maior possuindo também a
maior concentração de vapor d´água, na
fachada Leste considera-se Vazão “0” m3/s,
pois, não foi calculado a infiltração pelas frestas
da fachada Leste. A entrada prevista de vapor
d´água na direção Norte apresenta 40 gramas de
vapor d´água por segundo, parte desta umidade
absoluta se estabilizará com o ambiente, parte
irá se condensar. O conservador do museu casa
deverá utilizar esta tabela para abrir totalmente
as janelas, abrir parcialmente ou fechar.
Dia Hor
a
25 0
25 6
25 12
25 18
26 0
26 6
26 12
Vazão
m3/s
1,68
2,88
1,44
0
1,92
1,44
1,92
Ua g/s
JANELAS
23,52
40,32
24,48
0
34,56
21,6
34,56
FECHADAS
FECHADAS
SEMI-ABERTAS
ABERTAS
FECHADAS
FECHADAS
FECHADAS
26 18
0
0
ABERTAS
Resultados
O trabalho estabelece uma forma de simulação
da condição futura do ambiente. Uma vez constituído o
arquivo climático contendo os parâmetros previsto pelo
ETA e posteriormente simulado em um sistema para
cálculo de ventilação. Pode-se analisar a variação da
vazão que o ambiente sofrerá e considerar uma tomada
de decisão para abertura de portas ou janelas, de forma
automática ou manual.
Conclusões
Todo o ambiente museu construído ou a
ser projetado deverá possuir o mapa climático.
Para o ajuste dos equipamentos conforme os
resultados das simulações que deverá ser
considerado pelo critério do especialista, depois
de verificado a aferição do modelo. Uma base
microclimática é importante para assegurar que
o prognóstico esteja dentro do esperado, sendo
o especialista o responsável pela decisão final.
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