Ventilação natural para o conforto térmico e renovação do ar em ambientes de internação hospitalar

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Arquitetura e Urbanismo, Florianópolis, 2016.Hospitais apresentam-se como grandes consumidores de energia, principalmente pelo sistema de ar condicionado. No entanto, estratégias passivas de condicionamento térmico se apresentam como possibilidade de aplicação em ambientes hospitalares onde não há obrigatoriedade na instalação de ar condicionado, como é o caso do setor de internação. O objetivo deste trabalho é avaliar o desempenho da ventilação natural no conforto térmico e na renovação do ar em ambientes de internação hospitalar. O método utilizado compreende o estudo do comportamento da ventilação natural por meio de simulações CFD com o programa Phoenics. As tipologias simuladas possuem área construída de 26m² e área de janela equivalente à 1/6 da área total do ambiente com abertura de 50%, representando quartos de internação semi-privativos ocupados por dois pacientes e dois acompanhantes. Foram simulados quartos com diferentes estratégias de ventilação, sendo eles: quarto com ventilação unilateral simples, quartos com ventilação unilateral dupla (duas aberturas na mesma fachada) e quarto com ventilação cruzada. Para estes casos foram analisados o comportamento da ventilação natural, conforto térmico e renovação do ar em condições típicas de verão e meia estação em Florianópolis (SC). Com isso, identificou-se em um mesmo quarto de internação significativas variações nos valores de temperaturas operativas, velocidades do ar e fluxo de ar, observando diferenças importantes nas condições térmicas dos usuários de um mesmo ambiente. Os resultados revelam uma maior eficiência do vento norte (ângulo de incidência de 90°) em relação ao vento nordeste (ângulo de incidência 45°). Em situações de baixa disponibilidade de ventos (até 1,0m/s), o uso exclusivo da ventilação natural é insuficiente para garantir o conforto térmico em um dia típico de verão. Observou-se que, com o aumento da disponibilidade de ventos, os quartos que adotam as estratégias da ventilação unilateral dupla e ventilação cruzada parecem resultar em condições térmicas satisfatórias. A ventilação unilateral simples apresenta desempenho favorável apenas na meia estação, onde a temperatura do ar é considerada aceitável e não requer elevadas velocidades do ar. No âmbito da renovação do ar, o comparativo com as taxas recomendadas pelas normativas existentes, demonstraram que os quartos atendem a maioria das normativas. No entanto, o nível alto recomendado pela RE n°09 (ANVISA, 2003) dificulta seu atendimento em condições de ventos abaixo de 3,0 m/s. Os resultados desta pesquisa apontam um melhor desempenho das estratégias de ventilação unilateral dupla e ventilação cruzada em comparação à ventilação unilateral simples, amplamente utilizada em quartos de internação. Frente a dificuldade de adotar a ventilação cruzada em ambientes hospitalares, a ventilação unilateral dupla parece ser uma alternativa eficiente para o conforto térmico e renovação do ar em quartos de internação.Abstract : Hospitals are large energy consumers especially by the HVAC system. However, passive strategies to achieve thermal comfort are possible to be applied in the areas where the HVAC system is not mandatory. The objective of this study is to evaluate the performance of natural ventilation in the thermal comfort and air renewal in patient rooms. The method comprises the study of the natural ventilation behavior through CFD simulations with Phoenics software. Typologies simulated have a floor area of 26m² and window area of 1/6 of the floor area (50% opening factor), that represents a semi-private patient rooms occupied by two patients and two visitors. Different ventilation strategies were simulated, which are: single-sided ventilation, double single-sided ventilation (with two openings in the same facade) and cross ventilation. For these cases were analyzed the behavior of natural ventilation, thermal comfort and air renewal in typical conditions of summer and mid-season in Florianópolis (Brazil). Thus, it was identified in the same patient room significant variations in the values of operative temperature, air speed and airflow rate, which makes appear important differences in the thermal conditions of the users of the same room. The results show a higher efficiency by north wind (angle of incidence 90°) in relation to northeast wind (angle of incidence 45°). In situations of low availability of winds (up to 1.0 m/s), the exclusive use of natural ventilation is insufficient to ensure thermal comfort on a typical summer day. It was observed that, when the wind availability was increased, the patient rooms that adopted the double single-sided ventilation and the cross ventilation appear to result in satisfactory thermal condition. The room that adopted simple single-sided ventilation presents favorable performance only in mid-station, where the air temperature is already acceptable and does not require high air speeds. In scope of air renewal, the patient rooms meet the airflow rates established by most of the standards. However, the high level recommended by RE n° 09 (ANVISA, 2003) makes difficult to be achieved when wind velocity is below than 3.0 m/s. The results of this research indicate a better performance of double single-sided ventilation and cross ventilation strategies compared to simple single-sided ventilation, widely used in patient rooms. Faced with the difficulty of adopting a cross-ventilation in hospital environments, the double single-sided ventilation seems to be an efficient alternative for thermal comfort and air renewal in patient rooms