Realizar simulação CFD no projeto de climatização hospitalar permite melhor conforto térmico, além de garantir a renovação de ar
Ambientes para cuidados de saúde como hospitais, sala de pacientes, sala de operações e clínicas requerem alto nível de circulação e renovação de ar com intuito de manter as condições desejadas para o melhor tratamento terapêutico e a segurança no controle de patógenos. Desta forma, projeto de climatização hospitalar são fundamentais.
Essa demanda requer designs otimizados de HVAC (do inglês, Heating, Ventilating and Air Conditioning). Assim, o uso de simulação computacional garante que os projetos de climatização hospitalar e HVAC atendam às necessidades técnicas, bem como pode encontrar o menor custo operacional possível.
A análise CFD pode ser usada em projeto de climatização em ambiente hospitalar porque os padrões de circulação de ar e a dispersão de contaminantes tem um papel fundamental na disseminação e acumulação de patógenos, assim como as regiões mais sujeitas a deposição deste contaminante.
A performance do sistema de HVAC para ambientes hospitalares depende de vários fatores. Alguns dos principais fatores que um projetista deve definir em um projeto são:
- Difusores de ar: tipo, quantidade e localização
- Condições de circulação de ar: vazão, temperatura e umidade do ar sendo injetado no ambiente
- Exaustores: localização dos pontos de exaustão de ar, que garantirão sua regeneração d no ambiente
- Fontes de calor (equipamentos, pacientes, enfermeiros, médicos), que precisam ser analisadas em detalhes para evitar pontos de aquecimento
- Layout dos móveis e equipamentos também contribuem para a melhor (ou pior) circulação e regeneração do ar no ambiente.
Como a simulação CFD pode auxiliar em projeto de climatização hospitalar?
Como já demonstramos em outros posts, a simulação em CFD permite reproduzir virtualmente condições de operação de processos, equipamentos e os mais diversos fenômenos de troca térmica em ambientes fechados e abertos. Ou seja, permite construir o gêmeo digital do processo de interesse.
Para o projeto HVAC em ambiente hospitalar, um modelo matemático em 3D é desenvolvido considerando todas as características geométricas da região de interesse, assim como as condições de circulação e regeneração de ar. Uma vez tendo este modelo, é possível testar virtualmente diferentes layouts e condições de operação, ou seja, é possível variar os fatores que influenciam na performance do sistema de HVAC hospitalar para garantir sua eficiência.
Todo o desenvolvimento destas etapas, desde o desenho em 3D até a simulação podem ser feitas através do software Siemens Solid Edge FloEFD. Essa integração é um grande diferencial que reduz o tempo de projeto substancialmente, além de evitar erros e problemas de compatibilidade. Além disso, o Solid Edge FloEFD é reconhecido pelo seu ambiente de fácil utilização e com isso os resultados ficam prontos com poucos cliques.
HVAC em ambiente hospitalar
Como exemplo prático do estudo de HVAC em ambiente hospitalar, a imagem abaixo ilustra principais componentes em uma sala de tratamento médico.
Na modelagem desse sistema, os principais componentes são destacados, pois têm influência no comportamento da climatização da sala. Por exemplo, fontes de calor são provenientes do cuidador, paciente, TV, equipamentos e luzes de teto. Pontos de entrada e exaustão de ar são também representadas.
O ar expirado pelo paciente contendo patógenos pode ser representado, através de estimativas da respiração do paciente, sendo liberado diretamente pela boca.
Resultados de CFD para climatização hospitalar
Os resultados da simulação no projeto de climatização hospitalar permitem ter um mapa completo em 3D das principais variáveis de interesse.
Um dos principais índices que medem a qualidade do ar é o Índice Local de Qualidade do Ar (LAQI – Local Air Quality Index). Quanto menor este índice, menor a qualidade do ar. Esse índice pode ser avaliado em todas as regiões do ambiente hospitalar, como ilustrado na figura abaixo.
A região mais próxima da emissão de ar expirado (boca do paciente) apresenta menores valores, o que deixa a qualidade do ar heterogênea no interior da sala. O sistema de ventilação pode ser alterado para minimizar a permanência e difusão desse ar com baixa qualidade. Do mesmo modo, também é possível verificar quais áreas dentro da sala são seguras.
Além disso, a simulação CFD permite avaliar o nível de conforto térmico, por meio do voto médio estimado (PMV – Predicted Mean Vote), que é um índice estatístico que prevê a avaliação do conforto térmico por um grupo de pessoas.
A figura acima mostra renderização em 3D da sala com a variável PMV. Quanto mais longe de zero, menor o conforto térmico.
O mesmo perfil de conforto térmico pode ser também comparado com o perfil de temperatura absoluta. Ou seja, promovendo melhor entendimento sobre as regiões mais quentes e a influência dos pontos de calor.
Além dos índices HVAC já citados, para avaliar a eficiência do projeto de climatização também podem ser medidos outros parâmetros. O software Siemens Solid Edge FloEFD tem integrado um módulo HVAC específico para avaliação desses índices regulamentados, como por exemplo:
- CRE (Contaminant Removal Effectiveness)
- PPD (Predicted Percent Dissatisfied)
- ADPI (Air Diffusion Performance Index)
- LMA (Local Mean Age)
- LACI (Local Air Change Index)
- MRT (Mean Radiant Temperature)
- Operative Temperature
- Draft Temperature
What if ?!?
E se aumentar a vazão de ar de circulação? E se mudarem os pontos de injeção de ar limpo? E se colocar mais um paciente nesta sala? E se tiverem três pessoas na sala?
A simulação CFD permite testar virtualmente os cenários de HVAC em ambiente hospitalar, chegando assim à configuração ótima. Tudo isso sem a necessidade de testes práticos. Ou seja, a implementação da solução ótima será feita apenas após testes exaustivos de condições de operação. Ou seja, garantindo o sucesso do projeto de climatização em ambiente hospitalar.
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