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- Ventilação por abertura de janelas: análise de dados experimentais recolhidos em salas de aulaPublication . Duarte, Rogério; Gomes, Maria da Glória; Rodrigues, António Moretventilação de salas de aula é habitualmente feita por abertura de janelas. Esta é a solução tradicional sendo perfeitamente adequada para tempo quente, porém, quando as temperaturas exteriores baixam, estudantes e professores deixam as janelas fechadas reduzindo substancialmente os caudais de ventilação, resultando na deterioração da qualidade do ar interior. Este artigo tem por objetivo compreender as condições em que a ventilação com abertura manual de janelas é adequada. Para isso usam-se 2 anos de dados de monitorização de 4 salas de aula de uma escola básica e secundária nacional (um antigo liceu com projeto da Junta das Construções para o Ensino Técnico e Secundário – Ministério das Obras Públicas e Comunicações, reabilitado pela Parque Escolar na segunda metade dos anos 2000). Analisam-se os caudais de ventilação nas salas concluindo-se que a abertura de janelas é adequada com temperaturas exteriores diárias superiores a 19ºC. Quando estas temperaturas são inferiores a 16ºC a ventilação por abertura de janelas torna-se insuficiente e, entre 16 e 19ºC, a adequabilidade vai depender da temperatura interior. Para as salas de aula monitorizadas e condições exteriores observadas conclui-se que a ventilação por abertura manual de janelas permite ambientes interiores adequados (não só sob o ponto de vista da ventilação e qualidade do ar interior, mas também do conforto térmico) durante aproximadamente 25% do ano letivo.
- Filtro de kalman para a determinação da renovação do ar num espaço ocupado de modo intermitente e ventilado naturalmentePublication . Duarte, Rogério; Gomes, Maria da Glória; Rodrigues, António MoretÉ reconhecido o mérito da ventilação natural de edifícios residenciais e de serviços não só do ponto de vista da poupança energética como também da qualidade do ar interior. Contudo, para projetistas e gestores de edifícios, a incerteza associada à ventilação natural introduz dificuldades e riscos acrescidos. Neste artigo apresenta-se um método para determinar renovações de ar em condições não-estacionárias, como as que se observam em espaços ocupados de modo intermitente, sujeitos a variações no ambiente exterior (e no interior) e na forma como são operados os dispositivos de ventilação natural. O método usa dados de ocupação e de concentração interior de CO2 em conjunto com um Filtro de Kalman para estimar variações dos caudais de ventilação. Após aplicação deste método a uma sala de aula ventilada por abertura manual de janelas, discute-se a utilidade do método para o reconhecimento por projetistas e gestores de edifícios do mérito da ventilação natural.
- Estimating ventilation rates in a window-aired room using Kalman filtering and considering uncertain measurements of occupancy and CO2 concentrationPublication . Duarte, Rogério; Gomes, Maria da Glória; Rodrigues, António MoretThis paper describes a method for estimating ventilation rates in a window-aired room considering “in-use” conditions and uncertainty in occupancy (CO2 release) and in measurements of indoor air CO2 concentration. Estimates are drawn from indoor air mass conservation principles and an Extended Kalman Filter, serving as state observer. The modelling procedure is described and tested against synthetic time series generated from pseudorandom values of occupancy and ventilation rate. Additionally, data collected from a case study (a window-aired classroom) is used to illustrate how the procedure is applied and its practical interest. Test results confirm the state observer’s tracking capability and confirm its ability to reconstruct ventilation rates in the presence of sudden changes caused by window opening/ closing and intermittent occupancy. Results for the case study highlight the benefits to designers and ultimately to occupants, derived from knowledge of ventilation rates in window-aired rooms.
- The effect of occupancy and environmental physical variables on classrooms’ natural ventilation: a path modeling approachPublication . Duarte, Rogério; Rodrigues, António Moret; Pimentel, Fernando; Gomes, Maria da GlóriaIn this paper, we use a path model to study natural ventilation in classrooms and research the link between air change rate, occupancy, and both outdoor and indoor physical variables. In general, the path model is derived from the building physics and occupant behavioral considerations via structural equation modeling (SEM), and allows for the use of continuous observable and unobservable factors. The latter are often employed in behavioral and social sciences to represent personal and group attributes. The path model is validated with data gathered during two consecutive academic years from four classrooms of a Portuguese school. The results confirm indoor and outdoor air temperature as major drivers of classroom ventilation, with standardized total path coefficients of approximately 0.55. Solar energy, precipitation, and occupancy are also significant drivers of classroom ventilation, with standardized total path coefficients of 0.24, −0.18, and 0.17, respectively. These results contribute to our understanding of the relative importance of occupancy as well as to identifying the most relevant environmental determinants of natural classroom ventilation. In spite of the statistical significance of the path model as a whole and its detailed causal relationships (direct, indirect, and feedback), only 58% of classroom ventilation variance is explained by the selected input variables. Because naturally ventilated classrooms depend significantly on occupants’ interactions with the built environment, i.e., opening/closing windows and blinds, extending path modeling to include additional personal and context-related drivers of occupants’ behavior would allow for further insights into the complex multi-domain topic of natural classroom ventilation.
- Análise experimental do desempenho de envidraçados com películas de controlo solarPublication . Pereira, Júlia; Gomes, Maria da Glória; Rodrigues, António Moret; Duarte, RogérioA utilização do vidro na construção tem tido uma expressão cada vez mais significativa, resultando em rácios de envidraçado na fachada muito elevados, especialmente em edifícios não residenciais. Esta tendência deve-se às boas características estéticas e óticas do vidro que permitem a entrada de luz natural e visão para o exterior, podendo contribuir para poupanças de energia com iluminação e conforto visual. No entanto, os ganhos solares pelos envidraçados, especialmente em climas com verões quentes e prolongados, contribuem de forma muito significativa para as cargas térmicas de arrefecimento e podem originar problemas de encadeamento, perturbando a produtividade dos utilizadores. A película de controlo solar, desenvolvida para aplicação em envidraçados na indústria da construção civil, tem como objetivo principal reduzir as cargas térmicas de um espaço interior, impedindo a passagem de radiação em todo o espectro de radiação solar ou em certos comprimentos de onda específicos. Com o objetivo de avaliar a eficiência térmica e lumínica de películas de controlo solar, foi realizada uma campanha experimental no período de verão e no período de inverno em dois gabinetes semelhantes localizados em Lisboa. Um deles, considerado como gabinete de referência, não tem película aplicada no envidraçado e o outro tem aplicada uma película no envidraçado. Os resultados observados mostram que a película melhora o desempenho térmico e lumínico do ambiente interior durante o período de verão no gabinete em que está aplicada, o qual registou uma diminuição dos valores de temperatura interior comparativamente ao gabinete de referência, o que pode conduzir a uma diminuição do consumo de energia com arrefecimento. Durante o período de inverno, o gabinete com película de controlo solar apresentou valores de temperatura e de iluminação natural inferiores aos valores observados no gabinete de referência, diminuindo as condições de conforto no ambiente interior.
- A Large-Diameter Earth–Air Heat Exchanger (EAHX) Built for Standalone Office Room Cooling: Monitoring Results for Hot and Dry Summer ConditionsPublication . Duarte, Rogério; Gomes, Maria da Glória; Rodrigues, António Moret; Pimentel, FernandoEarth–air heat exchangers (EAHX) use the soil thermal capacity to dampen the amplitude of outdoor air temperature oscillations. This effect can be used in hot and dry climates for room cooling, and depending on the EAHX design, this cooling can be achieved with very few resources other than those used during EAHX construction. This is an obvious advantage compared to the significant energy consumption and operational costs of refrigeration machines traditionally used in room cooling. Despite the large number of papers on EAHXs available in the scientific literature, very few deal with large-diameter EAHXs (with pipe diameters larger than 0.30 m), and even fewer present monitoring data gathered from a built and functional large-diameter EAHX. The present paper uses monitoring data and provides a detailed quantitative analysis of the performance of a large-diameter EAHX built for standalone cooling of an existing office building. The field monitoring was carried out during a characteristic hot and dry summer period of the south of Portugal. Results show that outdoor air to EAHX exit air temperature gradients reach 9 K and cooling capacities exceed 27 kW. Moreover, the studied EAHX is capable of standalone cooling for outdoor air temperatures up to 33 ◦C and meets more than 50% of the room design cooling demand for outdoor air temperatures as high as 37 ◦C. This evidences that large-diameter EAHXs have the potential to achieve significant reductions in CO2 emissions and in energy consumption associated with building cooling in hot and dry climates.
- Classroom ventilation with manual opening of windows: Findings from a two-year-long experimental study of a Portuguese secondary schoolPublication . Duarte, Rogério; Gomes, Maria da Glória; Rodrigues, António Moret