Analysis of natural ventilation at School Hospital of São Carlos through CFD simulations

Authors

DOI:

https://doi.org/10.46421/entac.v19i1.2108

Keywords:

School Hospital of São Carlos, Natural ventilation, CFD simulations, Thermal comfort, Indoor air quality

Abstract

Nowadays, COVID-19 instigates us to reflect on natural ventilation and air quality in built environments, especially in health environments. Therefore, this work aims to analyze the performance of natural ventilation at Hospital Escola de São Carlos. Computational Fluid Dynamics simulation was embraced as the method. Quantitative and qualitative results are presented, indicating that the ventilation system adopted in the project provides satisfactory levels of natural ventilation for users. In addition, air exchange happens constantly, increasing indoor air quality and potentially decreasing the transmission of airborne pathogens.

Author Biographies

Ana Clara de Almeida Xavier, University of São Paulo

Architecture and Urbanism at the State University of Maringá. Master's student at the University of São Paulo (São Carlos - SP, Brazil).

Marieli Azoia Lukiantchuki, State University of Maringá

PhD in Architecture and Urbanism at the University of São Paulo. Adjunct Professor at the State University of Maringá (Maringá - PR, Brazil).

Kelen Almeida Dornelles, University of São Paulo

PhD in Civil Engineering from the State University of Campinas. Professor at the University of São Paulo (São Carlos - SP, Brazil).

References

ABUHEGAZY, M.; TALAAT, K.; ANDEROGLU, O.; POROSEVA, S. V. Numerical investigation of aerosol transport in a classroom with relevance to COVID-19. Physics of Fluids, v. 32, n. 10, p. 103311, 2020. DOI: <https://doi.org/10.1063/5.0029118>.

ANDRADE, N. C. Estudo da Ventilação Natural em Edificações Com Captadores de Vento Multidirecionais Por Meio de Ensaios em Túnel de Vento e Simulações Computacionais. Campinas, 2013. Tese (Doutorado em Arquitetura, Tecnologia e Cidade) – Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo, Universidade Estadual de Campinas, Campinas, 2013.

Ansys® Academic Research Mechanical, Release 2022 R1.

AutoCAD®. Autodesk®, 2018.

BITTENCOURT, Leonardo; CÂNDIDO, Christhina. Introdução à ventilação natural. Edufal, 2008.

BUONANNO, G.; MORAWSKA, L.; STABILE, L. Quantitative assessment of the risk of airborne transmission of SARS-CoV-2 infection: prospective and retrospective applications. Environment international, v. 145, p. 106112, 2020. DOI: <https://doi.org/10.1016/j.envint.2020.106112>.

CALAUTIT, J. K.; HUGHES, B. R. Wind tunnel and CFD study of the natural ventilation performance of a commercial multidirectional wind tower. Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics 2014; 125: 189-194.

CANADIAN COMMITTEE ON INDOOR AIR QUALITY. Addressing COVID-19 in buildings: Module 15. Disponível em: <https://iaqresource.ca/wp-content/uploads/2020/09/CCIAQB-Module15-Eng.pdf>. Acesso em: 23 de maio de 2022.

CÂNDIDO, C.; DEAR, R. J. de; LAMBERTS, R.; BITTENCOURT, L. Air movement acceptability limits and thermal comfort in Brazil’s hot humid climate zone. Building and environment, v. 45, p. 222-229. 2010.

CORREIA, G.; RODRIGUES, L.; DA SILVA, M. G.; GONÇALVES, T. Airborne route and bad use of ventilation systems as non-negligible factors in SARS-CoV-2 transmission. Medical hypotheses, v. 141, n. 109781, 2020. DOI: <https://doi.org/10.1016/j.mehy.2020.109781>.

COSTA, F. J. de M. Ventilação e Prescrições Urbanísticas: uma aplicação simulada no bairro de Petrópolis em Natal/RN. Natal, 2001. Dissertação (Mestrado em Arquitetura e Urbanismo) – Programa de Pós-Graduação em Arquitetura e Urbanismo, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2001.

CÓSTOLA, D. Ventilação Por Ação do Vento no Edifício: procedimentos para quantificação. São Paulo, 2006. Dissertação (Mestrado em Arquitetura e Urbanismo, Tecnologia da Arquitetura) – Faculdade de Arquitetura e Urbanismo, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2006.

DE QUADROS, B. M.; MIZGIER, M. O. O impacto de Brises na Ventilação Natural: Avaliação Integrada em uma Enfermaria em Florianópolis (SC). Paranoá: cadernos de arquitetura e urbanismo, v. 19, n. 19, 11. 2017.

EUROPEAN CENTRE FOR DISEASE PREVENTION AND CONTROL. Heating, ventilation and air-conditioning systems in the context of COVID-19. Stockholm: ECDC; 2020. Disponível em: <https://www.ecdc.europa.eu/sites/default/files/documents/Heating-ventilation-air-conditioning-systems-in-the-context-of-COVID-19-first-update.pdf>. Acesso em: 23 de maio de 2022.

GIVONI, B. Man, climate and architecture. London: Applied Science Publishers, 1976.

HARGREAVES, D. M.; MORVAN, H. P.; WRIGHT, N. G. Validation of the volume of fluid method for free surface calculation: the broad-crested weir. Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics 2014; 1 (2): 136-146.

HARRIES, A. Notas de aula. In: Workshop: CFX – FAU/USP. São Paulo, 2005.

INSTITUTO NACIONAL DE METEOROLOGIA. Arquivos climáticos de São Carlos. Disponível em: <https://labeee.ufsc.br/downloads/arquivos-climaticos/inmet2016>. Acesso em: 23 de maio de 2022.

KONG, X.; GUO, C; LIN, Z.; DUAN, S.; HE, J.; REN, Y.; REN, J. Experimental study on the control effect of different ventilation systems on fine particles in a simulated hospital ward. Sustainable Cities and Society, v. 73, n. 103102, 2021. DOI: <https://doi.org/10.1016/j.scs.2021.103102>.

LEITE, R. V. Fortaleza, Terra do Vento: a influência da mudança nos padrões de ocupação do solo sobre a ventilação natural em cidade de clima tropical úmido. São Paulo, 2010. Dissertação (Mestrado em Arquitetura e Urbanismo, Tecnologia da Arquitetura) – Faculdade de Arquitetura e Urbanismo, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2010.

LIMA, J. F. Arquitetura: uma experiência na área da saúde / João Filgueiras Lima – São Paulo: Romano Guerra Editora, 2012. 336 p.

LUKIANTCHUKI, M. A. A evolução das estratégias de conforto térmico e ventilação natural na obra de João Filgueiras Lima, Lelé: Hospitais Sarah de Salvador e do Rio de Janeiro. Dissertação (Mestrado) - Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo. São Carlos, 2010.

LUKIANTCHUKI, Marieli Azoia. Sheds extratores e captadores de ar para indução da ventilação natural em edificações. 2015. Tese (Doutorado em Arquitetura, Urbanismo e Tecnologia) - Instituto de Arquitetura e Urbanismo, Universidade de São Paulo, São Carlos, 2015. DOI: 10.11606/T.102.2015.de-07082015-180544.

MEGAHED, N. A.; GHONEIM, E. M. Indoor Air Quality: Rethinking rules of buildin design strategies post-pandemic architecture. Environmental Research, v. 193, 2021, n. 110471. DOI: <https://doi.org/10.1016/j.envres.2020.110471>.

MELIKOV, A. K. COVID-19: Reduction of airborne transmission needs paradigm shift in ventilation. Building and environment, v. 186, p. 107336, 2020. DOI: <10.1016/j.buildenv.2020.107336>.

MILLER, S.L.; NAZAROFF, W. W.; JIMENEZ, J. L.; BOERSTRA, A.; BUONANNO, G.; DANCER, S. J.; KURNITSKI, J.; MARR, L. C.; MORAWSKA, L.; NOAKES, C. Transmission of SARS‐CoV‐2 by inhalation of respiratory aerosol in the Skagit Valley Chorale superspreading event. Indoor air, v. 31, n. 2, p. 314-323, 2020. DOI: <https://doi.org/10.1111/ina.12751>.

MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO. Guia de retorno das Atividades Presenciais na Educação Básica. Página 16. Disponível em: <https://www.gov.br/mec/pt-br/assuntos/GuiaderetornodasAtividadesPresenciaisnaEducaoBsica.pdf>. Acesso em: 23 de maio de 2022.

MONTERO, J. I. P. Ventilação e Iluminação Naturais na Obra de João Filgueiras Lima, Lelé. Estudo dos Hospitais da Rede Sarah Kubitschek Fortaleza e Rio de Janeiro. Dissertação (Mestrado) - Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo. São Carlos, 2006.

MORAWSKA, L.; MILTON, D. K. Reply to Chagla et al and Thomas. Clinical Infectious Diseases, v. 73, i. 11, 2021, p. 3983-3984. DOI: <https://doi.org/10.1093/cid/ciaa1121>.

PEREIRA, D. V.; FABRÍCIO, M. M. Applying precasting and mass customization in the hospital escola municipal de São Carlos. ZEMCH2014 International Conference, 2014, Londrina - Brazil.

PRATA-SHIMOMURA, A. R. Impacto da Altura de Edifícios nas Condições de Ventilação Natural do Meio Urbano. São Paulo, 2005. Tese (Doutorado em Arquitetura e Urbanismo, Tecnologia da Arquitetura) – Faculdade de Arquitetura e Urbanismo, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2005.

PRATHER, K. A.; MARR, L. C.; SCHOOLEY, R. T.; MCDIARMID, M. A.; WILSON, M. E.; MILTON, D. K. Airborne transmission of SARS-CoV-2. Science, v. 370, n. 6514, p. 303-304, 2020. DOI: <10.1126/science.abf0521>.

SARAH. A Rede Sarah. Disponível em: <https://www.sarah.br/a-rede-sarah/>. Acesso em: 23 de maio de 2022.

SCHOOLS FOR HEALTH. JONES, E.; YOUNG, A.; CLEVENGER, K.; SALIMIFARD, P.; WU, E.; LUNA, M. L.; LAHVIS, M.; LANG, J.; BLISS, M.; AZIMI, P.; CEDENO-LAURENT, J.; WILSON, C.; ALLEN, J. Healthy Schools: Risk Reduction Strategies for Reopening Schools. Harvard T.H. Chan School of Public Health Healthy Buildings program. June, 2020. Disponível em: <https://schools.forhealth.org/wp-content/uploads/sites/19/2020/06/Harvard-Healthy-Buildings-Program-Schools-For-Health-Reopening-Covid19-June2020.pdf>. Acesso em: 23 de maio de 2022.

SUN, C.; ZHAI, Z. The efficacy of social distance and ventilation effectiveness in preventing COVID-19 transmission. Sustainable Cities and Society, v. 62, n. 102390, 2020. DOI: <https://doi.org/10.1016/j.scs.2020.102390>.

TELLIER, R.; LI, Y.; COWLING, B.J.; TANG, J. W. Recognition of aerosol transmission of infectious agents: a commentary. BMC infectious diseases, v. 19, n. 1, p. 1-9, 2019. DOI: <https://doi.org/10.1186/s12879-019-3707-y>.

TOLEDO, Luiz Carlos. Arquitetura hospitalar. Ideias para combater a Covid-19 e as ameaças futuras. Drops, São Paulo, ano 20, n. 153.06, Vitruvius, jun. 2020. Disponível em: <https://vitruvius.com.br/revistas/read/drops/20.153/7793>. Acesso em: 23 de maio de 2022.

UNICEF. Precauções na sala de aula durante a pandemia de Covid-19: Dicas para proteger educadores, educadoras e estudantes. Disponível em: <https://www.unicef.org/brazil/precaucoes-na-sala-de-aula-durante-pandemia-de-covid-19>. Acesso em: 23 de maio de 2022.

WANG, J.; HUANG, J.; FENG, Z.; CAO, S. J.; HAGHIGHAT, F. Occupant-density-detection based energy efficient ventilation system: Prevention of infection transmission. Energy and Buildings, v. 240, n. 110883, 2021. DOI: <https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2021.110883>.

WHO. World Health Organization. Coronavirus disease (COVID-19). Disponível em: <https://www.who.int/health-topics/coronavirus#tab=tab_1>. Acesso em: 21 de fevereiro de 2022.

ZEMOURI, C.; AWAD, S. F.; VOLGENANT, C. M. C.; CRIELAARD, W.; LAHEIJ, A. M. G. A.; DE SOET, J. J. Modeling of the transmission of coronaviruses, measles virus, influenza virus, Mycobacterium tuberculosis, and Legionella pneumophila in dental clinics. Journal of dental research, v. 99, n. 10, p. 1192-1198, 2020. DOI: <10.1177/0022034520940288>.

Published

07/11/2022

How to Cite

XAVIER, A. C. de A.; LUKIANTCHUKI, M. A. .; DORNELLES, K. A. . Analysis of natural ventilation at School Hospital of São Carlos through CFD simulations. In: NATIONAL MEETING OF BUILT ENVIRONMENT TECHNOLOGY, 19., 2022. Anais [...]. Porto Alegre: ANTAC, 2022. p. 1–13. DOI: 10.46421/entac.v19i1.2108. Disponível em: https://eventos.antac.org.br/index.php/entac/article/view/2108. Acesso em: 14 may. 2024.

Issue

Section

Conforto Ambiental e Eficiência Energética