A Renovação do Ar em um Projeto de Climatização: Critérios de Definição e Soluções

João Pimenta
Eng. Mec., Dr. Sci. App.
Professor, UnB/FT, ENM, LaAR
A Renovação do Ar em um Projeto de
Climatização: Critérios de Definição e
Soluções
Universidade de Brasília
Faculdade de Tecnologia  Dep. de Engenharia Mecânica
18 ANOS DA PORTARIA 3.523/98/MS E O
FUTURO DA QUALIDADE DO AR INTERNO

Este material foi desenvolvido pelo Prof. João
Pimenta, para apresentação no evento promovido
pela ABRAVA (aulas na disciplina obrigatória de
graduação em engenharia mecânica Instalações
Termomecânicas I (Ar condicionado).
Para fazer referência a este material, por favor utilize
o seguinte :
PIMENTA, João. A RENOVAÇÃO DO AR EM UM
PROJETO DE CLIMATIZAÇÃO: CRITÉRIOS DE
DEFINIÇÃO E SOLUÇÕES. 2016. In: ABRAVA, 18 Anos
da Portaria 3.523/98/MS e o Futuro da Qualidade do
Ar Interno. Brasília, Distrito Federal, Brasil.
Apresentação MS PowerPoint. 59 slides.
Críticas, comentários, sugestões, etc. para
pimenta.joao@unb.br
Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia
ENM - Departamento de Engenharia Mecânica
Brasília, Junho-2016

www.facebook.com/UnB.LaAR
pimenta.joao@gmail.com
João Pimenta
Eng. Mec., Dr. Sci. App.
Prof. UnB/FT/ENM
A Renovação do Ar em um Projeto de Climatização: Critérios de Definição e Soluções
18 ANOS DA PORTARIA 3.523/98/MS E O FUTURO DA QUALIDADE DO AR INTERNO
Pimenta, J.M.D., A Renovação do Ar em um Projeto de Climatização: Critérios de Definição e Soluções, 18
anos da portaria 3.523/98/MS e o futuro da qualidade do ar interno, ABRAVA, 15 JUN 2016, CREA-DF,
Brasília, Brasil.

Brasília, Brasil.

Brasília, Brasil.
Sumário
1. Introdução
2. Definição do problema
3. Orientações Normativas
4. Considerações Finais

Brasília, Brasil.
“Processo de tratamento do ar, que através
do ajuste simultâneo de temperatura,
umidade, grau de pureza e circulação,
permite manter condições desejáveis para
um espaço climatizado “
Definição de climatização…
(ASHRAE)

Brasília, Brasil.
• temperatura;
• umidade;
• contaminantes;
• velocidade e vazão;
• pressão.
devem permanecer
dentro dos limites
impostos pelas
especificações
requeridas.
Assim, climatização do ar ambiente envolve o
ajuste de parâmetros físicos do ar interior, como:
Definição de climatização…

http://www.altercorecrew.com/wp-content/uploads/2014/12/landscape-amazing-photos-182929.jpg
78% N2, 21% O2, 0,9% Ar, 0,035% CO2
Vapor d’água
Contaminantes naturais (polém, etc.)

The World Health Organization says Ahvaz is the one of world’s most polluted cities. Ahvaz is a city
known for oil fields, heavy industry with a sugar processing plant and a coal-burning power plant.
Air pollutants such as nitrogen oxides increase the susceptibility of respiratory infections.
Finally chronic exposure to ozone and certain heavy metals reduce lung function, while the later
responsible for asthma, emphysema, and even lung cancer.
http://www.nationmaster.com/blog/?p=189
78% N2, 21% O2, 0,9% Ar, 0,035% CO2
Vapor d’água
Poluentes
CO
Pb
NO2
O3
Particulados
SO2

http://newtonlaboratory.com/wp-content/uploads/2015/09/Slide-1-Breathing-Air.jpg
78% N2, 21% O2, 0,9% Ar, 0,035% CO2
Vapor d’água
Poluentes
USA  Clean Air Act, 1990
Brasil  Resolução CONAMA 382/2006
CO
Pb
NO2
O3
Particulados
SO2

http://www.cleanaer.com/index.php?option=com_content&task=view&id=142&Itemid=231
Ar atmosférico
Contaminantes
CO
Pb
NO2
O3
Particulados
SO2
+
Contaminantes do
ambiente interior

Brasília, Brasil.
Contaminantes do ar interior
• Fungos
• Bactérias
• Particulados
• CO
• CO2
• Radônio
• VOCs
Resoluções
ANVISA RE 176 e RE 9

Brasília, Brasil.
Sintomas e doenças relacionadas a QAI
http://www.ilocis.org/documents/chpt44e.htm
Dificuldade de concentração
Dor de cabeça
Fraqueza
Raciocínio lento
Irritabilidade
Ansiedade
Náusea
Asma
Rinite
Pneumonia
Gripe
Câncer

Brasília, Brasil.
Modelo de ventilação diluidora (WMRM)
𝐺
A taxa de geração de contaminantes G no espaço
interior pode elevar sua concentração a valores
inaceitáveis.

Brasília, Brasil.
Pessoas em atividade sedentária a norma emitem
CO2 na faixa entre 0.02 a 0.08 m3/h-pessoa
𝐺

Brasília, Brasil.
Impacto da concentração de CO2
http://www.netzerotools.com/extech-co220-indoor-air-quality-co2-monitor

Brasília, Brasil.
A solução: Estratégia de gestão da QAI
https://www.aiha.org/

Brasília, Brasil.
Modelo de ventilação diluidora (WMRM*)
𝑄𝑖𝑛𝑓
𝐶𝑖𝑛𝑓
𝑄 𝑒𝑥𝑓
𝐶𝑒𝑥𝑓
𝑑𝐶𝑖
𝑑𝑡
=?
𝐺
𝑉
𝐶𝑖
0
* Well Mixed Room Model

Brasília, Brasil.
Nessa ausência de ventilação mecânica, temos,
𝑉
𝑑𝐶𝑖
𝑑𝑡
= 𝑄𝑖𝑛𝑓. 𝐶 𝑜 − 𝑄 𝑒𝑥𝑓. 𝐶𝑖 + 𝐺
Cuja solução pode ser dada por,
𝐶𝑖 𝑡 = 𝐶𝑖
0
𝑄𝑖𝑛𝑓 𝐶 𝑜 + 𝐺
𝑄 𝑒𝑥𝑓
. 𝑒𝑥𝑝
−𝑄 𝑒𝑥𝑓
𝑉
𝑡 +
𝑄𝑖𝑛𝑓 𝐶 𝑜 + 𝐺
𝑄 𝑒𝑥𝑓

Brasília, Brasil.
Na equação anterior, a concentração atingida em
regime permanente será dada por,
Além disso, quando
𝐶𝑖,𝑆𝑆 = 𝑄𝑖𝑛𝑓 𝐶 𝑜 + 𝐺 𝑄 𝑒𝑥𝑓
𝑄𝑖𝑛𝑓 = 𝑄 𝑒𝑥𝑓 = 𝑄
𝐶𝑖,𝑆𝑆 = 𝐶 𝑜 +
𝐺
𝑄

Brasília, Brasil.
𝑄𝑖𝑛𝑓
𝐶𝑖𝑛𝑓
𝑄 𝑒𝑥𝑓
𝐶𝑒𝑥𝑓
𝑑𝐶𝑖
𝑑𝑡
=?
𝐺
𝑉
Ar
Renovação
𝑸 𝑺

Brasília, Brasil.
𝑉
𝑑𝐶 𝑖
𝑑𝑡
= 𝑄𝑖𝑛𝑓. 𝐶 𝑜 − 𝑄 𝑒𝑥𝑓. 𝐶𝑖 + 𝑄 𝑆 1 − 𝜀𝑓 𝛼 𝑜 𝐶 𝑜 + 𝛼𝑖 𝐶𝑖 −
− 𝑄 𝑆 − 𝛿𝑄 𝑚 𝐶𝑖 + 𝐺
Neste caso, a equação que define a conservação
da concentração será,
onde,
𝛼 𝑜  razão entre 𝑄 𝐴𝐸 𝑒 𝑄 𝑆
𝛼𝑖  razão entre 𝑄 𝑟𝑒𝑡 𝑒 𝑄 𝑆
𝜀𝑓  eficiência filtragem
𝛿𝑄 𝑚  vazão de pressurização

Brasília, Brasil.
A solução da equação anterior resulta em...
onde,
𝐶𝑖 𝑡 = 𝐶𝑖
0
−
𝛽
𝛼
. 𝑒𝑥𝑝 −𝛼𝑡 +
𝛽
𝛼
𝛽 = 𝑄𝑖𝑛𝑓 𝐶 𝑜 + 𝑄 𝑆 1 − 𝜀𝑓 𝛼 𝑜 𝐶 𝑜 + 𝐺 𝑉
𝛼 = 𝑄 𝑒𝑥𝑓 − 1 − 𝜀𝑓 𝛼 𝑟 𝑄 𝑆 + 𝑄 𝑆 − 𝛿𝑄 𝑚 𝐺 𝑉

Brasília, Brasil.
Agora, em regime permanente, a solução torna-se,
𝐶𝑖,𝑆𝑆 =
𝑄𝑖𝑛𝑓 + 𝑄 𝑆 1 − 𝜀𝑓 𝛼 𝑜 𝐶 𝑜 + 𝐺
𝑄 𝑒𝑥𝑓 − 1 − 𝜀𝑓 𝛼 𝑅 𝑄 𝑆 + 𝑄 𝑆 − 𝛿𝑄 𝑚
Então, o problema da manutenção da qualidade do
ar com base na limitação da concentração de
contaminantes pode ser avaliada.
𝑄 𝑆, 𝜀𝑓, 𝛼 𝑜, 𝛼 𝑅, 𝛿𝑄 𝑚 =?

Brasília, Brasil.

Brasília, Brasil.
Evolução dos padrões de VAEmin (QS)
History And Background of Ventilation Rates. Kansas City ASHRAE Seminar 4, June 29, 2003
Fred Kohloss, Consulting Engineer, Honolulu, Hawaii
51
m3/h-pessoa
8,5
m3/h-pessoa
Office
Spaces
30
m3/h-pessoa

Brasília, Brasil.
Considerações quto ao projeto
Today systems must be designed and
operated to achieve a proper balance
among thermal comfort, air quality and
energy consumption.
The History of Ventilation and Temperature Control. John E. Janssen.
ASHRAE Journal, SET/1999.

Brasília, Brasil.
Portaria MS 3523/1998
• Estabelece exigências de manutenção
com foco na qualidade do ar interior;
• Levou a criação das Resoluções
ANVISA RE nº 176/2000 e RE nº 9/
2003;
• Padrões de qualidade do ar interior;
• Pré-requisitos de projeto e execução
de sistemas de climatização;
• Obrigatoriedade de RT e PMOC acima
de 5 TR;
• Impõem penalidades pelo não
cumprimento.

Brasília, Brasil.
Norma NBR 16401
Parte 1.
Projeto das instalações
Parte 2.
Parâmetros de Conforto térmico
Parte 3.
Qualidade do ar interior
2008
1980

Brasília, Brasil.
NBR 16401-1
NBR 16401 - Parte 1.
Projeto das Instalações
Seção 6.3.3  Ar Exterior (AE)
• Contabilizar cargas sensível e latente
do ar exterior;
• Vazão mínima de AE definida pela
Seção 5 da Parte 3 (e deve manter P+
p/ minimizar infiltração);
• Vazão mínima de AE em Sistemas
especiais e processos determinada
pela exigência de pressurização.

Brasília, Brasil.
NBR 16401-1
Capitulo 7
Critérios de Projeto do Sistema
Seção 7.2  Qualidade do Ar Interior
• O projeto do sistema deve obedecer
aos critérios e requisitos estipulados
na parte 3 da NBR16401.

Brasília, Brasil.
NBR 16401-1
Capitulo 9 - Difusão do Ar
Seção 9.1  Requisitos Gerais
• 9.1.2. Evitar esquemas de distribuição
que prejudiquem a eficiência de
ventilação Ez que afeta o cálculo da
vazão de ar exterior conforme Parte 3
de NBR 16401.
𝑉𝑧 =
𝑉𝑒𝑓
𝐸𝑧
Vazão ar eficaz
(zona respirável)
Vazão ar na
Zona de ventilação

Brasília, Brasil.
NBR 16401-1

Brasília, Brasil.
NBR 16401-1
𝐸𝑧 =1,0
𝐸𝑧 = 0,8

Brasília, Brasil.
NBR 16401-3
Capitulo 5 - Ventilação
Seção 5.1  Qualidade do Ar Exterior
• 5.1.1. Afastamento da TAE de fontes
de poluição de acordo com Seção 7.1;
• 5.1.2. Se o ar exterior é inadequado
considerar adoção de equipamentos
despoluidores;

Brasília, Brasil.
NBR 16401-3
Seção 5.2  Vazão de Ar Exterior
• 5.2.1. Define Vazão Eficaz, Vef
𝑉𝑒𝑓 = 𝑃𝑧. 𝐹𝑝 + 𝐴 𝑧. 𝐹𝑎
Vazão relacionada
aos ocupantes
Vazão relacionada
à área ocupada
Máximo de pessoas na zona
Vazão por área útil
ocupada, L/s.m2
Vazão por pessoa, L/s-pessoa
Área útil ocupada
pelas pessoas

Brasília, Brasil.
NBR 16401-3
• 5.2.2. Vazão zona de ventilação, Vz
𝑉𝑧 =
𝑉𝑒𝑓
𝐸𝑧
Vazão ar eficaz
(zona respirável)
Vazão ar na
Zona de ventilação

Brasília, Brasil.
NBR 16401-3
• 5.2.3. Vazão AE a ser suprida, VS
5.2.3.1. Zona única
5.2.3.2. Zonas múltiplas (100% AE)
𝑉𝑆 = 𝑉𝑧
𝑉𝑆 =
𝑖=1
𝑁
𝑉𝑍 𝑖

Brasília, Brasil.
NBR 16401-3
• 5.2.3. Vazão AE a ser suprida, VS
5.2.3.3. Zonas múltiplas suprindo
AE+AR
𝑉𝑆 = 𝐷. 𝑃𝑍 + 𝐹𝑃 + 𝐴 𝑍. 𝐹𝑎 𝐸 𝑉
𝐷 = 𝑃𝑆 𝑃𝑍
Fator de diversidade de ocupação
Eficiência do sistema de ventilação
em suprir a vazão eficaz

Brasília, Brasil.
NBR 16401-3 Exemplo de cálculo
𝑉𝑒𝑓 = 𝑃𝑧. 𝐹𝑝 + 𝐴 𝑧. 𝐹𝑎
Sala de aula, 100 ocupantes, Nível 1
PZ = 100
FP=5 l/s-pess
Az=150 m2
Fa=0,6 l/s.m2
EZ = 0,8
D =1
EV=0,6
𝑉𝑒𝑓 = 100.5 + 150.0,6
Vef = 500 + 90=590 𝑙/𝑠
𝑉𝑧 =
𝑉𝑒𝑓
𝐸𝑧
=
590
0,8
= 737,5 𝑙/𝑠
𝑉𝑆 = 𝑉𝑧= 737,5 𝑙/𝑠

Brasília, Brasil.
NBR 16401-3
Capitulo 6 - Filtragem
Seção 6.2  Níveis de Filtragem
• 6.2.1. Define níveis mínimos de
filtragem (Tab. 5);
• 6.2.2. Tab. 5 não aplicável abaixo de
10 kW (aprox. 3 TR ou 36 kBTU/h).
Adoção de sistema complementar de
AE para splits e ACJs;

Brasília, Brasil.
NBR 16401-3
Capitulo 6 - Filtragem
Seção 6.3  Pré-filtragem AE
• 6.3.1. Pré-filtro AE G4 mínimo junto a
veneziana de captação de ar;
• ...
• 6.3.5. Recomenda o resfriamento e
desumidificação do ar exterior, além
de filtrado;

Brasília, Brasil.
NBR 16401-3
Capitulo 7 - Requisitos de Projeto e
Execução relativos a qualidade do ar
Seção 7.1  TAE
• 7.1.1. Captação de AE fora do
edifício;
• ...
• 7.1.2. Projeto deve prever meios para
a medição da vazão de ar exterior;
• 7.1.3. Distância mínimas de fontes
poluidoras e cuidado com a
propagação devido a ventos.

Brasília, Brasil.
NBR 16401-3
http://www.ilocis.org/documents/chpt45e.htm

Brasília, Brasil.
NBR 16401-3
Seção 7.1  TAE
• ....
• 7.1.4. Proteção contra intempéries e
tela;
• 7.1.5. Impedir o pouso de pássaros;
• 7.1.6. Exigências para os dutos de ar
de renovação.

Brasília, Brasil.
NBR 16401-3
Seção 7.2  Salas de Maquinas
• 7.2.1. Projeto deve facilitar acesso e
zelar pela segurança do trabalhador;
• 7.2.2. Piso imperm.; ponto de água,
dreno, iluminação e tomada serviço;
• 7.2.3. Registro de vazão na TAE e no
ar recirculado quando sala é usada
como plenum de mistura;
• 7.2.4. Revestimento das paredes.

TAEPonto de força
Iluminação
Ponto de água
Acesso
Ar de retorno Ar de retorno
Ralo de
dreno
Ponto de força
Iluminação
Ponto de água

Brasília, Brasil.
Considerações Finais
 Existem legislação especifica e normas técnicas
voltadas para a obtenção de uma condição adequada
da qualidade do ar interior;
 Na prática, condições irregulares são muito comuns e
causadas principalmente por projetos inadequados
e/ou falta de manutenção apropriada;
 18 anos se passaram mas a disseminação das boas
práticas voltadas para a QAI foi modesta. O que faltou?

pimenta@unb.br
pimenta.joao@gmail.com
Obrigado!

Budaiwi, I. M., Impact of Combined Dillution and Pressurisation Effects of
Ventilation Air Indoor Contaminant Concentration. Indoor Built Environment 1998;
7:289-299.
Bibliografia*
* Principais fontes de consulta utilizadas para a elaboração do presente material.
BRASIL. Ministério da Saúde. Portaria nº 3.523, de 28 de agosto de 1998. Lex:
DOU 166 de 31 de Agosto de 1998.
OSHA, Occupational Safety and Health Administration, U.S. Department of
Labor. Indoor Air Quality in Commercial and Institutional Buildings. OSHA 3430-
04. 2011
AIHA, American Industrial Hygiene Association, The Occupational Environment:
Its Evaluation, Control, and Management, 3rd edition, Chapter 35. General
Methods for the Control of Airborne Hazards. 2011.
ILO, International Labor Office. Encyclopaedia of occupational health and safety,
Chapter 44 – Indoor Air Quality. Disponível em:
<http://www.ilocis.org/documents/chpt44e.htm> Acesso em: 14 Jun 2016.

Bibliografia*
* Principais fontes de consulta utilizadas para a elaboração do presente material.
General Ventilation and the Well-Mixed Model. Disponível em:
<http://www.mne.psu.edu/cimbala/me405web_Fall_2006/Lectures/Chapter_05_Sec
tions_7_to_10.pdf > Acesso em: 14 Jun 2016.
Indoor Air Quality Guide Best Practices for Design, Construction, and Commissioning.
Disponível em:
<http://www.wenatcheeschools.org/maintenance/documents/IAQGuide.pdf > Acesso
em: 14 Jun 2016.
ABNT, 2008, NBR 16401– Instalações centrais de ar condicionado – Sistemas
centrais e unitários: Parte 1 – Projeto das instalações, Parte 2 – Parâmetros de
conforto térmico, Parte 3 – Qualidade do ar interior. NBR 16401: 2008. Rio de
Janeiro, Brasil.

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