Characterization of natural ventilation in the São Cristóvão church in Lisbon - numerical modeling

Visitors have a relevant impact on indoor climate of buildings housing works of art, the link between the number of visitors, the indoor air quality, and the safeguarding of art pieces that are exposed without protective equipment is an important factor in the overall study of the indoor climate of historical buildings without mechanical ventilation or the possibility of its implementation. Regarding this concern and, simultaneously, the lack of studies on natural ventilation in historic buildings, this dissertation intends to analyse the performance of natural ventilation of São Cristóvão Church in Lisbon. For the preparation of this study, an analysis of the natural ventilation of this church was carried out by creating a model in the CONTAM software and the indoor air quality was analyzed by applying different international standards and guidelines for carbon dioxide levels and airflow rates. Estimating the current ventilation strategy, an average ACH of 0.75 (about 1100m3/h) was detected during the time the church is open, and during the time the doors were closed, a ACH value of 0.15 was recorded. In a year-long analysis, an average ACH of 0.30 was obtained. These indoor air replacement values guarantee an EN-15251 category I air quality for 72% of the year, and a category II air quality of 18%. Given the advanced state of degradation of some spans and the fact that masses, an occasional situation in which there is a high number of occupants, are always held just before the church closes, guarantees that the levels of carbon dioxide never exceed the limit of 350ppm above the outside values, imposed by EN-13779, registering a maximum of 291ppm. Different ventilation strategies were analyzed; three scenarios exploring different cross-ventilation tactics; a scenario that assumes the church is closed all year round; and a scenario which, estimating an increase in the number of users, gives a notion of human pollutants variations and possible consequences.Os visitantes têm um impacto relevante no clima interior de edifícios que albergam obras de arte, a ligação entre o número de visitantes, a qualidade do ar interior, e a salvaguarda das peças de arte que são expostas sem equipamento de proteção é um fator importante no estudo geral do clima interior que se apresenta em edifícios históricos sem ventilação mecânica ou a possibilidade da sua implementação. Face a esta preocupação e, dada a escassez de estudos sobre ventilação natural em edifícios antigos de caracter histórico, esta dissertação pretende analisar o desempenho da ventilação natural na Igreja de São Cristóvão em Lisboa. Para a elaboração deste estudo, procedeu-se à análise do comportamento desta igreja no que respeita à ventilação, criando um modelo no software CONTAM analisando a qualidade do ar interior. Com base nos resultados obtidos das taxas de renovação de ar, concentração de dióxido de carbono e caudais, realizou-se uma análise crítica aplicando diferentes normas e diretrizes internacionais. Estima-se a estratégia de ventilação actual, obtendo-se um valor médio de 0.75 rph (cerca de 1100m3/h) durante o período em que a igreja está aberta, e 0.15 rph durante o tempo em que as portas se encontram fechadas. Numa análise com a duração de um ano, 0.30 rph é o valor médio. Estes valores de substituição do ar interior garantem uma qualidade do ar pertencente à categoria I da EN-15251 em 72% do ano e uma qualidade do ar pertencente à categoria II de 18%. Dado o avançado estado de degradação de alguns vãos e do facto das missas, situação pontual em que existe um número elevado de ocupantes, serem sempre realizadas imediatamente antes da igreja fechar, garante que os níveis de dióxido de carbono nunca ultrapassam o limite de 350ppm acima dos valores exteriores de CO2, imposto pela EN-13779, registando um máximo de 291ppm. Foram ainda analisados diferentes cenários que exploram distintas estratégias de ventilação; um cenário cuja premissa é a igreja se encontrar encerrada todo o ano; e um cenário que, estimando um aumento no número de utilizadores, permita estabelecer a variação dos níveis de poluentes humanos e possíveis consequências