Análise do desempenho da ventilação natural no Hospital Universitário de São Carlos: simulações CFD

Performance analysis of natural ventilation at the São Carlos University Hospital: CFD simulations

Resumo

A ventilação natural é uma importante estratégia para o conforto térmico e a melhoria da qualidade do ar interno, principalmente em ambientes com alta ocupação, como enfermarias de hospitais. Diante disso, o objetivo desta pesquisa foi analisar o impacto das alterações no projeto original desenvolvido pelo arquiteto João Filgueiras Lima para o Hospital Universitário da UFSCar (São Carlos, SP) no desempenho da ventilação natural. Além disso, alterações para a melhoria da ventilação natural foram analisadas. O método baseou-se em simulações por dinâmica dos fluidos computacional e os resultados foram analisados de forma qualitativa (distribuição do fluxo de ar interno) e quantitativa (velocidade do fluxo de ar interno e sua correspondência com a percepção da ventilação pelos usuários; valores de Cps e da velocidade média do ar nas aberturas). A partir dos resultados, nota-se que as alterações realizadas impactaram significativamente no desempenho da ventilação natural nos ambientes internos (redução de 90% na velocidade do ar interno), comprovando a necessidade de aumento da área efetiva dos sheds, assim como garantir o funcionamento previsto originalmente dos forros basculantes para a eficiência da ventilação. Alterações, como a inclusão de abertura de saída a sotavento, juntamente com o aumento da área dos sheds, são efetivas.

Palavras-chave
Ventilação natural; Simulações CFD; Hospital Universitário de São Carlos; João Filgueiras Lima

Abstract

Natural ventilation is an important strategy for thermal comfort and improved indoor air quality, especially in highly occupied environments such as hospital wards. Therefore, the objective of this research was to analyze the impact of alterations to the original design developed by architect João Filgueiras Lima for the UFSCar University Hospital (São Carlos, SP) on the performance of natural ventilation. Furthermore, alterations aimed at improving natural ventilation were analyzed. The method was based on computational fluid dynamics simulations, and the results were analyzed both qualitatively (internal airflow distribution) and quantitatively (internal airflow velocity and its correspondence with users' perception of ventilation; Cps values and average air velocity at the openings). The results show that the alterations significantly impacted the performance of natural ventilation in the indoor environments (a 90% reduction in internal air velocity), confirming the need to increase the effective area of the sheds, as well as the originally planned operation of the tilting ceilings for ventilation efficiency. Changes, such as the inclusion of a leeward exit opening, along with increasing the area of the sheds, are effective.

Keywords
Natural ventilation; CFD simulations; University Hospital of São Carlos; João Filgueiras Lima

1 Introdução

O Brasil, devido à sua grande extensão territorial, apresenta um clima bastante variado. No entanto, a maior parte pode ser classificada como quente e úmida, tornando a ventilação natural a estratégia passiva mais importante para a realidade brasileira, após o sombreamento. Segundo Lamberts, Dutra e Pereira (2014), o seu uso é recomendado como principal estratégia para o verão e, para grande parte das cidades brasileiras, ao longo de todo o ano. A importância do uso da ventilação natural se destaca por duas funções principais: térmica, reduzindo as cargas térmicas dos ambientes internos e auxiliando na obtenção do conforto térmico; e higiênica, ao proporcionar a renovação do ar interno, reduzindo as taxas de CO₂ e contaminantes no ar (Givoni, 1976; Jomehzadeh et al., 2017; Szokolay, 2019; Stasi; Ruggiero; Berardi, 2024).

Diversas pesquisas destacam a importância da renovação do ar para melhorar sua qualidade nos ambientes internos (Turanjanin et al., 2014; Hesaraki; Myhren; Holmberg, 2015; Stabile et al., 2017; Simanic et al., 2019; Abbas; Dino, 2022; Plazas; De Tejada, 2024; Stasi; Ruggiero e Berardi, 2024; Khdair et al., 2026). Bhagat et al. (2020) e Lipinski et al. (2020) pontuam que os níveis de concentração de dióxido de carbono no ambiente podem indicar a potencial presença de patógenos aéreos, tais como a SARS-CoV-2 e bioaerossóis. Segundo os autores, concentrações acima de 750 ppm de CO₂ no nível de respiração dos usuários possibilitam uma baixa qualidade do ar interno com riscos de contaminação, requerendo medidas preventivas.

Outros estudos que relacionam a qualidade do ar, os níveis de CO₂ e a ventilação dos ambientes internos foram realizados em escala mundial desde o início da pandemia da COVID-19, ressaltando a importância de se avaliar esses parâmetros como uma forma de promover espaços mais salubres e confortáveis, satisfazendo tanto os usuários como as regulamentações vigentes (Melikov; Ai; Markov, 2020; Melikov; 2020; Awada et al., 2021; Megahed; Ghoneim, 2021; Ren et al., 2021; Zhao et al., 2021; Abbas; Dino, 2022; Kek et al., 2023; Plazas; De Tejada, 2024; Shoukry; Goubran; Tarabieh, 2024; Koley, 2024; Al-Rikabi et al., 2024). Embora constatam-se significativos avanços nos sistemas de ventilação e distribuição de ar nos ambientes internos, a qualidade do ar nesses ambientes tem recebido diversas críticas (Skistad, 2004; Chen; Moshfegh; Chelin, 2013; Müller et al., 2013; Awbi, 2017; Kek et al., 2023). Nos Estabelecimentos Assistenciais de Saúde (EAS), devido a sua grande complexidade, o ar-condicionado se tornou a solução mais utilizada, mas que demanda alto controle de assepsia para evitar a proliferação de bactérias e fungos nos dutos (Lima, 2012; Gobbi; Santos; Rola, 2019; Nourozi et al., 2024; Gorlach et al., 2025). Dessa forma, algumas pesquisas ressaltam a importância do investimento em estudos sobre o espaço físico, especialmente de EAS, para mitigar a disseminação de vírus e, assim, reduzir os impactos de pandemias na saúde das pessoas (Maraqa et al., 2018; Verma; Sahu; Sinha, 2018; Parhizkar et al., 2022; Zorzi et al., 2022; Kek et al., 2023; Nourozi et al., 2024; Gorlach et al., 2025).

Embora existam evidências da influência positiva da ventilação no conforto térmico e na recuperação de pacientes, a Resolução da Diretoria Colegiada - RDC nº. 50/2002 da Anvisa não reforça a importância do uso da ventilação natural, dificultando a sua aplicabilidade desde a concepção do projeto de EAS. A referida normativa recomenda prioritariamente o uso de sistemas de condicionamento artificial (Ministério da Saúde, 2002), justificando a necessidade de promover maior conforto térmico aos pacientes, controlar riscos de doenças transmitidas pelo ar e preservar a qualidade dos medicamentos armazenados. No entanto, edifícios condicionados artificialmente apresentam grande impacto ambiental, requerem maiores custos com manutenção e operação e aumentam o enclausuramento e a desconexão com o ambiente externo. É de conhecimento comum a limitação existente na aplicação da ventilação natural em áreas críticas, cujo risco de infecções é maior por envolver material biológico, pela realização de procedimentos invasivos ou pelos pacientes terem maior suscetibilidade aos agentes infecciosos. Por outro lado, em áreas não críticas — como as enfermarias —, o uso da ventilação natural é vantajoso, apresentando viabilidade técnica inclusive para outros setores hospitalares de baixo risco. Segundo Toledo (2020), a ventilação natural pode e deve ser utilizada em áreas de hospitais com baixo risco de infecção e outros dados apresentados em diversas pesquisas (Zimring et al., 2013; Parhizkar et al., 2022; Zorzi et al., 2022; Kek et al., 2023; Al-Rikabi et al., 2024; Nourozi et al., 2024; Gorlach et al., 2025) reforçam que projetos hospitalares inadequados podem aumentar o risco de transmissão de patógenos. Por outro lado, projetos baseados em práticas inovadoras podem reduzir a transmissão de patógenos, pela redução de carga destes micro-organismos (Maraqa et al., 2018; Giama, 2022; Zorzi et al., 2022).

No Brasil, dentre os projetos de EAS desenvolvidos, destacam-se os hospitais Sarah Kubitschek, desenvolvidos pelo arquiteto João Filgueiras Lima, o Lelé. Os referidos edifícios são mundialmente conhecidos como exemplos bem-sucedidos do uso de estratégias passivas, tais como a iluminação e ventilação naturais, para a obtenção de conforto e melhor qualidade do ar em seu interior (Montero, 2006; Lukiantchuki, 2010). Dentre os projetos de EAS desenvolvidos por Lelé, tem-se o Hospital Universitário de São Carlos, cujas soluções projetuais referentes à ventilação natural incluem o uso de sheds, forros móveis e galerias subterrâneas para captação e, posteriormente, o insuflamento do ar para os ambientes internos. Pesquisas científicas com enfoques diversos foram realizadas neste hospital, abrangendo o processo de projeto e industrialização da edificação (Pereira, 2012), a viabilidade de implantação de um sistema fotovoltaico para economia de energia (Duaik et al., 2022), a análise do funcionamento da instituição (Ricci et al., 2011) e o conforto térmico dos usuários (Costa, 2022). Entretanto, a literatura prévia não tangencia as lacunas referentes à ventilação natural, à qualidade do ar interno e ao panorama pós-pandemia na edificação, o que reforça a necessidade do estudo em questão (Xavier, 2024).

Além disso, o projeto do Hospital Universitário passou por alterações ao longo de sua construção e uso que comprometeram o sistema de ventilação original do hospital. Destacam-se a redução das aberturas dos sheds e o fechamento dos forros basculantes - que conectavam os ambientes internos à ventilação da cobertura -, descaracterizando a fidelidade ao projeto desenvolvido por Lelé. Essa problemática foi acentuada com a pandemia da COVID-19, reforçando, ainda mais, a importância de estudar o sistema de ventilação desse hospital em específico e como está atualmente.

Dessa forma, o objetivo dessa pesquisa foi analisar o impacto das alterações no projeto original desenvolvido pelo arquiteto João Filgueiras Lima para o Hospital Universitário da UFSCar, em São Carlos, SP, no desempenho da ventilação natural. Por fim, propõem-se alterações projetuais, compatíveis com a realidade do HU-UFSCar, a partir da análise comparativa entre o projeto original e o atual, visando auxiliar futuras alterações no projeto do estudo de caso.

2 Método

O método se estrutura em 3 etapas:

1. preparação para o levantamento dos dados dos arquivos climáticos e do projeto do HU-UFSCar;

2. etapa numérica descrevendo o processo da simulação computacional; e

3. forma de análise dos resultados obtidos por simulação computacional.

2.1 Etapa de preparação: caracterização dos ventos e do estudo de caso

2.1.1 Caracterização dos ventos de São Carlos - SP

O edifício está localizado na cidade de São Carlos – SP, situado na latitude 22° Sul e longitude 48° oeste, com altitude média de 856 m. O clima de São Carlos, com base na classificação de Köppen, é considerado como Cfa, que corresponde a um clima subtropical úmido com verão quente (Köppen Brasil, 2023). A precipitação média é de 1512 mm e a umidade relativa no verão é 76% e no inverno 54% (Alvares et al., 2014; Climate Data, 2023). Os dados dos ventos externos foram analisados com base nos arquivos climáticos do tipo.epw disponibilizados pelo INMet (LabEEE, 2022), no software EPvieW 1.4 (Roriz, 2012). Verifica-se que a direção predominante dos ventos se localiza nos quadrantes leste e sudeste, com orientação de 156° em relação ao azimute solar (Figuras 1 e 2). A velocidade do ar nessas direções é de aproximadamente 2 m/s. Para fins de projeto, adotou-se o valor de 2,24 m/s, com base na média histórica do verão — período em que o potencial de uso da ventilação natural é superior.

Figura 1
Regime dos ventos para a cidade de São Carlos - SP

Figura 2
Planta com a indicação da direção predominante dos ventos

O valor da velocidade do ar varia em função da rugosidade do terreno de seu entorno. O valor foi aplicado na equação 1 de correção da Camada Limite Atmosférica (CLA), com α=0,25, correspondendo à área de subúrbio, como o entorno do hospital.

Eq. 1 $\frac{U}{U_{ref}}={\left(\frac{h}{h_{ref}}\right)}^{\alpha }$

Onde:

U é a velocidade média do vento em certa altura h (m/s);

Uref é a velocidade do vento medida na altura de referência (m/s);

H é a altura da edificação;

href: altura de referência da velocidade do vento (10 m); e

α é a expoente de lei de potência da camada limite atmosférica (entorno).

A Figura 3 apresenta a alteração do perfil da CLA, em relação à altura, ao longo do domínio da simulação, para o projeto original. O comportamento da velocidade do vento se altera em decorrência da rugosidade do terreno e da proximidade à edificação, conforme esperado, estando de acordo com a literatura especializada. Nesse sentido, a velocidade dos ventos externos apresenta valores menores próximos ao solo, aumentando gradativamente conforme se distancia da superfície, até não sofrer mais interferência do terreno. Isso se comprova pela relação entre a velocidade do vento de referência dos dados climatológicos (2,24 m/s), inserida na equação de correção, e as velocidades obtidas na altura das aberturas dos sheds (1,89 m/s) e no nível do solo, junto ao alinhamento dos dutos de captação (1,21 m/s). Assim, tem-se uma redução de 15,6% e 46%, respectivamente, na velocidade do vento em decorrência da influência do entorno e da rugosidade do terreno.

Figura 3
Perfil da Camada Limite Atmosférica (CLA) no projeto original

2.1.2 Caracterização do recorte da área de estudo

Inicialmente, realizou-se o levantamento das peças gráficas do projeto original para a caracterização e a modelagem geométrica das áreas analisadas. O processo envolveu a consulta a livros, periódicos e projetos executivos fornecidos pelo escritório Brasil Arquitetura, responsável pela segunda etapa da obra. Os ambientes escolhidos para análise fazem parte do bloco de serviços gerais, onde se localizam as enfermarias coletivas, considerando-se os seguintes critérios:

1. o sistema de ventilação ocorre por sheds, configurando-se como ventilação exclusivamente natural;

2. local de grande permanência de usuários; e

3. ambientes que exigem atenção especial quanto à qualidade do ar interno e ao conforto térmico dos usuários.

Posteriormente, a área representativa do sistema de ventilação nesse bloco foi escolhida, considerando-se a limitação imposta pelo software de simulação, em sua versão estudantil. A modelagem completa do bloco de serviços gerais seria inviável e, assim, procurando a maior precisão possível na análise dentro das limitações impostas, foi realizado um recorte no sentido transversal do hospital, abrangendo:

1. pavimento técnico com os dutos responsáveis pela captação dos ventos externos;

2. enfermaria ventilada naturalmente pelas venezianas e forros basculantes; e

3. sheds extratores e/ou captadores de ar (Figura 4).

Assim, todo o sistema de ventilação foi analisado.

Para a análise do projeto original considerou-se todo o vão de abertura dos sheds, similar à ideia inicial de Lelé para o hospital. Além disso, áreas que não são de grande permanência e que não são naturalmente ventiladas foram modeladas como ambientes fechados (Figuras 4 e 5). Por fim, as Figuras 6 e 7 apresentam o detalhamento dos forros basculantes e a entrada do duto de captação, respectivamente.

Figura 4
Recorte da área de modelagem e análise

Figura 5
Corte transversal da área de análise do hospital

Figura 6
Detalhamento dos forros basculantes

Figura 7
Entrada do duto de captação de ar

Esta pesquisa integrou um projeto regular da FAPESP conduzido por uma equipe multidisciplinar, com a participação de profissionais médicos. A colaboração foi essencial para levantar o histórico de uso do hospital e mapear as alterações em seu sistema de ventilação. Para caracterização do projeto atual, foram realizadas visitas in loco e reuniões com membros integrantes do HU-UFSCar. As visitas foram realizadas em: 10/05/2023; 17/07/2023 e 11/08/2023, com duração de 2h cada e foram acompanhadas pela arquiteta responsável do HU, apresentando toda a edificação e as alterações no sistema de ventilação natural nos locais de análise.

Posteriormente, foram propostas três alterações projetuais para a melhoria do sistema de ventilação natural do hospital, com base no projeto original desenvolvido por Lelé. A alteração A1 propõe o aumento das aberturas dos sheds¸ seguindo com a ideia original apresentada no projeto inicial. Na Figura 8, tem-se a modulação que foi adotada na execução dos sheds do hospital: uma faixa de chapas metálicas dobradas, na base dos sheds, e uma faixa de vidros fixos logo acima.

Figura 8
Modulação do sistema de esquadrias adotado na execução do hospital

Diante disso, sugeriu-se a substituição da faixa superior de vidro fixo por telas. Essa medida visa permitir a circulação do ar e, ao mesmo tempo, impedir a entrada de animais e fuligem, atendendo à principal reclamação dos funcionários. Assim, aumentou-se o vão livre dos sheds (67,5%) se comparado com a situação atual (18,8%), por mais que não seja exatamente como o Lelé projetou (100%), em que haveria a abertura total dos sheds (Figura 9).

Figura 9
Proposta de alteração A1 para melhoria do sistema de ventilação do hospital

A alteração A2 propõe a inclusão de uma nova abertura na região posterior do último shed - posição contrária à dos ventos dominantes. Essa modificação permite a ventilação permanente entre a cobertura e os forros basculantes (Figura 10), assemelhando-se à solução adotada por Lelé no Hospital Sarah-Rio. Além disso, propõe-se a abertura com aletas metálicas para proteção contra as intempéries. Por fim, na alteração A3 tem-se o aumento das aberturas dos sheds aliado à nova abertura de saída, na região a sotavento (junção de A1 e A2) (Figura 11).

Figura 10
Proposta de alteração A2 para melhoria do sistema de ventilação do hospital

Figura 11
Proposta de alteração A3 para melhoria do sistema de ventilação do hospital

2.2 Etapa numérica: simulação por Dinâmica dos Fluidos Computacionais

2.2.1 Etapa de pré-processamento: CFX-Pre

A confecção da geometria do modelo e do domínio da simulação foi realizada no software AutoCAD, da empresa Autodesk. As aberturas da edificação foram modeladas de acordo com a dimensão da área efetiva de ventilação, simplificando elementos construtivos, tais como:

1. aletas dos sheds;

2. forros basculantes; e

3. venezianas de ventilação das paredes (Figura 12).

   

   Figura 12
   Simplificação das aletas metálicas dos sheds, das venezianas e forros basculantes
   

O formato retangular e as dimensões do domínio, foram definidas com base nas recomendações de Cost (2004) e Harries (2005):

1. barlavento – 5h;

2. laterais – 5h;

3. altura – 6h; e

4. sotavento – 10h, considerando h como a altura do edifício estudado (Figura 13).

   

   Figura 13
   Esquema com as dimensões relativas do domínio
   

A última etapa da modelagem da geometria consistiu na subtração do volume do edifício do domínio computacional, gerando um negativo volumétrico único por onde o fluido escoa.

Posteriormente, definiram-se as parts do modelo: as superfícies de entrada e saída do fluido foram denominadas de inlet e outlet, respectivamente; o piso como ground, e as superfícies laterais e superior do domínio foram denominadas de sky. Por fim, todas as superfícies referentes à edificação foram denominadas como building (Figura 14).

Figura 14
Parts da simulação computacional

Para a criação e refinamento da malha computacional, optou-se pelo tipo não estruturada tetraédrica. A escolha baseia-se em Cost (2004), que aponta malhas compostas por hexaedros ou tetraedros como as melhores opções para simulações numéricas. Em seguida, a malha foi refinada em 3 regiões:

1. arestas de base do domínio, pois representam o solo e seus elementos de entorno;

2. arestas verticais do domínio; e

3. arestas da geometria da edificação.

   As arestas de base do domínio e as arestas da geometria da edificação foram refinadas de maneira homogênea, com valores de element size, portanto, de 2,5 m e 0,75 m, respectivamente.

O refinamento das arestas verticais recebeu uma configuração adicional: o element size adotado foi de 5 m e foi aplicado um fator de bias de 5, para que a malha tivesse refinamento próximo da base do domínio e da edificação (Figura 15).

Figura 15
Malha computacional do modelo avaliado com o refinamento proposto

Em etapa posterior foram definidas as condições iniciais e de contorno, com base em diversas pesquisas científicas (Tominaga et al., 2008; Ramponi; Blocken, 2012; Calautit et al., 2014; Cost, 2014; Harries, 2015). O fluido utilizado é o ar nas condições isotérmicas de 25 °C. A escolha pelo modelo de turbulência se baseou em diversas pesquisas de ventilação natural que apresentaram bons resultados, utilizando-se, assim, o K-epsilon. Por fim, definiu-se um valor máximo de 500 iterações e indicou um valor mínimo para o critério de convergência de 10^-4, conforme recomendado por Costa (2009).

2.3 Forma de análise dos resultados

Para facilitar a análise dos resultados alcançados por meio das simulações computacionais, utilizou-se a nomenclatura de PO para o projeto original, PA para o projeto atual e A1, A2 e A3 para as alterações propostas. Para compreender a trajetória do fluxo de ar ao longo de toda a edificação, foi analisado um corte longitudinal com a plotagem dos vetores de velocidade do ar com a extração de valores pontuais (Figura 16). Além disso, foram definidos planos no sentido XY para a análise do escoamento na enfermaria, definindo o nível 0 na abertura do duto de captação e o corte na enfermaria, localizado a 1,50 m de altura (Figura 17).

Figura 16
Representação dos planos XZ nas simulações

Figura 17
Representação do plano XY nas simulações

Para as análises dos Coeficientes de pressão (Cps) e da velocidade média do ar nas aberturas, planos foram determinados no alinhamento dos sheds e linhas, no sentido horizontal e vertical, foram posicionadas para extração dos vetores de velocidade do ar nas aberturas. Posteriormente, extraíram-se valores quantitativos: valores de Cps e velocidade média do ar nas aberturas. Adicionalmente, realizou-se o cálculo do valor médio do fluxo de ar na enfermaria com o objetivo de correlacionar os dados experimentais aos parâmetros estabelecidos por Cândido et al. (2010). Essa análise buscou compreender a correspondência direta entre a velocidade do vento e a percepção subjetiva de ventilação por parte dos usuários, conforme os critérios apresentados na Tabela 1.

Tabela 1
Limites de aceitabilidade da velocidade do ar nos ambientes internos

Velocidade do ar (m/s)	Situação ocasionada
0 – 0,2	Ventilação natural imperceptível
0,2 – 0,4	Ventilação natural perceptível
0,4 – 0,8	Ventilação natural satisfatória (redução da carga térmica e contribui para o conforto)
Acima de 0,8	Controle necessário (incômodos como levantamento de papéis, desordem de cabelos, roupas e objetos)

• Fonte: adaptado de Cândido et al. (2010).

Por fim, para mensurar o impacto das alterações nos sheds e forros basculantes na ventilação natural, calculou-se a relação percentual (%) entre a velocidade externa (no nível central da abertura), a velocidade média nas aberturas e os valores obtidos na enfermaria.

3 Resultados e discussão

A discussão dos resultados divide-se em três etapas. Primeiramente, o desempenho da ventilação natural do projeto original de Lelé é comparado ao da edificação atual, que sofreu alterações na execução da obra e durante sua ocupação. Em seguida, analisa-se o impacto dessas modificações no sistema de ventilação.

3.1 Projeto original (PO) X Projeto atual (PA)

3.1.1 Comportamento do escoamento do ar: projeto original (PO)

A Figura 18 apresenta um gráfico com a relação entre os valores de Cp médio e a velocidade média do ar nas aberturas do PO. É possível visualizar a relação direta que se estabelece entre os Cps, os valores da velocidade do ar nas aberturas e o fluxo de ar nos sheds (captação ou extração). Nota-se que o shed 1 funciona como captador (maior Cp) com a maior velocidade do ar, enquanto os demais sheds atuam como extratores, com valores de Cp e velocidade do ar proporcionalmente decrescentes conforme se distanciam do shed 1 (valores de Cp de 0,63, 0,45 e 0,36, respectivamente, e as velocidades de 0,55 m/s, 0,50 m/s e 0,46 m/s, respectivamente). Isso acontece em decorrência da geometria e proximidade dos sheds e pelo fato de todas as aberturas estarem localizadas e direcionadas para o mesmo lado, gerando um diferencial de pressão pela formação de uma área de sombra de vento nas aberturas dos sheds 2, 3 e 4.

Figura 18
Relação do Cp médio com a velocidade média do ar nas aberturas do PO

Isso se comprova pelo comportamento do escoamento do ar na região entre os sheds e os forros basculantes. Nota-se, de maneira geral, uma grande quantidade de fluxo de ar sendo captado pelo primeiro shed, com uma velocidade média de 0,84 m/s. O vento captado nessa estrutura se direciona para a região interior, tangenciando a face interna do primeiro shed, em decorrência de sua geometria aerodinâmica. A maior parte desse fluxo desloca-se em direção aos forros, enquanto o restante é direcionado para a região superior, sendo extraído pelos sheds 2, 3 e 4 devido à ação do vento que tangencia a cobertura. Esse fenômeno provoca uma redução da pressão nas aberturas e, consequentemente, diminui a extração do fluxo de ar, que apresenta vazão e velocidades progressivamente menores: 0,55 m/s, 0,50 m/s e 0,46 m/s, respectivamente (Figuras 18 e 19). Percebe-se, ainda, áreas de aceleração do ar na região interna dos sheds (1,62 m/s, 1,59 m/s e 1,11 m/s) em decorrência do efeito Venturi e da geometria dos sheds. Além disso, é possível visualizar a formação de vórtices de ar, principalmente próximo às aberturas de saída, nesse caso, com velocidades menores do que o fluxo de ar interno (0,62 m/s e 0,45 m/s - Figura 19).

Figura 19
Escoamento da câmara de pleno do PO com valores da velocidade do ar

Na enfermaria, o fluxo de ar entra pelos forros basculantes e é direcionado para a região inferior do espaço, devido ao formato aerodinâmico dos sheds e pela extremidade formada no início do forro (P1 – Figura 20). Ao analisar os valores da velocidade do ar acima e abaixo dos forros basculantes, percebe-se que com os forros totalmente abertos, existe um bom aproveitamento do fluxo de ar da cobertura para ventilação do ambiente interno (Figura 20). Já em relação às velocidades do ar na altura do usuário ao longo de toda a enfermaria, notam-se regiões com maiores fluxos (0,71 m/s, 0,85 m/s e 0,69 m/s) e menores fluxos (0,14 m/s, 0,10 m/s e 0,23 m/s), indicando, segundo Cândido et al. (2010), uma ventilação natural imperceptível e que necessita de controle, respectivamente. Ressalta-se que a simulação considerou a abertura total dos forros, podendo ser modificada conforme a necessidade dos usuários (Figuras 21 e 22).

Figura 20
Valores da velocidade do ar acima e abaixo dos forros basculantes no PO

Figura 21
Representação em planta dos valores do fluxo de ar na enfermaria no PO

Figura 22
Representação em corte da velocidade média do ar ao longo da enfermaria do PO

3.1.2 Comportamento do escoamento do ar: projeto atual (PA)

A Figura 23 apresenta a relação do Cp médio com a velocidade média do ar nas aberturas do PA. Percebe-se pelos valores de CP médio e pela direção dos vetores de ar que, por conta do fechamento na base do shed 3 e da criação de dois espaços independentes, os sheds 1 e 3 atuam como captadores de ar e os sheds 2 e 4 como extratores de ar. Além disso, visualiza-se graficamente a redução na velocidade do ar na região imediatamente posterior às aberturas dos sheds (tracejado laranja), por conta do fechamento quase total das aberturas dos sheds. Diante disso, por mais que a velocidade do ar antes da abertura seja elevada (tracejado verde), esse fluxo de ar não adentra a edificação (Figura 23).

Figura 23
Relação do Cp médio com a velocidade média do ar antes e após as aberturas PA

Com relação à distribuição do fluxo de ar na enfermaria do PA, nota-se, qualitativamente, que uma pequena quantidade de fluxo adentra a edificação, ocasionado pela ausência de parte dos forros basculantes. Observa-se que o fluxo de ar acima da estrutura apresenta baixas velocidades, com magnitudes entre 0,10 m/s e 0,23 m/s. Essa condição, associada à obstrução da maior parte dos forros, resulta em velocidades do ar reduzidas na enfermaria, com registros de 0,03 m/s, 0,06 m/s e 0,07 m/s (Figura 24). Isso se confirma pela pouca quantidade de vetores de velocidade do ar, cuja coloração de azul escuro representa baixos valores. Além disso, para analisar a velocidade média no interior da enfermaria, calculou-se a média do fluxo de ar neste ambiente, obtendo-se o valor de 0,06m/s, o que comprova uma ventilação natural imperceptível (Cândido et al., 2010). Tanto nas simulações do PA quanto do PO, considerou-se a abertura completa dos forros basculantes; assim, mesmo considerando a máxima eficiência do sistema de ventilação no PA, ainda haverá baixo aproveitamento dos ventos externos para os ambientes internos (Figura 25).

Figura 24
Valores da velocidade do ar acima e abaixo dos forros basculantes no PA

Figura 25
Distribuição em planta da velocidade média do ar na enfermaria do PA

Constata-se que, apesar das divergências quantitativas entre os valores de Cps extraídos nas aberturas para o PO e o PA, o comportamento dinâmico é equivalente. Em ambos os cenários, a magnitude máxima localiza-se no shed sob incidência direta dos ventos dominantes (shed 1), ao passo que as demais estruturas apresentam decréscimo progressivo nos valores conforme o distanciamento da abertura inicial (Figura 26). Esse comportamento é coerente com a literatura especializada (Levitan et al., 1991; Uematsu; Isyumov, 1999; ASHRAE, 2005; Santamouris; Wouters, 2006), que indica a variação nos Cp conforme a forma da edificação e a orientação dos ventos dominantes nas aberturas. Como as alterações de projeto se concentraram no espaço interno da volumetria da edificação, sem alterar essas características, os valores de Cp mantêm seu padrão para os dois casos. Por fim, percebe-se que a alteração do fechamento vertical na base do shed 3 faz com que o fluxo de ar assuma comportamento contrário nesse shed para o PO e o PA.

Figura 26
Cps nas aberturas do PO e do PA

A Figura 27 compara a velocidade média do fluxo de ar no ambiente externo, no limite das aberturas e na enfermaria, juntamente com os limites de aceitabilidade da velocidade do ar nos ambientes internos, com base na escala de Cândido et al. (2010). Nota-se que acontece uma redução na velocidade média do ar se comparada com o valor extraído no exterior, nos dois casos avaliados. Isso acontece por conta da estrutura dos sheds, que apresenta um prolongamento da cobertura e pela inclusão de aletas metálicas para proteção das aberturas contra intempéries. O decréscimo verificado no PO foi de 55,6%, ao passo que no PA atingiu 88,9% em relação ao valor externo. Essa redução decorre do fechamento das aberturas dos sheds, a qual impede a admissão do fluxo de ar na edificação. Esses resultados demonstram que as modificações de projeto convertem a condição de ventilação natural satisfatória para um regime de escoamento imperceptível, não promovendo a redução da carga térmica nem contribuindo para o conforto térmico dos ocupantes. Esse desempenho é reforçado de forma qualitativa na Figura 28, onde é evidente a influência do fechamento dos sheds no aproveitamento dos ventos externos para a ventilação natural.

Figura 27
Velocidades médias no exterior, nas aberturas e na enfermaria do PO e do PA

Figura 28
Escoamento do fluxo de ar no PO e no PA

3.2 Propostas de alterações A1, A2 e A3

A Figura 29 apresenta a relação que se estabelece entre os Cp e os vetores (direção e intensidade) da velocidade do vento no alinhamento dos sheds para as alterações A1, A2 e A3.

Figura 29
Relação dos Cps com a intensidade e direção dos ventos no A1, A2 e A3

De maneira geral, percebe-se que o comportamento do escoamento nas alterações A1 e A3 são similares com relação aos seguintes pontos:

1. captação para o shed 1 e extração para o shed 2, com valores próximos para os dois casos;

2. diminuição significativa nos valores do shed 3 em relação ao shed 2, devido ao fechamento vertical na base do shed 3; e

3. movimento de captação para o terceiro shed, por conta do fechamento na base.

Em contrapartida, dentre as diferenças encontradas entre as alterações A1 e A3, destaca-se:

1. valores menores de Cp para os sheds 3 e 4 na A3, devido a criação de uma abertura a sotavento, gerando um movimento de sucção, diminuindo os valores de Cp nos dois últimos sheds;

2. na A1, o shed 4 exerce movimento de extração do ar captado no shed 3, enquanto na A3, percebe-se que tem extração e captação no shed 4, uma vez que em alguns momentos, a estrutura extrai o vento que adentrou a edificação pelo shed 3, mas em outros capta o vento que posteriormente é extraído na abertura a sotavento.

Para A2, é possível perceber que a diferença entre os valores de Cp dos sheds 1 e 2 é menor do que se encontra nos casos da A1 e A3, em decorrência do tamanho reduzido das aberturas. Assim, por mais que seja notável o movimento de captação do shed 1 e extração do shed 2, ele acontece de maneira reduzida. Além disso, por conta do fechamento vertical na base do shed 3 e aliado à criação de uma abertura na região de sotavento, para a A2, os sheds 3 e 4 desempenham captação, com valores de Cp reduzidos, uma vez que possuem aberturas pequenas e localizadas em regiões de sombra de vento.

Ao analisar os vetores de velocidade do ar nas alterações A1 e A3, percebe-se que na porção esquerda do hospital, o comportamento é bastante semelhante entre as duas alterações e o PO. Entretanto, na porção direita dos sheds nota-se que devido à inclusão de uma abertura a sotavento na A3, junto com o aumento das aberturas dos sheds¸ a porção direita do HU recebe maior quantidade de ar do que na A1, por induzir um diferencial de pressão com ventilação cruzada. Na alteração A2, é visível o impacto significativo que o fechamento das aberturas ocasiona na quantidade de ar que adentra a edificação. O comportamento do fluxo de ar na porção esquerda da edificação para o PO se assemelha ao comportamento no PA, pois a alteração proposta se localiza no shed 4 e não impacta nessa porção do hospital. Já na porção direita do hospital, por conta da inclusão de uma abertura de saída de ar na área a sotavento, é possível perceber a movimentação de ar que acontece no sentido de captação pelos sheds 3 e 4 e extração pela nova abertura. Apesar da indução de um movimento de diferencial de pressão por ventilação cruzada, esse fluxo ainda é bastante reduzido em decorrência do tamanho das aberturas dos sheds e pela localização na área de sombra de vento dos sheds 1 e 2 (Figura 30).

Figura 30
Escoamento na câmara de pleno nas alterações A1, A2 e A3, respectivamente

As Figura 31, 32 e 33 apresentam as plantas da enfermaria com os vetores do fluxo de ar e a indicação dos forros basculantes que estão funcionando. É possível visualizar que mesmo com as alterações propostas, em todos os casos, existe uma quantidade reduzida de vetores da velocidade do ar e com coloração de azul escuro. Além disso, o cálculo do valor médio resultou em 0,12 m/s para a A1, 0,08 m/s para a A2 e 0,13 m/s para a A3. De acordo com Cândido et al. (2010), em todas as configurações avaliadas, o fluxo de ar caracteriza-se como uma ventilação natural imperceptível. Esse comportamento evidencia que a variação na distribuição dos vetores ao longo da enfermaria decorre, exclusivamente, da captação do vento por meio dos forros operacionais. Assim, até nos locais de maior velocidade, esses valores de velocidade são reduzidos: 0,22 m/s na A1, 0,14 m/s na A2 e 0,26 m/s na A3.

Figura 31
Fluxo de ar em planta com a projeção dos forros basculantes na enfermaria da A1

Figura 32
Fluxo de ar em planta com a projeção dos forros basculantes na enfermaria da A2

Figura 33
Fluxo de ar em planta com a projeção dos forros basculantes na enfermaria da A3

Por fim, na Figura 34 estão representados os Cps nas aberturas dos sheds para a síntese e correlação dos resultados acerca do PO, do PA e das alterações propostas. Observa-se, primeiramente, a variação de Cp que se estabelece entre os sheds 2 e 3. É possível notar que o delta Cp do PA (0,46) e das alterações A1, A2 e A3 (0,41, 0,73 e 0,36, respectivamente) são maiores do que o PO (0,18). Essa relação acontece em decorrência do fechamento na base do shed 3, que também não foi modificado nas alterações. Além disso, outro aspecto observado é que os valores de Cp para o shed 2 são similares para o PA e a A2 (0,77 e 0,75), assim como o PO, a A1 e a A3 também têm valores próximos (0,67, 0,65 e 0,63). Acredita-se que essa diferenciação acontece pelo tamanho da abertura que, nos casos do PA e da A2, é bastante reduzido. Ademais, os valores de Cps dos sheds 3 e 4, referentes às configurações A2 e A3, caracterizam-se por magnitudes inferiores àquelas observadas nos demais cenários. Esse comportamento decorre da introdução de uma abertura de exaustão na região de sotavento em ambas as situações, o que induz a redução dos Cps nos dois sheds posteriores. Por fim, a relação que se configura é do shed 1 como a abertura com o maior valor de Cp e as demais apresentando um decréscimo de seus valores conforme se distanciam da primeira estrutura em todos os casos. Esse comportamento é coerente e esperado, uma vez que para todas as situações, as aberturas são sequenciadas e estão orientadas para o mesmo lado (barlavento).

Figura 34
Cps nas aberturas do PO, PA, A1, A2 e A3

Figura 35
Velocidades médias nos casos PO, PA, A1, A2 e A3

Além da relação estabelecida entre os dados de Cp, os dados evidenciados na Figura 35 demonstram os impactos que as alterações ocasionaram na ventilação natural do HU, tanto na escala do edifício quanto para os usuários. Percebe-se que a abertura da área efetiva dos sheds (A1 e A3) representa uma melhoria significativa no aproveitamento dos ventos externos para a ventilação natural. Para essas alterações, chega-se a um percentual de 32,3% da velocidade externa em relação à velocidade nas aberturas de entrada. Além disso, percebe-se que a alteração A2 apresentou um valor igual ao PA, devido ao fato de que nos dois casos as aberturas são reduzidas (11,1% de aproveitamento para ventilação natural). Além disso, apesar das alterações propostas, o fechamento dos forros basculantes exerce um impacto significativo na quantidade de ar que adentra a enfermaria. Isso é confirmado pelos valores da velocidade média na enfermaria que tanto para o PA (0,06 m/s) quanto para as alterações (0,13 m/s, 0,08 m/s e 0,12 m/s, respectivamente) se configuram como uma ventilação natural imperceptível (Cândido et al., 2010). Dessa forma, por mais que as alterações A1 e A3 representem melhorias significativas na captação dos ventos externos para a ventilação natural do HU, esse potencial não se estende aos ambientes internos em decorrência do fechamento dos forros basculantes.

4 Conclusões

O projeto do HU-UFSCar apresentou um processo de projeto e execução de obra segmentados que resultou em diversas alterações que descaracterizaram o projeto original, impactando diretamente no sistema de ventilação natural idealizado inicialmente. O uso e ocupação do equipamento, dificuldades na manutenção do edifício e a pandemia da COVID-19 também resultaram em alterações no sistema de ventilação. De forma geral, conclui-se que as alterações realizadas impactaram drasticamente o sistema de ventilação natural proposto pelo arquiteto. A redução da área efetiva das aberturas dos sheds, em conjunto com a ausência de funcionamento de grande parte dos forros basculantes, fez com que o aproveitamento dos ventos externos para a ventilação dos ambientes internos fosse de apenas 3,2%, enquanto o projeto idealizado pelo arquiteto permitiria 30,7%. O impacto dessa redução resultou em uma ventilação natural imperceptível no ambiente interno, frente à possibilidade de uma ventilação natural bastante satisfatória.

Em relação às alterações propostas, percebem-se melhoras significativas para o fluxo de ar no HU. Entretanto, o benefício da ventilação para a enfermaria não acontece sem o funcionamento dos forros basculantes. Apesar disso, mesmo sem a abertura dos forros, a importância de aumentar a área efetiva de ventilação dos sheds é expressiva. Destaca-se, também, que a abertura a sotavento é uma alteração significativa para o melhor desempenho da ventilação se for aliada à abertura dos sheds.

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Declaração de Disponibilidade de Dados

Dados de pesquisa somente disponíveis mediante solicitação ao autor correspondente.

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Editado por

• Editor:
  Giane de Campos Grigoletti

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  31 Jul 2026
• Data do Fascículo
  Jan-Dec 2026

Histórico

• Recebido
  11 Fev 2026
• Revisado
  13 Abr 2026
• Aceito
  20 Maio 2026