Uma das principais funções de um edifício no qual são realizadas atividades não industriais (escritórios, escolas, residências, etc.) é proporcionar aos ocupantes um ambiente saudável e confortável para trabalhar. A qualidade deste ambiente depende, em grande parte, se os sistemas de ventilação e climatização do edifício são adequadamente projetados e mantidos e funcionam adequadamente.

Esses sistemas devem, portanto, fornecer condições térmicas aceitáveis ​​(temperatura e umidade) e uma qualidade aceitável do ar interno. Ou seja, devem buscar uma mistura adequada do ar externo com o interno e devem empregar sistemas de filtragem e limpeza capazes de eliminar os poluentes encontrados no ambiente interno.

A ideia de que o ar exterior limpo é necessário para o bem-estar nos espaços interiores é expressa desde o século XVIII. Benjamin Franklin reconheceu que o ar em uma sala é mais saudável se for fornecido com ventilação natural, abrindo as janelas. A ideia de que fornecer grandes quantidades de ar externo poderia ajudar a reduzir o risco de contágio de doenças como a tuberculose ganhou força no século XIX.

Estudos realizados na década de 1930 mostraram que, para diluir os eflúvios biológicos humanos a concentrações que não causassem desconforto devido a odores, o volume de ar externo novo necessário para uma sala está entre 17 e 30 metros cúbicos por hora por ocupante.

No padrão nº 62 estabelecido em 1973, a Sociedade Americana de Engenheiros de Aquecimento, Refrigeração e Ar Condicionado (ASHRAE) recomenda um fluxo mínimo de 34 metros cúbicos de ar externo por hora por ocupante para controlar os odores. Um mínimo absoluto de 8.5 m³/hr/ocupante é recomendado para evitar que o dióxido de carbono ultrapasse 2,500 ppm, que é metade do limite de exposição definido para ambientes industriais.

Esta mesma entidade, na norma nº 90, instituída em 1975 - em meio a uma crise energética - adotou o referido mínimo absoluto deixando de lado, temporariamente, a necessidade de maiores fluxos de ventilação para diluição de poluentes como fumaça de tabaco, eflúvios biológicos e assim por diante. para frente.

Em seu padrão nº 62 (1981), a ASHRAE corrigiu essa omissão e estabeleceu sua recomendação como 34 m³/h/ocupante para áreas onde é permitido fumar e 8.5 m³/hr/ocupante em áreas onde é proibido fumar.

A última norma publicada pela ASHRAE, também nº 62 (1989), estabeleceu um mínimo de 25.5 m³/hr/ocupante para espaços internos ocupados independentemente de fumar ser permitido ou não. Também recomenda aumentar este valor quando o ar introduzido no edifício não for misturado adequadamente na zona de respiração ou se houver fontes incomuns de poluição presentes no edifício.

Em 1992, a Comissão das Comunidades Européias publicou seu Diretrizes para Requisitos de Ventilação em Edifícios. Em contraste com as recomendações existentes para os padrões de ventilação, este guia não especifica os volumes de fluxo de ventilação que devem ser fornecidos para um determinado espaço; em vez disso, fornece recomendações que são calculadas em função da qualidade desejada do ar interior.

Os padrões de ventilação existentes prescrevem volumes definidos de fluxo de ventilação que devem ser fornecidos por ocupante. As tendências evidenciadas nas novas diretrizes mostram que os cálculos de volume por si só não garantem uma boa qualidade do ar interno para todos os ambientes. Este é o caso por três razões fundamentais.

Primeiro, eles assumem que os ocupantes são as únicas fontes de contaminação. Estudos recentes mostram que outras fontes de poluição, além dos ocupantes, devem ser levadas em consideração como possíveis fontes de poluição. Exemplos incluem móveis, estofados e o próprio sistema de ventilação. A segunda razão é que esses padrões recomendam a mesma quantidade de ar externo, independentemente da qualidade do ar que está sendo conduzido para dentro do edifício. E a terceira razão é que eles não definem claramente a qualidade do ar interno necessária para o espaço fornecido. Assim, propõe-se que as futuras normas de ventilação se baseiem em três premissas: a seleção de uma categoria definida de qualidade do ar para o espaço a ventilar, a carga total de poluentes no espaço ocupado e a qualidade do ar exterior disponível .

A qualidade percebida do ar

A qualidade do ar interno pode ser definida como o grau em que as demandas e exigências do ser humano são atendidas. Basicamente, os ocupantes de um espaço exigem duas coisas do ar que respiram: perceber o ar que respiram como fresco e não sujo, rançoso ou irritante; e saber que os efeitos adversos à saúde que podem resultar da respiração desse ar são insignificantes.

É comum pensar que o grau de qualidade do ar de um espaço depende mais dos componentes desse ar do que do impacto desse ar nos ocupantes. Pode assim parecer fácil avaliar a qualidade do ar, assumindo que conhecendo a sua composição se pode averiguar a sua qualidade. Este método de avaliação da qualidade do ar funciona bem em ambientes industriais, onde encontramos compostos químicos que estão envolvidos ou derivados do processo de produção e onde existem dispositivos de medição e critérios de referência para avaliar as concentrações. Este método, no entanto, não funciona em ambientes não industriais. Ambientes não industriais são locais onde milhares de substâncias químicas podem ser encontradas, mas em concentrações muito baixas, às vezes mil vezes menores do que os limites de exposição recomendados; avaliar essas substâncias uma a uma resultaria em uma falsa avaliação da qualidade desse ar, e o ar provavelmente seria considerado de alta qualidade. Mas há um aspecto que falta considerar, que é o desconhecimento que existe sobre o efeito combinado dessas milhares de substâncias no ser humano, e pode ser essa a razão pela qual esse ar é percebido como sujo, rançoso ou irritante.

A conclusão a que se chegou é que os métodos tradicionais utilizados para a higiene industrial não são adequados para definir o grau de qualidade que será percebido pelos seres humanos que respiram o ar avaliado. A alternativa à análise química é usar pessoas como instrumentos de medição para quantificar a poluição do ar, empregando painéis de juízes para fazer as avaliações.

Os seres humanos percebem a qualidade do ar por dois sentidos: o sentido olfativo, situado na cavidade nasal e sensível a centenas de milhares de substâncias odoríferas, e o sentido químico, situado nas membranas mucosas do nariz e dos olhos, e sensível a uma número similar de substâncias irritantes presentes no ar. É a resposta combinada desses dois sentidos que determina como o ar é percebido e que permite ao sujeito julgar se sua qualidade é aceitável.

a velha unidade

completa olf (do latim = olfato) é a taxa de emissão de poluentes atmosféricos (bioefluentes) de uma pessoa padrão. Uma pessoa padrão é um adulto médio que trabalha em um escritório ou em um local de trabalho similar não industrial, sedentário e em conforto térmico com um equipamento padrão higiênico de 0.7 banhos/dia. A poluição de um ser humano foi escolhida para definir o termo olf por dois motivos: o primeiro é que os eflúvios biológicos emitidos por uma pessoa são bem conhecidos, e o segundo é que havia muitos dados sobre a insatisfação causada por tais eflúvios biológicos.

Qualquer outra fonte de contaminação pode ser expressa como o número de pessoas padrão (olfs) necessárias para causar a mesma quantidade de insatisfação que a fonte de contaminação que está sendo avaliada.

A Figura 1 mostra uma curva que define um olf. Essa curva mostra como a contaminação produzida por uma pessoa padrão (1 olf) é percebida em diferentes taxas de ventilação e permite calcular a taxa de indivíduos insatisfeitos, ou seja, aqueles que perceberão a qualidade do ar como inaceitável logo após eles entraram na sala. A curva é baseada em diferentes estudos europeus em que 168 pessoas julgaram a qualidade do ar poluída por mais de mil pessoas, entre homens e mulheres, considerada padrão. Estudos semelhantes realizados na América do Norte e no Japão mostram alto grau de correlação com os dados europeus.

Figura 1. Curva de definição de Olf

A unidade decipol

A concentração de poluição no ar depende da fonte de contaminação e sua diluição como resultado da ventilação. A poluição atmosférica percebida é definida como a concentração de eflúvios biológicos humanos que causaria o mesmo desconforto ou insatisfação que a concentração de ar poluído que está sendo avaliada. XNUMX decipol (do latim pollutio) é a contaminação causada por uma pessoa padrão (1 olf) quando a taxa de ventilação é de 10 litros por segundo de ar não contaminado, de modo que podemos escrever

1 decipol = 0.1 olf/(litro/segundo)

A Figura 2, derivada dos mesmos dados da figura anterior, mostra a relação entre a qualidade percebida do ar, expressa em porcentagem de indivíduos insatisfeitos e em decipols.

Figura 2. Relação entre a qualidade percebida do ar expressa em porcentagem de indivíduos insatisfeitos e em decipols

Para determinar a taxa de ventilação necessária do ponto de vista do conforto, é essencial selecionar o grau de qualidade do ar desejado no determinado espaço. Três categorias ou níveis de qualidade são propostos na Tabela 1, derivados das Figuras 1 e 2. Cada nível corresponde a uma determinada porcentagem de pessoas insatisfeitas. A escolha de um ou outro nível dependerá, sobretudo, da utilização do espaço e de considerações económicas.

Tabela 1. Níveis de qualidade do ar interior

¹ Supondo que o ar externo esteja limpo e a eficiência do sistema de ventilação seja igual a um.

Fonte: CEC 1992. See More

Como referido acima, os dados são o resultado de experiências realizadas com painéis de juízes, mas é importante ter presente que algumas das substâncias encontradas no ar que podem ser perigosas (compostos cancerígenos, microrganismos e substâncias radioactivas, por exemplo exemplo) não são reconhecidos pelos sentidos, e que os efeitos sensoriais de outros contaminantes não têm relação quantitativa com sua toxicidade.

Fontes de Contaminação

Como foi indicado anteriormente, uma das deficiências dos padrões de ventilação atuais é que eles levam em conta apenas os ocupantes como fontes de contaminação, enquanto se reconhece que os padrões futuros devem levar em consideração todas as possíveis fontes de poluição. Além dos ocupantes e suas atividades, incluindo a possibilidade de fumar, existem outras fontes de poluição que contribuem significativamente para a poluição do ar. Exemplos incluem móveis, estofados e carpetes, materiais de construção, produtos usados ​​para decoração, produtos de limpeza e o próprio sistema de ventilação.

O que determina a carga de poluição do ar em um determinado espaço é a combinação de todas essas fontes de contaminação. Esta carga pode ser expressa como contaminação química ou como contaminação sensorial expressa em olfs. Este último integra o efeito de várias substâncias químicas tal como são percebidas pelos seres humanos.

A carga química

A contaminação que emana de um determinado material pode ser expressa como a taxa de emissão de cada substância química. A carga total de poluição química é calculada somando todas as fontes e é expressa em microgramas por segundo (μg/s).

Na realidade, pode ser difícil calcular a carga de poluição porque muitas vezes há poucos dados disponíveis sobre as taxas de emissão de muitos materiais comumente usados.

Carga sensorial

A carga de poluição percebida pelos sentidos é causada por essas fontes de contaminação que têm impacto na qualidade percebida do ar. O valor dado dessa carga sensorial pode ser calculado somando todos os olfs das diferentes fontes de contaminação existentes em um determinado espaço. Como no caso anterior, ainda não há muita informação disponível sobre os olfs por metro quadrado (olfs/m²) de muitos materiais. Por isso, torna-se mais prático estimar a carga sensorial de todo o edifício, incluindo os ocupantes, o mobiliário e o sistema de ventilação.

A Tabela 2 mostra a carga poluente em olfos pelos ocupantes do edifício ao realizarem diferentes tipos de atividades, como proporção dos que fumam e não fumam, e a produção de vários compostos como dióxido de carbono (CO₂), monóxido de carbono (CO) e vapor de água. A Tabela 3 mostra alguns exemplos das taxas de ocupação típicas em diferentes tipos de espaços. E por último tcapaz 4 reflete os resultados da carga sensorial – medida em olfs por metro quadrado – encontrada em diferentes edifícios.

Tabela 2. Contaminação devido aos ocupantes de um edifício

¹ 1 met é a taxa metabólica de uma pessoa sedentária em repouso (1 met = 58 W/m² da superfície da pele).
² Consumo médio de 1.2 cigarros/hora por fumante. Taxa média de emissão, 44 ​​ml de CO por cigarro.
³ Da fumaça do tabaco.
⁴ Aplicável a pessoas próximas à neutralidade térmica.

Fonte: CEC 1992. See More

Tabela 3. Exemplos do grau de ocupação dos diferentes edifícios

Fonte: CEC 1992. See More

Tabela 4. Contaminação devido ao edifício

¹ Dados obtidos em 24 consultórios ventilados mecanicamente.
² Dados obtidos em 6 escolas ventiladas mecanicamente.
³ Dados obtidos em 9 creches com ventilação mecânica.
⁴ Dados obtidos em 5 salas ventiladas mecanicamente.
⁵ Meta que deve ser alcançada pelas novas construções.

Fonte: CEC 1992. See More

Qualidade do Ar Externo

Outra premissa, que completa os insumos necessários para a criação de padrões de ventilação para o futuro, é a qualidade do ar externo disponível. Os valores de exposição recomendados para determinadas substâncias, tanto dentro como fora dos espaços, constam da publicação Diretrizes de qualidade do ar para a Europa pela OMS (1987).

A Tabela 5 mostra os níveis de percepção da qualidade do ar externo, bem como as concentrações de vários poluentes químicos típicos encontrados ao ar livre.

Tabela 5. Níveis de qualidade do ar externo

¹ Os valores da qualidade do ar percebida são valores médios diários.
² Os valores dos poluentes correspondem às concentrações médias anuais.

Fonte: CEC 1992. See More

Deve-se ter em mente que em muitos casos a qualidade do ar externo pode ser pior do que os níveis indicados na tabela ou nas diretrizes da OMS. Nesses casos, o ar precisa ser limpo antes de ser transportado para os espaços ocupados.

Eficiência dos Sistemas de Ventilação

Outro fator importante que afetará o cálculo dos requisitos de ventilação para um determinado espaço é a eficiência da ventilação (E_v), que é definida como a relação entre a concentração de poluentes no ar extraído (C_e) e a concentração na zona de respiração (C_b).

E_v = C_e/C_b

A eficiência da ventilação depende da distribuição do ar e da localização das fontes de poluição no espaço determinado. Se o ar e os contaminantes forem misturados completamente, a eficiência da ventilação é igual a um; se a qualidade do ar na zona de respiração for melhor que a do ar extraído, então a eficiência é maior que um e a qualidade de ar desejada pode ser alcançada com taxas de ventilação mais baixas. Por outro lado, maiores taxas de ventilação serão necessárias se a eficiência da ventilação for menor que um, ou, em outras palavras, se a qualidade do ar na zona de respiração for inferior à qualidade do ar extraído.

Ao calcular a eficiência da ventilação, é útil dividir os espaços em duas zonas, uma na qual o ar é fornecido e a outra compreendendo o resto da sala. Para sistemas de ventilação que funcionam pelo princípio de mistura, a zona onde o ar é fornecido é geralmente encontrada acima da zona de respiração, e as melhores condições são alcançadas quando a mistura é tão completa que ambas as zonas se tornam uma só. Para sistemas de ventilação que funcionam pelo princípio de deslocamento, o ar é fornecido na zona ocupada por pessoas e a zona de extracção encontra-se geralmente acima da cabeça; aqui as melhores condições são alcançadas quando a mistura entre ambas as zonas é mínima.

A eficiência da ventilação, portanto, é função da localização e características dos elementos que fornecem e extraem ar e da localização e características das fontes de contaminação. Além disso, também é função da temperatura e dos volumes de ar fornecidos. É possível calcular a eficiência de um sistema de ventilação por simulação numérica ou por medições. Quando os dados não estão disponíveis, os valores da figura 3 podem ser usados ​​para diferentes sistemas de ventilação. Esses valores de referência levam em consideração o impacto da distribuição do ar, mas não a localização das fontes de poluição, assumindo que elas estão distribuídas uniformemente por todo o espaço ventilado.

Figura 3. Eficácia da ventilação na zona respiratória de acordo com os diferentes princípios ventilatórios

Cálculo dos Requisitos de Ventilação

A Figura 4 mostra as equações usadas para calcular as necessidades de ventilação do ponto de vista do conforto e também da proteção à saúde.

Figura 4. Equações para cálculo dos requisitos de ventilação

Requisitos de ventilação para conforto

O primeiro passo no cálculo dos requisitos de conforto é decidir o nível de qualidade do ar interior que se pretende obter para o espaço ventilado (ver Tabela 1), e estimar a qualidade do ar exterior disponível (ver Tabela 5).

O próximo passo consiste em estimar a carga sensorial, usando as Tabelas 8, 9 e 10 para selecionar as cargas de acordo com os ocupantes e suas atividades, o tipo de edificação e o nível de ocupação por metro quadrado de superfície. O valor total é obtido somando todos os dados.

Dependendo do princípio de funcionamento do sistema de ventilação e utilizando a Figura 9, é possível estimar a eficiência da ventilação. A aplicação da equação (1) na Figura 9 produzirá um valor para a quantidade necessária de ventilação.

Requisitos de ventilação para proteção da saúde

Um procedimento semelhante ao descrito acima, mas usando a equação (2) da Figura 3, fornecerá um valor para o fluxo de ventilação necessário para evitar problemas de saúde. Para calcular este valor é necessário identificar uma substância ou grupo de substâncias químicas críticas que se pretende controlar e estimar suas concentrações no ar; é também necessário permitir diferentes critérios de avaliação, tendo em conta os efeitos do contaminante e a sensibilidade dos ocupantes que se pretende proteger – crianças ou idosos, por exemplo.

Infelizmente, ainda é difícil estimar os requisitos de ventilação para proteção da saúde devido à falta de informações sobre algumas das variáveis ​​que entram nos cálculos, como as taxas de emissão dos contaminantes (G), os critérios de avaliação de espaços interiores (C_v) e outros.

Estudos realizados na área mostram que os espaços onde a ventilação é necessária para alcançar condições confortáveis, a concentração de substâncias químicas é baixa. No entanto, esses espaços podem conter fontes de poluição perigosas. A melhor política nestes casos é eliminar, substituir ou controlar as fontes de poluição ao invés de diluir os contaminantes por ventilação geral.

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