Simulação do impacto da renovação do ar em salas de aula situadas em Florianópolis, Brasília e Macapá para alcançar a qualidade interna do ar

Abstract

Ambientes educacionais expostos a poluentes do ar, sem um sistema eficaz para retirada destes, podem gerar um espaço inóspito para seus usuários, pela acumulação de poluente no ar. A manutenção de níveis aceitáveis de qualidade interna do ar (IAQ) é um fator crucial na promoção da saúde e melhoria no desenvolvimento de atividades. Esta dissertação objetiva avaliar o impacto que a inserção de uma taxa constante de ventilação pode ter na qualidade interna do ar e no consumo energético para condicionamento térmico. O método por simulação computacional avaliou uma sala de aula do padrão de escolas do Fundo Nacional para o Desenvolvimento da Educação - FNDE por meio de simulação computacional em três cidades com zonas bioclimáticas (ZB) distintas: Florianópolis (ZB3), Brasília (ZB4) e Macapá (ZB8). Adota-se o programa de EnergyPlus inserido no grasshopper por meio do plugin Honeybee e é estabelecido como critério de avaliação o consumo energético para condicionamento térmico ideal e um percentual de horas em qualidade interna do ar. Este critério foi subdividido em dois: Calculadora de COVID e Concentração de CO2 em ppm. As simulações serão avaliadas em três Casos: o primeiro será o caso base, o segundo há a inserção de uma taxa de ventilação constante com base em diretrizes voltadas ao controle da pandemia de COVD-19 (10 L/s para cada pessoa); e o terceiro caso além da inserção de uma taxa de ventilação constante, há um controle dessa ventilação pela demanda de ocupação (DCV). Todos esses três casos serão simulados na condição sem ventilação natural, climatizado 100% do tempo ocupado e no com ventilação natural nos horários nos quais é possível se alcançar conforto térmico através do condicionamento passivo, quando este não for suficiente, serão adotadas as cargas ideais para climatização. Os resultados apontam que Macapá teve seu melhor resultado ao inserir as taxas constantes de ar no ambiente sem o DCV, enquanto Brasília e Florianópolis obtiveram o melhor resultado com o DCV. É possível indicar que a taxa média de 9 trocas de ar por hora, essa troca sendo constante, é suficiente para atendimento dos critérios de IAQ analisados nas escolas do FNDE, nos padrões apresentados. Escolas que adotem climatização 100% do tempo sem um dispositivo que possa inserir taxas constantes de ar iguais a 10 L/s para cada pessoa presente no ambiente ou que utilizem da ventilação natural sem o uso de insufladores estão suscetíveis a não manutenção de níveis aceitáveis de IAQ. Os Cenários com o modo misto demonstraram uma resposta positiva quando utilizada com inserção de taxas constantes de ar externo no ambiente para manutenção dos níveis aceitáveis de IAQ e para redução da carga ideal para condicionamento térmico.

Abstract: Educational environments exposed to air pollutants, without an effective system to remove them, can generate an inhospitable space for their users, due to the accumulation of pollutants in the air. Maintaining acceptable levels of indoor air quality (IAQ) is a crucial factor in promoting health and improving the development of activities. This dissertation aims to evaluate the impact that the insertion of a constant ventilation rate can have on indoor air quality and energy consumption for thermal conditioning. The computer simulation method evaluated a classroom of the National Fund for Education Development - FNDE standard schools through computer simulation in three cities with distinct bioclimatic zones (ZB): Florianópolis (ZB3), Brasília (ZB4) and Macapa (ZB8). The EnergyPlus program inserted in the grasshopper through the Honeybee plugin is adopted and energy consumption for ideal thermal conditioning and a percentage of hours in indoor air quality are established as evaluation criteria. This criterion was subdivided into two: COVID Calculator and CO2 concentration in ppm. The simulations will be evaluated in three cases: the first will be the base case, the second will include the insertion of a constant ventilation rate based on guidelines aimed at controlling the COVD-19 pandemic (10 L/s for each person); and the third case, in addition to the insertion of a constant ventilation rate, there is a control of this ventilation by occupancy demand (DCV). All these three cases will be simulated in the condition without natural ventilation, air-conditioned 100% of the occupied time and in the one with natural ventilation at times when it is possible to achieve thermal comfort through passive conditioning, when this is not enough, the ideal loads will be adopted for air conditioning. The results indicate that Macapá had its best result when inserting constant rates of air in the environment without DCV, while Brasília and Florianópolis obtained the best result with DCV. It is possible to indicate that the average rate of 9 air changes per hour, this change being constant, is sufficient to meet the IAQ criteria analyzed in the FNDE schools, in the standards presented. Schools that adopt air conditioning 100% of the time without a device that can insert constant rates of air equal to 10L/s for each person present in the environment or that use natural ventilation without the use of insufflators are susceptible to not maintaining acceptable levels of IAQ . Scenarios with the mixed mode demonstrated a positive response when used with the insertion of constant rates of external air in the environment to maintain acceptable levels of IAQ and to reduce the ideal load for thermal conditioning.