a renovação do ar em um projeto de climatização: critérios de definição e soluções

João PimentaEng. Mec., Dr. Sci. App.

Professor, UnB/FT, ENM, LaAR

A Renovação do Ar em um Projeto de

Climatização: Critérios de Definição e

Soluções

Universidade de Brasília

Faculdade de Tecnologia Dep. de Engenharia Mecânica

18 ANOS DA PORTARIA 3.523/98/MS E O

FUTURO DA QUALIDADE DO AR INTERNO

Este material foi desenvolvido pelo Prof. João

Pimenta, para apresentação no evento promovido

pela ABRAVA (aulas na disciplina obrigatória de

graduação em engenharia mecânica Instalações

Termomecânicas I (Ar condicionado).

Para fazer referência a este material, por favor utilize

o seguinte :

PIMENTA, João. A RENOVAÇÃO DO AR EM UMPROJETO DE CLIMATIZAÇÃO: CRITÉRIOS DEDEFINIÇÃO E SOLUÇÕES. 2016. In: ABRAVA, 18 Anosda Portaria 3.523/98/MS e o Futuro da Qualidade doAr Interno. Brasília, Distrito Federal, Brasil.Apresentação MS PowerPoint. 59 slides.

Críticas, comentários, sugestões, etc. para

[email protected]

Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia

ENM - Departamento de Engenharia Mecânica

Brasília, Junho-2016

www.facebook.com/UnB.LaAR

[email protected]

João PimentaEng. Mec., Dr. Sci. App.

Prof. UnB/FT/ENM

A Renovação do Ar em um Projeto de Climatização: Critérios de Definição e Soluções18 ANOS DA PORTARIA 3.523/98/MS E O FUTURO DA QUALIDADE DO AR INTERNO

Pimenta, J.M.D., A Renovação do Ar em um Projeto de Climatização: Critérios de Definição e Soluções, 18

anos da portaria 3.523/98/MS e o futuro da qualidade do ar interno, ABRAVA, 15 JUN 2016, CREA-DF,

Brasília, Brasil.




Brasília, Brasil.




Brasília, Brasil.

Sumário

1. Introdução

2. Definição do problema

3. Orientações Normativas

4. Considerações Finais

Introdução




Brasília, Brasil.

“Processo de tratamento do ar, que através

do ajuste simultâneo de temperatura,

umidade, grau de pureza e circulação,

permite manter condições desejáveis para

um espaço climatizado “

Definição de climatização…

(ASHRAE)




Brasília, Brasil.

• temperatura;

• umidade;

• contaminantes;

• velocidade e vazão;

• pressão.

devem permanecer

dentro dos limites

impostos pelas

especificações

requeridas.

Assim, climatização do ar ambiente envolve o

ajuste de parâmetros físicos do ar interior, como:

Definição de climatização…

http://www.altercorecrew.com/wp-content/uploads/2014/12/landscape-amazing-photos-182929.jpg

78% N2, 21% O2, 0,9% Ar, 0,035% CO2

Vapor d’água

Contaminantes naturais (polém, etc.)

The World Health Organization says Ahvaz is the one of world’s most polluted cities. Ahvaz is a city

known for oil fields, heavy industry with a sugar processing plant and a coal-burning power plant.

Air pollutants such as nitrogen oxides increase the susceptibility of respiratory infections.

Finally chronic exposure to ozone and certain heavy metals reduce lung function, while the later

responsible for asthma, emphysema, and even lung cancer.

http://www.nationmaster.com/blog/?p=189

78% N2, 21% O2, 0,9% Ar, 0,035% CO2

Vapor d’água

Poluentes

CO

Pb

NO2

O3

Particulados

SO2

http://newtonlaboratory.com/wp-content/uploads/2015/09/Slide-1-Breathing-Air.jpg

78% N2, 21% O2, 0,9% Ar, 0,035% CO2

Vapor d’água

Poluentes

USA Clean Air Act, 1990

Brasil Resolução CONAMA 382/2006

CO

Pb

NO2

O3

Particulados

SO2

http://www.cleanaer.com/index.php?option=com_content&task=view&id=142&Itemid=231

Ar atmosférico

Contaminantes

CO

Pb

NO2

O3

Particulados

SO2

+Contaminantes do

ambiente interior




Brasília, Brasil.

Contaminantes do ar interior

• Fungos

• Bactérias

• Particulados

• CO

• CO2

• Radônio

• VOCs

Resoluções

ANVISA RE 176 e RE 9




Brasília, Brasil.

Sintomas e doenças relacionadas a QAI

http://www.ilocis.org/documents/chpt44e.htm

Dificuldade de concentração

Dor de cabeça

Fraqueza

Raciocínio lento

Irritabilidade

Ansiedade

Náusea

Asma

Rinite

Pneumonia

Gripe

Câncer

Definição do

Problema




Brasília, Brasil.

Modelo de ventilação diluidora (WMRM)

𝐺

A taxa de geração de contaminantes G no espaço

interior pode elevar sua concentração a valores

inaceitáveis.




Brasília, Brasil.


Pessoas em atividade sedentária a norma emitem

CO2 na faixa entre 0.02 a 0.08 m3/h-pessoa

𝐺




Brasília, Brasil.

Impacto da concentração de CO2

http://w

ww

.netz

ero

tools

.com

/exte

ch

-co220-indoor-

air-q

ualit

y-c

o2-m

onitor




Brasília, Brasil.

A solução: Estratégia de gestão da QAI

https://www.aiha.org/




Brasília, Brasil.

Modelo de ventilação diluidora (WMRM*)

𝑄𝑖𝑛𝑓𝐶𝑖𝑛𝑓

𝑄𝑒𝑥𝑓𝐶𝑒𝑥𝑓

𝑑𝐶𝑖𝑑𝑡=?

𝐺

𝑉

𝐶𝑖0

* Well Mixed Room Model




Brasília, Brasil.


Nessa ausência de ventilação mecânica, temos,

𝑉𝑑𝐶𝑖𝑑𝑡= 𝑄𝑖𝑛𝑓 . 𝐶𝑜 − 𝑄𝑒𝑥𝑓 . 𝐶𝑖 + 𝐺

Cuja solução pode ser dada por,

𝐶𝑖 𝑡 = 𝐶𝑖0𝑄𝑖𝑛𝑓𝐶𝑜 + 𝐺

𝑄𝑒𝑥𝑓. 𝑒𝑥𝑝

−𝑄𝑒𝑥𝑓

𝑉𝑡 +𝑄𝑖𝑛𝑓𝐶𝑜 + 𝐺

𝑄𝑒𝑥𝑓




Brasília, Brasil.


Na equação anterior, a concentração atingida em

regime permanente será dada por,

Além disso, quando

𝐶𝑖,𝑆𝑆 = 𝑄𝑖𝑛𝑓𝐶𝑜 + 𝐺 𝑄𝑒𝑥𝑓

𝑄𝑖𝑛𝑓 = 𝑄𝑒𝑥𝑓 = 𝑄

𝐶𝑖,𝑆𝑆 = 𝐶𝑜 +𝐺

𝑄




Brasília, Brasil.


𝑄𝑖𝑛𝑓𝐶𝑖𝑛𝑓

𝑄𝑒𝑥𝑓𝐶𝑒𝑥𝑓

𝑑𝐶𝑖𝑑𝑡=?

𝐺𝑉

Ar

Renovação

𝑸𝑺




Brasília, Brasil.


𝑉𝑑𝐶𝑖

𝑑𝑡= 𝑄𝑖𝑛𝑓 . 𝐶𝑜 − 𝑄𝑒𝑥𝑓 . 𝐶𝑖 + 𝑄𝑆 1 − 휀𝑓 𝛼𝑜𝐶𝑜 + 𝛼𝑖𝐶𝑖 −

− 𝑄𝑆 − 𝛿𝑄𝑚 𝐶𝑖 + 𝐺

Neste caso, a equação que define a conservação

da concentração será,

onde,

𝛼𝑜 razão entre 𝑄𝐴𝐸 𝑒 𝑄𝑆𝛼𝑖 razão entre 𝑄𝑟𝑒𝑡 𝑒 𝑄𝑆휀𝑓 eficiência filtragem

𝛿𝑄𝑚 vazão de pressurização




Brasília, Brasil.


A solução da equação anterior resulta em...

onde,

𝐶𝑖 𝑡 = 𝐶𝑖0 −𝛽

𝛼. 𝑒𝑥𝑝 −𝛼𝑡 +

𝛽

𝛼

𝛽 = 𝑄𝑖𝑛𝑓𝐶𝑜 + 𝑄𝑆 1 − 휀𝑓 𝛼𝑜𝐶𝑜 + 𝐺 𝑉

𝛼 = 𝑄𝑒𝑥𝑓 − 1 − 휀𝑓 𝛼𝑟𝑄𝑆 + 𝑄𝑆 − 𝛿𝑄𝑚𝐺 𝑉




Brasília, Brasil.


Agora, em regime permanente, a solução torna-se,

𝐶𝑖,𝑆𝑆 =𝑄𝑖𝑛𝑓 + 𝑄𝑆 1 − 휀𝑓 𝛼𝑜 𝐶𝑜 + 𝐺

𝑄𝑒𝑥𝑓 − 1 − 휀𝑓 𝛼𝑅𝑄𝑆 + 𝑄𝑆 − 𝛿𝑄𝑚

Então, o problema da manutenção da qualidade do

ar com base na limitação da concentração de

contaminantes pode ser avaliada.

𝑄𝑆, 휀𝑓, 𝛼𝑜, 𝛼𝑅 , 𝛿𝑄𝑚 =?




Brasília, Brasil.





Brasília, Brasil.

Evolução dos padrões de VAEmin (QS)

History And Background of Ventilation Rates. Kansas City ASHRAE Seminar 4, June 29, 2003

Fred Kohloss, Consulting Engineer, Honolulu, Hawaii

51 m3/h-pessoa

8,5 m3/h-pessoa

Office

Spaces

30 m3/h-pessoa

Orientações

Normativas




Brasília, Brasil.

Considerações quto ao projeto

Today systems must be designed and

operated to achieve a proper balance

among thermal comfort, air quality and

energy consumption.

The History of Ventilation and Temperature Control. John E. Janssen.

ASHRAE Journal, SET/1999.




Brasília, Brasil.

Portaria MS 3523/1998

• Estabelece exigências de manutenção

com foco na qualidade do ar interior;

• Levou a criação das Resoluções

ANVISA RE nº 176/2000 e RE nº 9/

2003;

• Padrões de qualidade do ar interior;

• Pré-requisitos de projeto e execução

de sistemas de climatização;

• Obrigatoriedade de RT e PMOC acima

de 5 TR;

• Impõem penalidades pelo não

cumprimento.




Brasília, Brasil.

Norma NBR 16401

Parte 1.

Projeto das instalações

Parte 2.

Parâmetros de Conforto térmico

Parte 3.

Qualidade do ar interior

2008

1980




Brasília, Brasil.

NBR 16401-1

NBR 16401 - Parte 1.

Projeto das Instalações

Seção 6.3.3 Ar Exterior (AE)

• Contabilizar cargas sensível e latente

do ar exterior;

• Vazão mínima de AE definida pela

Seção 5 da Parte 3 (e deve manter P+

p/ minimizar infiltração);

• Vazão mínima de AE em Sistemas

especiais e processos determinada

pela exigência de pressurização.




Brasília, Brasil.

NBR 16401-1



Capitulo 7

Critérios de Projeto do Sistema

Seção 7.2 Qualidade do Ar Interior

• O projeto do sistema deve obedecer

aos critérios e requisitos estipulados

na parte 3 da NBR16401.




Brasília, Brasil.

NBR 16401-1



Capitulo 9 - Difusão do Ar

Seção 9.1 Requisitos Gerais

• 9.1.2. Evitar esquemas de distribuição

que prejudiquem a eficiência de

ventilação Ez que afeta o cálculo da

vazão de ar exterior conforme Parte 3

de NBR 16401.

𝑉𝑧 =𝑉𝑒𝑓

𝐸𝑧

Vazão ar eficaz

(zona respirável)

Vazão ar na

Zona de ventilação




Brasília, Brasil.

NBR 16401-1




Brasília, Brasil.

NBR 16401-1

𝐸𝑧 =1,0

𝐸𝑧 = 0,8




Brasília, Brasil.

NBR 16401-3



Capitulo 5 - Ventilação

Seção 5.1 Qualidade do Ar Exterior

• 5.1.1. Afastamento da TAE de fontes

de poluição de acordo com Seção 7.1;

• 5.1.2. Se o ar exterior é inadequado

considerar adoção de equipamentos

despoluidores;




Brasília, Brasil.

NBR 16401-3




Seção 5.2 Vazão de Ar Exterior

• 5.2.1. Define Vazão Eficaz, Vef

𝑉𝑒𝑓 = 𝑃𝑧. 𝐹𝑝 + 𝐴𝑧. 𝐹𝑎

Vazão relacionada

aos ocupantes

Vazão relacionada

à área ocupada

Máximo de pessoas na zona

Vazão por área útil

ocupada, L/s.m2

Vazão por pessoa, L/s-pessoa

Área útil ocupada

pelas pessoas




Brasília, Brasil.

NBR 16401-3





• 5.2.2. Vazão zona de ventilação, Vz


𝐸𝑧

Vazão ar eficaz

(zona respirável)

Vazão ar na

Zona de ventilação




Brasília, Brasil.

NBR 16401-3





• 5.2.3. Vazão AE a ser suprida, VS5.2.3.1. Zona única

5.2.3.2. Zonas múltiplas (100% AE)

𝑉𝑆 = 𝑉𝑧

𝑉𝑆 =

𝑖=1

𝑁

𝑉𝑍𝑖




Brasília, Brasil.

NBR 16401-3





• 5.2.3. Vazão AE a ser suprida, VS5.2.3.3. Zonas múltiplas suprindo

AE+AR

𝑉𝑆 = 𝐷. 𝑃𝑍 + 𝐹𝑃 + 𝐴𝑍. 𝐹𝑎 𝐸𝑉

𝐷 = 𝑃𝑆 𝑃𝑍

Fator de diversidade de ocupaçãoEficiência do sistema de ventilação

em suprir a vazão eficaz




Brasília, Brasil.

NBR 16401-3 Exemplo de cálculo

𝑉𝑒𝑓 = 𝑃𝑧 . 𝐹𝑝 + 𝐴𝑧. 𝐹𝑎

Sala de aula, 100 ocupantes, Nível 1

PZ = 100

FP=5 l/s-pess

Az=150 m2

Fa=0,6 l/s.m2

EZ = 0,8

D =1

EV=0,6

𝑉𝑒𝑓 = 100.5 + 150.0,6

Vef = 500 + 90=590 𝑙/𝑠


𝐸𝑧=590

0,8= 737,5 𝑙/𝑠

𝑉𝑆 = 𝑉𝑧= 737,5 𝑙/𝑠




Brasília, Brasil.

NBR 16401-3



Capitulo 6 - Filtragem

Seção 6.2 Níveis de Filtragem

• 6.2.1. Define níveis mínimos de

filtragem (Tab. 5);

• 6.2.2. Tab. 5 não aplicável abaixo de

10 kW (aprox. 3 TR ou 36 kBTU/h).

Adoção de sistema complementar de

AE para splits e ACJs;




Brasília, Brasil.

NBR 16401-3



Capitulo 6 - Filtragem

Seção 6.3 Pré-filtragem AE

• 6.3.1. Pré-filtro AE G4 mínimo junto a

veneziana de captação de ar;

• ...

• 6.3.5. Recomenda o resfriamento e

desumidificação do ar exterior, além

de filtrado;




Brasília, Brasil.

NBR 16401-3



Capitulo 7 - Requisitos de Projeto e

Execução relativos a qualidade do ar

Seção 7.1 TAE

• 7.1.1. Captação de AE fora do

edifício;

• ...

• 7.1.2. Projeto deve prever meios para

a medição da vazão de ar exterior;

• 7.1.3. Distância mínimas de fontes

poluidoras e cuidado com a

propagação devido a ventos.




Brasília, Brasil.

NBR 16401-3

http://www.ilocis.org/documents/chpt45e.htm




Brasília, Brasil.

NBR 16401-3





Seção 7.1 TAE

• ....

• 7.1.4. Proteção contra intempéries e

tela;

• 7.1.5. Impedir o pouso de pássaros;

• 7.1.6. Exigências para os dutos de ar

de renovação.




Brasília, Brasil.

NBR 16401-3





Seção 7.2 Salas de Maquinas

• 7.2.1. Projeto deve facilitar acesso e

zelar pela segurança do trabalhador;

• 7.2.2. Piso imperm.; ponto de água,

dreno, iluminação e tomada serviço;

• 7.2.3. Registro de vazão na TAE e no

ar recirculado quando sala é usada

como plenum de mistura;

• 7.2.4. Revestimento das paredes.

TAEPonto de força

Iluminação

Ponto de água

Acesso

Ar de retorno Ar de retorno

Ralo de

dreno

Ponto de força

Iluminação

Ponto de água

Considerações

Finais




Brasília, Brasil.

Considerações Finais

Existem legislação especifica e normas técnicas

voltadas para a obtenção de uma condição adequada

da qualidade do ar interior;

Na prática, condições irregulares são muito comuns e

causadas principalmente por projetos inadequados

e/ou falta de manutenção apropriada;

18 anos se passaram mas a disseminação das boas

práticas voltadas para a QAI foi modesta. O que faltou?


[email protected]

[email protected]

Obrigado!

Budaiwi, I. M., Impact of Combined Dillution and Pressurisation Effects of

Ventilation Air Indoor Contaminant Concentration. Indoor Built Environment 1998;

7:289-299.

Bibliografia*

* Principais fontes de consulta utilizadas para a elaboração do presente material.

BRASIL. Ministério da Saúde. Portaria nº 3.523, de 28 de agosto de 1998. Lex:

DOU 166 de 31 de Agosto de 1998.

OSHA, Occupational Safety and Health Administration, U.S. Department of

Labor. Indoor Air Quality in Commercial and Institutional Buildings. OSHA 3430-

04. 2011

AIHA, American Industrial Hygiene Association, The Occupational Environment:

Its Evaluation, Control, and Management, 3rd edition, Chapter 35. General

Methods for the Control of Airborne Hazards. 2011.

ILO, International Labor Office. Encyclopaedia of occupational health and safety,

Chapter 44 – Indoor Air Quality. Disponível em:

<http://www.ilocis.org/documents/chpt44e.htm> Acesso em: 14 Jun 2016.

Bibliografia*

* Principais fontes de consulta utilizadas para a elaboração do presente material.

General Ventilation and the Well-Mixed Model. Disponível em:

<http://www.mne.psu.edu/cimbala/me405web_Fall_2006/Lectures/Chapter_05_Sec

tions_7_to_10.pdf > Acesso em: 14 Jun 2016.

Indoor Air Quality Guide Best Practices for Design, Construction, and Commissioning.

Disponível em:

<http://www.wenatcheeschools.org/maintenance/documents/IAQGuide.pdf > Acesso

em: 14 Jun 2016.

ABNT, 2008, NBR 16401– Instalações centrais de ar condicionado – Sistemas

centrais e unitários: Parte 1 – Projeto das instalações, Parte 2 – Parâmetros de

conforto térmico, Parte 3 – Qualidade do ar interior. NBR 16401: 2008. Rio de

Janeiro, Brasil.

a renovação do ar em um projeto de climatização: critérios de definição e soluções

Engineering