Avaliação da qualidade do ar interior e estudos CFD em espaços do ISEP

Mestrado em Engenharia Química. Ramo Tecnologias de Protecção Ambiental.O presente trabalho de avaliação da qualidade do ar interior e estudos CFD em espaços do ISEP teve como principais objectivos: _ A aquisição de conhecimentos mais sólidos acerca das metodologias de avaliação da qualidade do ar interior tendo com referência a legislação nacional em vigor; _ Contacto com instalações de climatização, uma vez que são decisivas na garantia da qualidade do ar interior; _ Aprendizagem e aplicação de estudos CFD a espaços interiores com o intuito de estudar soluções de melhoria alternativas às existentes; Este estudo foi levado a cabo, em edifícios do ISEP, mais concretamente, no edifício E (avaliação da qualidade do ar interior) e no Auditório Magno (estudo CFD). A avaliação da qualidade do ar interior passou por várias fases: recolha de informação no terreno acerca do edifício em estudo (tipo de edifício, utilização, projecto de arquitectura e sistema de climatização), definição das zonas de medição e dos pontos de amostragem, medições dos parâmetros da qualidade do ar interior (partículas suspensas no ar, dióxido de carbono, monóxido de carbono, ozono, formaldeído, compostos orgânicos voláteis, radão, bactérias, fungos e legionella) nos pontos distribuídos pelo edifício e também no ar exterior. A temperatura, humidade e velocidade do ar na área ocupada também foram alvo de medição por serem parâmetros que contribuem para o conforto dos ocupantes. Como a concentração de poluentes no interior de um espaço depende bastante da renovação do ar que é feita nesse espaço, foi feita uma medição dos caudais de ar novo. A instalação de climatização (equipamento de tratamento de ar e unidades terminais) também foi alvo de uma visita de verificação, pela sua importância na garantia da qualidade do ar interior. À rede de condutas não foi possível fazer qualquer observação pelo facto de não ter acessos. As medições de partículas (PM10), monóxido de carbono, formaldeído e radão mostram que não há concentrações excessivas de nenhum destes parâmetros. As medições de COV’s e de microrganismos (fungos e bactérias) não são conclusivas, devido à má qualidade do ar exterior nos dias em que foi feita a medição. As medições efectuadas de CO2 permitem concluir que existe a necessidade de melhorar a renovação do ar interior pelo menos em alguns espaços do edifício. A pesquisa de Legionella teve resultado negativo. Os caudais de ar novo que foi possível medir permitiram concluir que, em alguns casos, os valores mínimos impostos pelo RSECE não se observam, não pondo em causa, contudo, nesses casos a qualidade do ar interior. A verificação do estado da instalação AVAC permitiu concluir que será importante melhorar o estado de limpeza e de manutenção da mesma. Os estudos CFD tiveram início com a exploração do programa informático OpenFOAM e sua aplicação a alguns casos genéricos simples. Depois foi feito um levantamento aproximado da geometria do espaço real utilizado para este estudo (auditório magno) e a aplicação do estudo a este espaço. Foram feitas três simulações: a primeira, reproduzindo as condições actuais de entrada e saída de ar – insuflação pelo tecto e extracção na testa do palco; a segunda (alternativa 1), com a insuflação de ar nalguns degraus da bancada e extracção na testa do palco; e a terceira (alternativa 2), com insuflação de ar nalguns degraus da bancada e extracção pelo tecto. Os resultados da 1ª simulação demonstraram haver bastante semelhança da evolução da temperatura com os resultados das medições efectuadas localmente com uma sonda. Os resultados da 2ª e 3ª simulação demonstraram ser melhores soluções para renovação do ar dentro do espaço e, consequentemente, melhorar a qualidade do ar interior. Os estudos CFD referidos foram apenas os primeiros para o objectivo proposto e seriam necessárias mais simulações para tirar todas as dúvidas, devido à geometria complexa do auditório e outros parâmetros que não foram tidos em conta no estudo. De referir que estas simulações são muito demoradas (6 dias) e como tal, não foi possível fazer muitas repetições. Fica em aberto a possibilidade de prosseguir com um estudo do género no futuro.This work had as main objectives: i) the acquisition of more solid knowledge about the methodologies for assessing indoor air quality with reference to national legislation, ii) the contact with air-conditioning (HVAC) systems, since they are decisive in ensuring the quality of indoor air and iii) learning about and implementing CFD studies to indoor spaces in order to explore solutions for improving the existing alternatives. This study was carried out in two ISEP buildings, specifically in building E (evaluation of indoor air quality) and in the Magno auditorium (CFD study). The evaluation of indoor air quality has gone through several stages: gathering information about the building (type of building, use, architectural design and climatization systems), defining the areas for measurements and sampling points, measuring the indoor air quality parameters (suspended particles PM10, carbon dioxide, carbon monoxide, ozone, formaldehyde, volatile organic compounds, radon, bacteria, fungi and legionella ) at points distributed throughout the building and also in outdoor air. The temperature, humidity and the speed of the air in the occupied area were also targeted because they are measuring parameters that contribute to occupant comfort. As the concentration of pollutants within a space depends on a lot of fresh air that is made in this space, measurements of the flow of fresh air were performed. The HVAC installation (air treatment units and end equipments) was also subject to a verification visit, for its importance in ensuring quality indoor air. The pipeline network does not have access points and so no comments are possible about it. Measurements of particles (PM10), carbon monoxide, formaldehyde and radon show no excessive concentrations of none of these parameters. Measurements of COV´s and microorganisms (fungi and bacteria) are not conclusive due to poor outdoor air quality when the measurement was made. Measurement made of CO2 concluded that there is a need to improve the interior renewal of the air or at least in some areas of the building. Search of Legionella was negative. The flow of fresh air that was possible to measure showed that, in some cases, the minimum values imposed by RSECE, are not observed. However, in these cases the quality of indoor air showed acceptable results. Checking the status of the HVAC installation showed that it is important to improve its cleaning and maintenance. The CFD studies began with the OpenFOAM software exploration and its application to some simple generic cases. Afterwards an approximate geometry of actual space used for this study (Magno auditorium) was created and the study applied to this volume. Three simulations were made: the first, reproducing the actual conditions of entry and exit of air, blowing through the ceiling and extraction at the forehead stage; the second simulation considers the air blowing through some steps of the bench and air extraction at the forehead of the stage; the third simulation considers the air blowing through some steps of the bench and air extraction by the ceiling. The result of the first simulation showed that there is some similarity between the temperature behavior and the results of the measurements made locally with a probe. The results of the 2nd and 3rd simulations showed that the conditions considered in these two alternatives are much probably better for renewing the air inside the space and, consequently, improve comfort and indoor air quality. The CFD studies were the first done in this particular space and more simulations were required to allow more specific conclusions. In next studies, some aspects should be improved, namely in the complex geometry of the auditorium and other parameters (which were not considered in this stage of work) should be taken into account. It must be referred that the simulations took a quite long time (six days) to be completed and as such, not many replicates could be performed in the available time. The possibility of going on with this study in the future is left open and it is the author’s believing that it will lead to very interesting conclusions