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Investigações recentes mostram que a qualidade do ar interior nas salas de aulas é um fator responsável pelo sucesso académico. Os tempos em que a temperatura e o nível de CO2 das salas de aulas eram controlados pela abertura ou fecho das janelas terminaram. Edifícios mais herméticos requerem o uso de ar condicionado mecânico e controlado. Este fato deve ser levado em consideração no projeto das obras de reestruturação e construção de edifícios escolares.

 

As salas de aula têm uma ocupação média de 35 pessoas. Para garantir um nível de CO2 abaixo dos 1.000 ppm no ar das salas de aula, é necessário um caudal de ar exterior de 30m3/h por pessoa. Isto corresponde a um caudal de ar exterior de 1.050 m3/h, para que seja alcançada uma renovação de ar equivalente a 4/5 RPH. O sistema de tratamento de ar precisa de insuflar esse caudal, sem corrente de ar, para as salas de aula e ainda garantir funções de aquecimento e arrefecimento.

  Atualmente, não é aceitável um ar condicionado que não é capaz de proporcionar um clima confortável devido a correntes de ar ou diferentes necessidades térmicas para diferentes áreas do edifício. O foco nos sistemas e equipamentos para creches e escolas é para fornecer à sala condições que não causem desconforto ou problemas de saúde, garantindo assim um desempenho físico e mental completo.

Clima interior e eficiência energética

A figura 1 mostra as tarefas resultantes dos requisitos energéticos. Os edifícios modernos ficam perfeitamente isolados termicamente, e o resultado é que os edifícios são quase estanques. Em relação às perdas de transmissão do edifício, esta estanquidade é positiva para o balanço energético.

 

 Os edifícios herméticos não oferecem trocas de ar. Isto significa que a concentração de CO2 no ar respirável aumenta continuamente. Os alunos geram aproximadamente 50 g/kg de vapor, como consequência a humidade do ar interior também aumenta.

 As consequências são que a capacidade dos alunos em se concentrarem no trabalho escolar diminui e o aumento da humidade do prédio pode levar ao aparecimento de bolor nas paredes, danificando património e contribuindo para o aparecimento de problemas respiratórios. Os edifícios herméticos tendem a emitir substâncias que evaporam ou se difundem das peças de construção. Este facto não pode ser evitado durante a fase de construção.

Nas edificações mais antigas onde a estanquidade da envolvente não era tão cuidada, a renovação do ar interior contendo poluentes, era feita de forma mais permanente e por isso os valores de concentração de CO2 e de humidade eram mantidos dentro de valores aceitáveis, embora as temperaturas interiores fossem mais baixas ou os custos energéticos mais elevados.

Portanto, o ar exterior recebido seria aquecido no espaço até a temperatura ambiente. Este sistema requer muita energia e cria grande flutuações de temperatura, além de um nível desigual de temperatura na sala. Isso só pode ser resolvido com a aplicação de um ar condicionado mecânico.

Uma unidade de tratamento de ar com recuperação energética cobre praticamente as necessidades primárias sem recurso a energia suplementar nas baterias de reaquecimento ou arrefecimento. Complementado com sistemas de ar condicionado com elevada eficiência, conseguimos criar as condições corretas ao conforto humano no interior dos edifícios.

Requisitos normativos

Como em outros edifícios, uma construção hermética de escolas é necessária para a eficiência energética das mesmas. Esse projeto exige obrigatoriamente um ar condicionado mecânico. Além dos regulamentos de construção válidos, as normas DIN EN 15251, DIN EN 13779 e VDI 6040 devem ser consideradas. A VDI 6040 especifica uma temperatura operativa para as salas de aula entre 20° a 26° dependendo da temperatura do ar externo. Assim, supõe-se que nenhum aluno esteja exposto a radiação solar direta. Além disso, está implícita uma sala livre de poluentes e não é permitida uma exceder a concentração de CO2 acima de 1.000 ppm. 

A tabela a seguir ajuda a interpretação do caudal de ar exterior para unidades de ar condicionado conforme a DIN EN 13779:

Categoria

Descrição

Aumento da concentração de CO2 com relação ao ar exterior (ppm)

Caudal de ar novo (m3/h) por aluno

IDA 1

Qualidade do ar na sala alta

< 400

>54

IDA 2

Qualidade do ar na sala intermédia

400 - 600

36 - 54

IDA 3

Qualidade do ar na sala moderada

600 – 1,000

22 - 36

IDA 4

Qualidade do ar na sala baixa

> 1,000

>22

Tabela 1: Qualidade do ar interior na sala e caudal de ar novo conforme a DIN EN 13779.

Com uma concentração de CO2 permitida de 1.000 ppm, uma escola enquadra-se na secção IDA 3, com caudal de ar de 22-36 m3/h por pessoa. A interpretação do caudal de ar novo pela DIN EN 15251 segue outro caminho. Nesta diretriz, uma área de 2m2 por aluno é tomada como base. A tabela a seguir mostra a interpretação de um edifício com baixo teor de poluentes:

 

 

Caudal de ar para poluição por emissões de edifícios m3/(hm2)

 

 

Exemplo para um edifício com emissão baixa

2m²/pessoa

Categoria

Caudal de ar

m³/h (estudantes)

 Edifícios com emissão muito baixa

Edifícios com emissão baixa

Edifícios com emissão normal

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(2)+(4)x2

I

36

1,8

3,6

7,2

43 m³/h

II

25

1,3

2,5

5,0

30 m³/h

III

14

0,7

1,4

2,9

17 m³/h

 

A DIN EN 15252 determina três categorias de clima interior que especifica o grau de expectativa do usuário e permite a aplicação das categorias para edifícios com diferentes idades ou condições. A categoria II aplica-se às expectativas normais de um novo edifício, a categoria III aplica-se a expectativas moderadas de um edifício existente e a categoria I aplica-se a expectativas muito altas e deve ser usada apenas para pessoas com deficiências físicas ou crianças muito pequenas. A tabela em si mostra as três categorias de poluição do edifício. Os níveis indicados são mostrados por pessoa e área (m2). Portanto, para a nova construção de uma escola com categoria II, os resultados do caudal de ar novo são:

(2)  + 2 x (4)

25 m³/h + 2 x 2,5 m³/(hm²) = 30 m³/h/pessoa

Além da temperatura, humidade e nível de CO2, o nível acústico da sala tem uma influencia significativa no desempenho dos alunos e professores. Baixos níveis de ruido possibilitam aos professores falar sem problemas e manter a comunicação com os alunos. A perceção acústica dos alunos é afetada principalmente pela reflexão sonora, tempo de reverberação e ruídos de fundo.  A DIN 4109 prescreve um nível de pressão sonora de 35 dB(A). O limite do nível de pressão sonora para estudantes com audição restrita ou dificuldade de compreensão de textos difíceis ou em língua estrangeira é de 30 dB(A).  

Para a execução de reformas e novas construções, as diretrizes ErP validas e o regulamento de gases F devem ser aplicados. Por um lado, os critérios de eficiência para as unidades de tratamento de ar central e descentralizado diminuem os requisitos de energia para o ar condicionado e arrefecimento, mas, por outro lado a unidade fica muito maior devido a colocação dos bypass e a recuperação de calor na unidade. A construção de salas de técnicas e estações centrais de ventilação deve ser grande o suficiente para acomodar as unidades sem qualquer esforço. Além disso, a acessibilidade à UTA para trabalhos de manutenção e inspeções higiénicas deve ser considerada no processo de projeto de uma sala técnica.   

Atenção especial deve ser dada à tecnologia de arrefecimento. Em edifícios modernos, bombas de calor e chillers encontram uma enorme variedade de aplicações. O regulamento de gases F, que entrou em vigor em 1 de janeiro de 2015, desempenha um papel importante no futuro dos edifícios escolares. Com o cenário Phase Down, esse regulamento reduz significativamente o hidrofluorocarboneto (HFC) disponível no mercado Europeu.

No processo de projeto das salas técnicas, o fato de que as tecnologias futuras precisam de mais espaço deve ser levado em consideração. A obrigação do operador para com o regulamento de gases F nas novas instalações, assim como, nas bombas de calor e chillers já instalados é valido:

 

  • Obrigação geral de redução de emissões (Artigo 3, paragrafo 1 e 2)
  • Obrigação de reparo (Artigo 3, secção 3)
  • Obrigação de verificação de serviço de densidade (Artigo 3, secção 1 e Artigo 4, secção 1)

 

Esta obrigação do operador aumentará os requisitos de formação do staff técnico das escolas e tornará a formação mais difícil.

 As escolas modernas não são constituídas apenas por salas de aulas e salas de professores. A maioria das escolas também possui piscinas, salas de descanso, auditórios, cozinhas, ginásios, cantinas, laboratórios, áreas cientificas e salas técnicas. Estas diferentes áreas definem vários requisitos de operação para a tecnologia de construção.

Além da aplicação geral do VDI 6040 “Ventilação e ar condicionado nas escolas”, são válidas as normas DIN EN 13779 e DIN EN 15251 para a determinação de ar novo. As áreas adicionais são cobertas por normas e regulamentos únicos cuja aplicação depende do uso.

 Os caudais de ar novo detetados anteriormente de 30 m3/h por pessoa criam salas de aula com caudais de ar de 900 a 1.100 m3/h. Com várias salas de aula num único corredor, faz sentido uma unidade de ar condicionado central com controlo individual de salas. As salas de aulas podem receber ar novo e o aquecimento e arrefecimento necessários através das salas técnicas.

 A manutenção é focada em trabalhos na sala técnica que podem ser feitos mesmo durante as aulas em caso de necessidade. Um bom isolamento térmico de edifícios modernos combinado com um recuperador de calor altamente eficiente, permite o aquecimento da sala de aula por ar, sem recurso a fontes suplementares de energia.

Os caudais de ar novo devem ser suficientes para cobrir as necessidades de aquecimento das salas. Nestes casos e recorrendo a registos de zona/sala, conseguimos ter sistemas tudo ar e ter custos de investimento reduzidos pois não são necessários equipamentos suplementares de aquecimento como radiadores.

Uma unidade de tratamento de ar energeticamente eficiente geralmente possui um sistema de recuperação de calor tão poderoso que as necessidades de calor por infiltração de ar são reduzidas ao mínimo. Para evitar o uso de gases F, faria sentido o uso de sistemas de refrigeração adiabáticos indiretos para o ar condicionado das salas.

Os sistemas adiabáticos não fornecem apenas capacidade de arrefecimento ecológicos, mas também reduzem substancialmente a quantidade de energia necessária para arrefecimento e reduzem a carga de arrefecimento de todas as instalações técnicas do edifício.

Resumindo, podemos dizer que a utilização eficiente de unidades de tratamento de ar novo reduzem não apenas as necessidades energéticas de uma escola, como também aumenta o aproveitamento escolar e a saúde dos alunos.

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