Análise da ventilação natural em apartamentos reversíveis

ANÁLISE DA VENTILAÇÃO NATURAL EM APARTAMENTOS REVERSÍVEIS
POR MEIO DE ENSAIOS ANALÓGICOS NA MESA D´ÁGUA
Alexandre Márcio Toledo (1); Nayane Laurentino (2)
(1) Doutor, Professor do curso de Arquitetura e Urbanismo, [email protected]
(2) Bolsista de Iniciação Científica, [email protected]
Universidade Federal de Alagoas, Faculdade de Arquitetura e Urbanismo, Grupo de
Estudos em Projeto de Arquitetura (GEPA), Maceió/ AL, Tel.: (082) 3241- 1264
RESUMO
No trópico quente e úmido, a ventilação natural é de suma importância para garantir o
conforto térmico dos usuários de edifícios não climatizados, sobretudo os residenciais. O
mercado imobiliário visando maior flexibilidade tem oferecido apartamentos com dormitórios
e banheiros reversíveis. O objetivo do presente artigo é analisar o comportamento do
escoamento da ventilação natural pela ação do vento em edifícios de apartamentos com
dormitórios e banheiros reversíveis. A metodologia consistiu na realização de ensaios
analógicos de escoamento com maquetes vazadas no equipamento mesa d´água, utilizando
o método do traçador e a técnica de injeção direta do indicador; adotaram-se doze
apartamentos de três edifícios, e realizaram-se quatro ensaios para cada edifício,
totalizando-se doze ensaios. Os resultados demonstram que os dormitórios reversíveis
ampliaram as possibilidades de ventilação conjunta dos apartamentos, por permitir ligação
direta entre o setor íntimo e de serviço; e que os apartamentos que apresentam também
banheiros reversíveis resultam em maior equilíbrio entre aberturas de entrada e saída do
escoamento. Conclui-se pela vantagem dos dormitórios e banheiros reversíveis para a
ventilação natural dos apartamentos. Nas próximas etapas, considerar-se-ão as portas dos
dormitórios reversíveis fechadas para o serviço ou para o setor íntimo.
Palavras-chave: Ventilação Natural; Ensaios Analógicos; Edifícios de Apartamentos.
ABSTRACT
In hot and humid tropics, natural ventilation is of paramount importance to ensure the thermal
comfort of the users of non-air conditioned buildings, especially residential. The housing
market has provided for great flexibility apartments with bedrooms and bathrooms reversible.
The aim of this paper is to analyze the flow behavior of natural ventilation by wind action on
apartment buildings with bedrooms and bathrooms reversible. The methodology consisted of
testing analog models cast in the runoff with the water table equipment, using the tracer
method and the technique of direct injection of the indicator have been adopted twelve
apartments in three buildings, and held four trials for each building, amounting to twelve
tests. The results show that the dormitories reversible expanded the possibilities for joint
ventilation of the rooms, to allow direct connection between the intimate and the service
sector, and that the apartments also have bathrooms reversible result in greater balance
between the entrance and exit of the flow. The results confirmed the advantage of bedrooms
and bathrooms to reverse the natural ventilation of the apartments. In the next steps will be
considered the reverse closed doors of the dormitories for the service sector or the intimate.
Keywords: Natural ventilation; testing analog; apartment buildings.
1. INTRODUÇÃO
A orientação adequada para captação dos ventos locais, a disposição e o tamanho
das aberturas são aspectos comumente considerados para se analisar a ventilação natural
pela ação do vento em edifícios (OLGYAY, 1998; BOUTET, 1987). Visto que o
aproveitamento da ventilação natural pelos edifícios é de suma importância em clima quente
e úmido moderado, presente na maior parte do litoral do nordeste do Brasil (LAMBERTS et
al., 2007), o conhecimento de seu comportamento é de fundamental interesse para o projeto
do sistema de aberturas de ventilação.
O conhecimento prático sobre ventilação natural dos edifícios baseia-se na teoria
de distribuição de pressão do vento nas superfícies do edifício (ETHERIDGE; SANDEBERG,
1996; BLESSMANN, 1990; AYNSLEY; MELBOURNE; VICKERY, 1977). O problema é
aplicar esse conhecimento prático aos edifícios de forma ou distribuição interior complexas,
nos quais a distribuição de pressão e o escoamento interno não são tão simples de serem
observados ou estimados.
A experimentação da ventilação natural dos edifícios realiza-se por duas
abordagens distintas, porém complementares: a quantitativa, a qual inclui medições in loco e
em modelos (em escala real ou reduzida); a qualitativa, a qual inclui a utilização dos
métodos e técnicas de visualização de escoamentos. Esses métodos tradicionais
apresentam várias aplicações práticas e servem para elucidar o comportamento de
fenômenos físicos por meio de observação visual, permitindo a obtenção de dados tanto
qualitativos quanto quantitativos (TOLEDO, 2006).
Apesar das simplificações e das limitações visuais, por apresentar resultados
apenas bidimensionais, verifica-se o grande potencial dos ensaios analógicos como
ferramenta de visualização qualitativa para o entendimento do escoamento do ar pela ação
do vento no interior dos edifícios (GERMANO, M.; ROULET, C. A., 2006), por trabalharem
com baixa velocidade e permitirem a visualização instantânea do escoamento.
Os métodos tradicionais de visualização de escoamentos com modelos em escala
reduzida exigem menos tempo de trabalho e menor custo operacional, constituindo-se em
boa alternativa para os modelos CFD’s (Dinâmica de Fluidos Computacional), os quais são
muito eficazes quantitativa e qualitativamente; porém, segundo Toledo (2006), podem ser
considerados impróprios por ainda serem pouco acessíveis, implicarem treinamento
especializado, equipamentos de informática com grande capacidade de memória de
processamento e onerosas licenças pelo uso dos programas; além de dificuldade em
simular plantas complexas.
O setor imobiliário, visando atender a perfis diferentes de usuários tem ofertado
apartamentos com dormitórios e banheiros reversíveis, os quais apresentam mais
flexibilidade de uso, permitindo tanto a ampliação do setor íntimo quanto a do setor de
serviço. Como se dá a ventilação natural nesses apartamentos? Até que ponto os
dormitórios e banheiros reversíveis contribuem para a ventilação natural dos apartamentos?
2. OBJETIVO
Analisar o comportamento do escoamento da ventilação natural pela ação do vento
em edifícios de apartamentos com dormitórios reversíveis.
3. METODOLOGIA
Para a consecução dos objetivos propostos, realizaram-se ensaios analógicos de
escoamento no equipamento mesa d´água, com maquetes vazadas de edifícios de
apartamentos existentes, construídos em terrenos remembrados (30x30) e de diferentes
tipologias programáticas.
3.1. Equipamento Mesa D’Água
Utilizou-se o equipamento mesa d´água do Laboratório de Conforto Ambiental da
Faculdade de Arquitetura e Urbanismo da Universidade Federal de Alagoas, o qual consiste
em um canal aberto e paralelo que trabalha em ciclo fechado (fig. 1).
O equipamento é composto por uma placa
horizontal de vidro transparente, montada
numa estrutura de perfis metálicos, sobre a
qual a água escoa em velocidade uniforme,
ao longo de sua largura, e que constitui o
campo de observação e ensaio.
SENTIDO DO ESCOAMENTO
Nas laterais da estrutura, fechados com
vidros transparentes, situam-se os dois
reservatórios: o montante, do qual a água
provém e o jusante, para o qual a água
escoa. Complementam o equipamento um
sistema
hidráulico e outro elétrico
(TOLEDO; PERREIRA, 2003).
Figura 1: Equipamento Mesa d’água da UFAL.
Fonte: HASTEN-REITER, 2007
3.2. Edifícios Analisados
Selecionaram-se três edifícios multifamiliares localizados no bairro Jatiúca, na orla
marítima da cidade de Maceió/AL (fig. 2). Os três edifícios apresentam arranjos espaciais e
programa de necessidades semelhantes e possuem um dormitório reversível, os quais
permitem abertura direcionada ora para a área de serviço, funcionando como dependência
de empregada, ora para a área íntima, funcionando como mais um dormitório.
Figura 2: Localização dos edifícios no loteamento Stella Maris, em Maceió.
Os três edifícios apresentam praticamente os mesmos ambientes: sala de
estar/jantar e varanda, 1 dormitório reversível, cozinha e área de serviço. O edifício Renom
apresenta 1 suíte e 3 banheiros, sendo um na suíte, um social e outro de serviço. O edifício
Turmalina apresenta apenas dois
banheiros: um reversível e outro
de serviço. O edifício Caiçara não
possui a suíte, mas apenas 2
dormitórios.
Para facilitar as análises, a
numeração dos apartamentos
corresponde à orientação solar: os
Apartamentos 1 e 2 orientados a
sul/leste,
e
norte/leste,
respectivamente,
e
os
Apartamentos 3 e 4 orientados a
norte/oeste
e
sul/oeste,
respectivamente.
O Edifício Caiçara apresenta 8
pisos/ Pilotis com Garagem / 4 Ap.
Figura 3: Planta baixa setorizada e orientada do Edifício Caiçara.
por andar (fig. 3). A fachada principal é orientada para oeste e todos os apartamentos
possuem a mesma distribuição dos ambientes, variando apenas a orientação das aberturas
externas. A circulação vertical encontra-se disposta ao centro da edificação, separando os
apartamentos de forma longitudinal, continuado por dois poços abertos.
Apresentam as aberturas do setor de serviço voltadas para o interior do poço e as aberturas
dos setores social e íntimo voltadas para as orientações norte (2 e 3) e sul (1 e 4) e as
aberturas dos dormitórios reversíveis voltadas para as fachadas leste (ap. 1 e 2 ) e oeste
(ap. 3 e 4).
Os edifícios Renom e Turmalina
apresentam 8 pisos/ Pilotis/ 4 Ap.
por andar/ Garagem semienterrada,
arranjo
espacial
semelhante com distribuição dos
setores social, íntimo e de
serviço (fig. 4 e 5).
As
fachadas
principais
encontram-se orientadas para
leste
e
os
apartamentos
anteriores (1 e 2) limitam-se pela
área social e os apartamentos
posteriores (3 e 4) separam-se
pela circulação vertical e poço
aberto.
Esses
dois
edifícios
se
diferenciam pela organização dos
ambientes que gera diferentes
efeitos visuais nas fachadas.
Enquanto o edifício Renom
trabalha as fachadas de forma
dinâmica,
tornando-as
mais
porosas pela presença de
avanços e recuos, o edifício
Turmalina trata as fachadas de
forma estática, por meio de
superfícies contínuas e discretos
recuos das aberturas dos
dormitórios.
Figura 4: Planta baixa setorizada e orientada do Edifício Renom.
Os dois edifícios apresentam
as aberturas dos apartamentos 1
e 2 orientadas, em sua maioria,
para leste, exceto a dos
dormitórios reversíveis e de
Figura 5: Planta baixa setorizada e orientada do Edifício Turmalina.
serviço orientadas para as faces
sul
e
norte
do
edifício,
respectivamente. Já as aberturas dos apartamentos 3 e 4 são orientadas, em sua maioria,
para as faces norte e sul, respectivamente, tendo apenas as aberturas do dormitório
reversível e da área de serviço orientadas para oeste.
3.3. Confecção das Maquetes
Confeccionaram-se maquetes vazadas dos pavimentos tipos dos três edifícios na
escala 1/50 em MDF, cortadas com serra tico-tico e com três centímetros de altura.
Consideraram-se portas e janelas como vãos abertos, com exceção das portas de acesso
aos apartamentos, consideradas como se estivessem sempre fechadas. Nesta etapa,
consideraram-se as duas portas dos dormitórios reversíveis abertas.
Pintaram-se as maquetes com tinta acrílica nas cores amarelo, verde e preto, para
facilitar a visualização da espuma branca e identificação de cada edifício, também
envernizaram-se as maquetes para a melhor impermeabilização das mesmas.
Figura 6: Imagens da Maquete vazadas (frente e verso) do edifício Turmalina.
Para resolver o problema de fixação da maquete no equipamento, colocaram-se
nas extremidades da base, na parte inferior, arruelas metálicas que com o auxilio de ímãs
prende as maquetas à mesa de vidro.
3.4. Os ensaios
Realizaram-se ensaios de escoamento para quatro orientações diferentes de vento
(Nordeste, Leste, Sudeste e Sul). Essas quatro orientações correspondem a mais de 90%
da incidência dos ventos na cidade de Maceió (TOLEDO, 2006). Registraram-se os ensaios
por meio de câmera fotográfica digital, totalizando 12 (doze) ensaios, sendo 4 (quatro)
ensaios por maquete. O método de visualização utilizado foi o do traçador e a técnica de
injeção direta do indicador, utilizando-se detergente lava-louça.
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1. Edifício Caiçara
O vento Leste é captado nos apartamentos 1 e 2 pelas janelas dos dormitórios
reversíveis voltadas para leste e aberturas do serviço, voltadas para o poço central, com
saídas pelos ambientes dos setores social e íntimo, orientadas para sul e norte,
respectivamente, com boa abrangência. Já os apartamentos 3 e 4 captam o vento Leste
lateralmente pelas aberturas dos ambientes do setor social e íntimo, situadas a sul e leste,
respectivamente, com saídas pelo dormitório reversível, orientado para oeste, e aberturas
do setor de serviço, voltadas para o poço aberto; porém com pouca abrangência.
O vento Nordeste é captado diretamente pelos apartamentos 1, 2 e 3. No
apartamento 1, entra pelas aberturas do setor de serviço e pelo dormitório reversível e sai
pelas aberturas dos ambientes dos setores social e íntimo. No apartamento 2, entra pelas
aberturas do setor íntimo e dormitório reversível e sai pelas aberturas dos setores social e
serviço. No apartamento 3, entra pelas aberturas dos setores social e íntimo e sai pelas
aberturas do setor de serviço e dormitório reversível. O apartamento 4 capta ventilação
Nordeste através do poço aberto, proveniente do escoamento do apartamento 3.
3
2
3
2
4
4
1
1
2
1
2
3
1
4
3
4
Figura 07: Ensaios de escoamento no Edifício Caiçara para os quatro ventos (L, NE, S e SE)
O vento Sudeste apresenta comportamento simétrico ao do vento Nordeste,
envolvendo captação direta pelos apartamentos 1, 2 e 4 e indireta pelo apartamento 3,
proveniente do apartamento 4. O vento Sul é captado diretamente pelos apartamentos 1 e
4, com entradas pela área social e íntima e saídas pela área de serviço e pelos dormitórios
reversíveis. E indiretamente pelos apartamentos 2 e 3, provenientes dos apartamentos 1 e
4, respectivamente.
APARTAMENTO
LESTE
NORDESTE
SUDESTE
SUL
A1
2E/4S
3E/3S
4E/2S
3E/3S
A2
2E/4S
4E/2S
3E/3S
2E/4S
A3
3E/3S
3E/3S
1E/5S
2E/4S
A4
3E/3S
1E/5S
3E/3S
3E/3S
Quadro 1: Relação de Aberturas de Entrada (E) e Saída (S) para as quatro
direções de vento nos apartamentos do Edifício Caiçara
Os apartamentos do edifício Caiçara apresentam, em geral, equilíbrio entre as
aberturas de entrada (E) e saída (S). Com exceção para o vento Nordeste no apartamento 4
e para o vento Sudeste no apartamento 3, ambos com apenas uma abertura de entrada e
cinco aberturas de saída (Quadro 1).
Os dormitórios reversíveis atuaram tanto como entrada quanto saída, e sempre
favorecendo o escoamento no interior dos apartamentos.
4.2. Edifício Renom
O vento Leste é captado nos apartamentos 1 e 2 pelas aberturas dos ambientes do
setor social e íntimo, situadas a leste, com saídas pelo dormitório reversível e serviço,
orientadas para sul e norte, respectivamente, com boa abrangência. Já os apartamentos 3 e
4 captam o vento Leste lateralmente, com entrada pelo setor social e íntimo e saídas pelo
dormitório reversível, orientado para oeste, e aberturas do setor de serviço, voltadas para o
poço aberto; porém com boa abrangência, favorecida pelos avanços e recuos dos
elementos nas fachadas.
3
3
2
2
4
1
4
1
2
2
3
1
4
3
1
4
Figura 08: Ensaios de escoamento no Edifício Renom para os quatro ventos (L, NE, S e SE)
O vento Nordeste é captado diretamente pelos apartamentos 1, 2 e 3. No
apartamento 1, entra pelas aberturas dos setores social e íntimo e sai pelas aberturas dos
ambientes do setor de serviço e pelo dormitório reversível. No apartamento 2, entra pelas
aberturas do dormitório e banheiro da suíte e sai pelas aberturas dos setores social, suíte,
dormitório reversível e serviço. No apartamento 3, entra pelas aberturas dos setores social e
íntimo e sai pelas aberturas do setor de serviço e dormitório reversível. O apartamento 4 não
capta ventilação Nordeste.
O vento Sudeste apresenta comportamento simétrico ao do vento Nordeste,
envolvendo captação direta pelos apartamentos 1, 2 e 4 e sem captação de ventilação
Sudeste pelo apartamento 3. O vento Sul é captado diretamente pelos apartamentos 1 e 4,
com entradas pela área social e íntima e saídas pela área de serviço e pelos dormitórios
reversíveis. E indiretamente pelos apartamentos 2 e 3, provenientes dos apartamentos 1 e
4, respectivamente.
Os apartamentos do edifício Renom apresentam, em geral, equilíbrio quanto às
aberturas de entrada (E) e saída (S); com exceção para o vento Sudeste no apartamento 1,
com seis entradas e uma saída, para o vento Nordeste no apartamento 2 e vento Sul no
apartamento 3, ambos com apenas duas aberturas de entrada e cinco aberturas de saída
(Quadro 2).
APARTAMENTO
LESTE
NORDESTE
SUDESTE
SUL
A1
3E/4S
3E/4S
6E/1S
4E/3S
A2
3E/4S
2E/5S
3E/4S
3E/4S
A3
3E/4S
3E/4S
-
2E/5S
A4
3E/4S
-
3E/4S
3E/4S
Quadro 2: Relação de Aberturas de Entrada (E) e Saída (S) para as quatro
direções de vento nos apartamentos do Edifício Renom
Os dormitórios reversíveis atuaram tanto como entrada quanto saída, e sempre
favorecendo o escoamento no interior dos apartamentos.
4.3. Edifício Turmalina
O vento Leste é captado nos apartamentos 1 e 2 pelas aberturas dos ambientes
do setor social e íntimo, situadas a leste, com saídas pelo banheiro da suíte, dormitório
reversível e serviço, orientadas para sul e norte, respectivamente, com boa abrangência. Já
os apartamentos 3 e 4 captam o vento Leste lateralmente, com entrada pelo setor social e
íntimo e saídas pela suíte, banheiro reversível, dormitório reversível, orientado para oeste, e
aberturas do setor de serviço, voltadas para oeste e poço aberto; porém com boa
abrangência.
O vento Nordeste é captado diretamente pelos apartamentos 1, 2 e 3. No
apartamento 1, entra pelas aberturas dos setores social e íntimo e sai pelo serviço e pelo
dormitório e banheiro reversíveis. No apartamento 2, entra pela suíte, banheiro e dormitório
reversíveis e sai pelas aberturas do setor social, dormitório e serviço. No apartamento 3,
entra pelas aberturas dos setores social e íntimo e sai pelo serviço, banheiro e dormitório
reversíveis. O apartamento 4 não capta ventilação Nordeste.
O vento Sudeste apresenta comportamento simétrico ao do vento Nordeste,
envolvendo captação direta pelos apartamentos 1, 2 e 4 e sem captação de ventilação
Sudeste pelo apartamento 3. O vento Sul é captado diretamente pelos apartamentos 1 e 4.
No apartamento 1, com entradas pelo serviço, dormitório e banheiro reversíveis e saída
pela área social e íntima. No apartamento 4 com entradas pela área social e íntima e saídas
pela área de serviço e pelo banheiro e dormitório reversíveis. E captado lateralmente pelo
apartamento 2, e indiretamente pelo apartamento 3, proveniente do apartamento 4.
3
2
3
2
4
1
4
1
2
1
2
3
3
1
4
4
Figura 09: Ensaios de escoamento no Edifício Turmalina para os quatro ventos (L, NE, S e SE)
Os apartamentos do edifício Turmalina apresentam maior equilíbrio (3E/3S) quanto
às aberturas de entrada (E) e saída (S); com exceção para o vento Nordeste no
apartamento 2, com quatro entradas e duas saídas (Quadro 3).
APARTARTAMENTO
LESTE
NORDESTE
SUDESTE
SUL
A1
3E/3S
3E/3S
3E/3S
3E/3S
A2
3E/3S
4E/2S
3E/3S
3E/3S
A3
3E/3S
3E /3S
-
3E/3S
A4
3E/3S
-
3E/3S
3E/3S
Quadro 3: Relação de Aberturas de Entrada (E) e Saída (S) para as quatro direções de
vento nos apartamentos do Edifício Turmalina
Os dormitórios e banheiros reversíveis atuaram tanto como entrada quanto saída, e
sempre favorecendo o escoamento no interior dos apartamentos e possibilitando o equilíbrio
entre aberturas de entrada e saída.
5. CONCLUSÃO
Nesse artigo analisou-se o comportamento da ventilação natural em apartamentos
com dormitórios reversíveis de três edifícios localizados em Maceió/AL, por meio de ensaios
analógicos no equipamento mesa d’água para quatro direções de vento (Sudeste, Leste,
Nordeste e Sul). Com os registros dos ensaios realizados por filmagens e fotografia pode-se
fazer analise do escoamento em cada apartamento.
Os resultados demonstram que os dormitórios reversíveis ampliaram as
possibilidades de ventilação conjunta dos apartamentos, por permitir ligação direta entre o
setor íntimo e de serviço. Os apartamentos que apresentam também banheiros reversíveis
resultaram em maior equilíbrio entre aberturas de entrada e saída do escoamento, devido a
maior possibilidade de percursos internos do escoamento.
Conclui-se pela vantagem dos dormitórios e banheiros reversíveis para a ventilação
natural dos apartamentos. Nas próximas etapas da pesquisa pretende-se considerar as
portas dos dormitórios reversíveis abertas apenas para o serviço ou para o setor íntimo, e as
portas do banheiro reversível abertas apenas para a suíte ou para o hall do setor íntimo.
6. REFERÊNCIAS
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London: Applied Science Publishers, 1977.
BLESSMANN, J. Aerodinâmica das construções. Porto Alegre: Sagra, 1990.
BOUTET, T. S Controlling air movemement: a manual for architects and builders. New
York: McGraw-Hill, 1987.
ETHERIDGE, D.; SANDEBERG, M. Building ventilation: theory and measurement.
Sussex (UK): Wiley & Sons, 1996.
GERMANO, M.; ROULET, C. A. Multicriteria assessment of natural ventilation potential.
Solar Energy, 2006.
HASTEN-REITER, Joyce de Amorim. Vista e vento: avaliação da ventilação natural no
Residencial Alto das Alamedas. Trabalho Final de Graduação (Arquitetura e Urbanismo),
Universidade Federal de Alagoas. Maceió, 2009.
LAMBERTS, R.; DUTRA, L.; PEREIRA, F. O. R. Eficiência energética na arquitetura. São
Paulo: PW Ed., 1997.
LUZ, J.T.M.M. Avaliação do Desempenho da ventilação natural pela ação do vento em
apartamentos de Maceió – AL. Relatório de Iniciação Científica, Universidade Federal de
Alagoas, 2007.
OLGYAY, V. Arquitectura y clima: manual de diseño bioclimático para arquitectos y
urbanistas. Barcelona: Gustavo Gili, 1998.
TOLEDO, A. M. Avaliação do desempenho da ventilação natural pela ação do vento em
apartamentos: uma aplicação em Maceió/AL. Tese (Engenharia Civil), Universidade
Federal de Santa Catarina. Florianópolis, 2006.
TOLEDO, A. M.; PEREIRA, F. O. R. O potencial da mesa d’água para a visualização
analógica da ventilação natural em edifícios. In: ENCONTRO NACIONAL DE CONFORTO
NO AMBIENTE CONSTRUÍDO. 7, 2003. Curitiba. Anais ENCAC/COTEDI 2003. Curitiba:
ANTAC, 2003. p. 1383-1390. 1 CD-ROM
7. AGRADECIMENTO
Ao CNPQ pela concessão da bolsa de pesquisa de Iniciação Científica, a qual
possibilitou a continuidade da pesquisa Avaliação do desempenho da ventilação natural em
apartamentos de Maceió/AL.