Análise e simulação da qualidade do ar interior numa sala de cinema usando CFD

Abstract

Atualmente existe uma necessidade cada vez maior de avaliar a qualidade do ar interior (QAI), uma vez que as pessoas passam grande parte do seu tempo dentro dos edifícios. A QAI é influenciada por fatores como a temperatura, humidade relativa, velocidade do ar e a existência de poluentes, odores e poeiras. Desta forma, um bom sistema de extração de ar é essencial para obter-se uma boa QAI, garantindo assim requisitos mínimos de saúde e de conforto. A presente dissertação tem como objetivo analisar a QAI de uma sala de cinema, assim como avaliar o conforto térmico de um utilizador no espaço em questão. Desta forma, foi realizado um levantamento de informação a fim de permitir a caracterização do sistema de ventilação do complexo e de um conjunto de variáveis que podem afetar o conforto do ocupante. A recolha de informação incluiu a medição experimental das variáveis relacionadas com o ambiente térmico e o cálculo de índices de conforto térmico. O espaço foi modelado utilizando o software Ansys Fluent, ferramenta CFD – Computational Fluid Dynamics. Este estudo contempla três simulações, sendo que numa primeira instância realizou-se a simulação sem a presença de pessoas na sala e foi feita a validação dos resultados experimentais. A segunda simulação visa estudar a influência das pessoas nos resultados obtidos, assim considerou-se a temperatura e a humidade da superfície da pele dos ocupantes. Numa terceira fase, uma vez que o fluido foi considerado ar, sendo este uma mistura de espécies, foi então considerada a adição de CO2 libertada na expiração dos ocupantes. Assim, a insuflação de ar húmido esteve presente nas três simulações e destas resultaram os contornos dos campos de velocidade, temperatura, humidade relativa, frações mássicas de H2O e de CO2 e do índice de conforto térmico, PMV – Predited Mean Vote. Considerando os resultados obtidos, é possível concluir que o PMV apresenta um valor mais elevado na presença de pessoas, uma vez que o valor de temperatura definido em cada lugar ocupado é 33 ºC. Concluiu-se ainda que o ar insuflado facilita a dispersão de CO2. Por fim verificou-se que o caudal à entrada se encontra dentro dos parâmetros requisitados pela legislação portuguesa de caudais mínimos de ar novo.

Currently there is an increasing need to assess indoor air quality (IAQ), as people spend much of their time inside buildings. IAQ is influenced by factors such as temperature, relative humidity, air velocity and the existence of pollutants, odours and dust. This way, a good IAQ is essential for the extraction of pollutants, microorganisms, among others, thus ensuring minimum health and comfort requirements. The present dissertation aims to analyse the IAQ of a movie theatre, as well as to evaluate the thermal comfort of a user in the space in question. Thus, a survey of information was conducted in order to allow the characterisation of the ventilation system of the complex and of a set of variables that may affect the occupant's comfort. The information collected included the experimental measurement of variables related to the thermal environment and the calculation of thermal comfort indices. Subsequently, the space was modelled using Ansys Fluent software, a CFD - Computational Fluid Dynamics. This study includes three simulations, being that the insufflation of humid air is present in all three. Firstly, the simulation was carried out without the presence of people in the room and the validation of the experimental results was performed. The second simulation was performed in order to study the influence of people on the results obtained, so the temperature and the humidity of the occupants’ skin surface were considered. Since the fluid was considered to be air, which is a mixture of species, the third simulation took into account the CO2 released during the exhalation of the occupants. From these simulations resulted the contours of the velocity fields, temperature, relative humidity, mass fractions of H2O and CO2 and the thermal comfort index, PMV - Predited Mean Vote. Considering the results obtained, it is possible to conclude that the PMV presents a higher value in the presence of people, since the temperature value defined in each occupied place is 33 ºC. It was also concluded that the insufflated air facilitates the CO2 dispersion. Finally, it was verified that the flow rate at the inlet is within the parameters required by the portuguese legislation for minimum flow rates of new air.