Investigação do uso e aplicação das técnicas CFD para estudo e análise de ventilação natural por ação dos ventos em espaços urbanos

Abstract

A ventilação por ação dos ventos é um agente interveniente na qualidade do ar e nas trocas de calor nos espaços urbanos, sendo a velocidade do escoamento um fator decisivo para determinar as trocas de calor e de renovação do ar. Dentre as ferramentas disponíveis para a análise do escoamento de ar no espaço urbano, destacam-se as técnicas CFD (Computational Fluid Dynamics). Na modelagem CFD para problemas de ventilação urbana, é importante investigar alguns parâmetros de configuração. Por isso, a pesquisa investigou o uso e aplicação das técnicas CFD para estudo e análise da ventilação urbana por ação dos ventos em uma cidade de grande porte, tendo como objeto de investigação a capital paraense, Belém/PA. Para isto, foi realizada uma revisão de literatura sobre o escoamento do ar em meio urbano com o uso de técnicas CFD no Brasil e no mundo, além da investigação de diretrizes e parâmetros de configuração que são aplicados em simulação CFD para modelagem de ventilação natural urbana. E, por fim, o uso e a aplicação desses parâmetros em modelos de quadras existentes em Belém/PA, segundo os cenários de consolidação dos Planos Diretores Urbanos e a análise qualitativa e quantitativa do escoamento de ar. Dentre as conclusões, a simulação CFD foi uma ferramenta útil por seu potencial em fornecer informações quantitativas e qualitativas. Entretanto, faz-se necessária uma aplicação criteriosa dos parâmetros de simulação voltados à ventilação natural em escala urbana para resultados confiáveis. Quanto às simulações, identificou-se que o adensamento urbano e a redução dos recuos entre as edificações são fatores importantes para contribuição da redução da velocidade do vento e o seu potencial de ventilação. E em situações onde existem altos gabaritos, a aplicação de maiores afastamentos pode colaborar para a melhoria da circulação de ar entre construções. A partir dos resultados obtidos, ratifica-se a potencialidade da ferramenta CFD para estudos de ventilação urbana através da inserção criteriosa das diretrizes de configuração e salienta-se a necessidade de maior atenção às legislações pelos urbanistas na configuração do tecido urbano para se melhorar as condições de escoamento do vento.

The ventilation by wind action is an intervening agent in the air quality and heat exchanges in urban areas, and the flow velocity is a decisive factor in determining the heat and air exchange rates. Among the tools available for airflow analysis of in the urban space, the CFD (Computational Fluid Dynamics) technique can be highlighted. In CFD modeling of urban ventilation problems, it is important to investigate some setting parameters. Therefore, the research investigated the use and application of CFD techniques for study and analysis of urban ventilation by wind action in large cities, being the object of this investigation the city of Belém/PA. For this, it was conducted a literature review on the air flow in urban areas using CFD techniques in Brazil and worldwide. In addition the guidelines and setting parameters for modeling of urban natural ventilation. Finally, it was investigated the application of these parameters in models of existing blocks in Belém/PA, according to the consolidation scenarios of the Urban Master Plans and the qualitative and quantitative analysis of the air flow. Among the findings, the CFD simulation is useful tool due to its potential to provide quantitative and qualitative information. However, it is necessary to carefully apply the simulation parameters of natural ventilation in urban scale for achieving reliable results. About the simulations, it is stated that the urban density and reducing setbacks between buildings are important factors in the contribution of wind speed reduction and its potential for ventilation. And in situations where there are high buildings, the application of greater distance can collaborate to improve the air flow between buildings. From the above results, it is confirmed the potential use of CFD techniques for urban ventilation studies supported by the careful application of the setting parameters, and emphasizes the need for greater attention to legislation by planners in the city configuration for to improve wind flow conditions.