Grelhas autorreguláveis: porque o ar não deve entrar pelas frinchas

Numa casa portuguesa típica, o ar novo entra por onde pode: pelas juntas das janelas, pela caixa de estore, por baixo da porta da entrada. Funciona mal, e as razões estão bem documentadas. Este artigo reúne o que dizem as fontes independentes, portuguesas e internacionais, sobre a diferença entre ventilar por frinchas e ventilar por grelhas autorreguláveis.

A infiltração é descontrolada por definição

O centro de investigação em ventilação da Agência Internacional de Energia (AIVC, Air Infiltration and Ventilation Centre) define a infiltração como «the uncontrolled inward leakage of outdoor air through cracks, interstices, and other unintentional openings of a building», movida pelo vento e pela diferença de temperatura (AIVC, TN 70, 2022). É, por definição, descontrolada.

O princípio que daí decorre tem mais de três décadas. Em 1992, o Building Research Establishment britânico resumiu-o assim: tornar a envolvente estanque e depois assegurar ventilação controlada, porque «a building cannot be too tight – but it can be underventilated» (Perera e Parkins, 1992). Em 2022, o AIVC escreveu que o lema build tight, ventilate right «is nowadays more important than ever before».

O AIVC reconhece que, em climas amenos como o português, a infiltração ainda conta como parte da renovação do ar. O problema não é ser inútil: é não ser fiável nem dimensionável.

O que se mede nas casas portuguesas

As medições em habitações portuguesas mostram falta de ar, não excesso:

• Na tese de doutoramento de Manuel Pinto (FEUP, 2008), os sistemas de ventilação das habitações «raramente incluem grelhas de admissão de ar». A renovação dependia sobretudo do vento: os casos mais baixos surgiam no rés-do-chão, com menor exposição.
• Em 20 habitações do distrito do Porto, a renovação medida com o CO₂ dos ocupantes ficou entre 0,15 e 0,46 renovações por hora (Gomes, Universidade de Coimbra).
• Em quatro edifícios do Porto, com a porta fechada, os quartos ficaram entre 0,14 e 0,51 e as salas entre 0,03 e 0,18 renovações por hora. «Não existe qualquer dispositivo de admissão de ar nos compartimentos principais» (Carneiro, FEUP, 2015).

O Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC) explica a física: no clima ameno de Portugal, a diferença de temperatura não chega para assegurar a ventilação numa parte significativa do ano. E define o que se pede a um bom sistema: «assegurar a ventilação mesmo quando as janelas estão fechadas» e «evitar caudais excessivos» (Viegas e Pinto, 2012).

Porque uma abertura fixa não chega

Uma abertura de área fixa comporta-se como um orifício. O Manual SCE modela-a assim (subsecção 9.1.2, equação 42):

$q_v = 0{,}281 \cdot A \cdot \Delta P^{0{,}5}$

em que $q_v$ é o caudal de ar através da abertura (m³/h), $A$ é a área livre da abertura (cm²) e $\Delta P$ é a diferença de pressão entre o exterior e o interior (Pa).

O caudal cresce com a raiz quadrada da pressão. A razão entre o caudal a duas pressões é $q_{v,2}/q_{v,1} = \sqrt{\Delta P_2 / \Delta P_1}$. Uma abertura dimensionada para o caudal certo a 2 Pa, com vento fraco, deixa passar $\sqrt{25/2} \approx 3{,}5$ vezes mais ar a 25 Pa e $\sqrt{100/2} \approx 7{,}1$ vezes mais a 100 Pa (cálculo).

O dilema foi descrito pela Universidade de Gante: com aberturas fixas, por vezes a pressão natural é tão baixa que o ar novo não chega; outras vezes entra muito mais ar do que o necessário (Willems e Janssens, 2005). O resultado são correntes de ar no inverno, que levam os moradores a fechar as aberturas. Num inquérito a 200 habitações recentes na Escócia, 63 % dos ocupantes mantinham as grelhas dos quartos e das salas fechadas, e um quarto deles apontava as correntes de ar como motivo (Sharpe et al., 2015). Essas grelhas eram sobretudo fixas ou de regulação manual.

O que faz uma grelha autorregulável

Uma grelha autorregulável tem uma válvula que fecha parcialmente quando a pressão aumenta. O Manual SCE descreve-a como um dispositivo com «elementos sensíveis à ação do vento na envolvente, o que lhes permite assegurar um caudal de ar aproximadamente constante, independentemente da ação do vento». O Manual SCE modela-a com duas equações (subsecção 9.1.2, equações 43 e 44):

$q_{v} = Q \cdot \sqrt{\frac{\Delta P}{x}} \quad (\Delta P \le x) \qquad q_{v} = Q \cdot \left(1 + 0{,}5 \cdot \frac{\Delta P - x}{100 - x}\right) \quad (\Delta P > x)$

em que $q_v$ é o caudal de ar através da grelha (m³/h), $Q$ é o caudal nominal da grelha (m³/h), $\Delta P$ é a diferença de pressão (Pa) e $x$ é a pressão de autorregulação da grelha (Pa). Para $\Delta P = 100$ Pa, a segunda equação dá $q_v = 1{,}5 \cdot Q$: o caudal fica limitado a 1,5 vezes o caudal nominal.

A Nota Técnica 54 do AIVC mostra que estes dispositivos «effectively maintain constant airflow rates over the range of pressure differences likely to be encountered in practice (i.e., 1 to 20 Pa)» e que podem eliminar a sobreventilação e a penalização energética associada (Axley, 2001).

A Portaria n.º 138-I/2021 pede exatamente isto à ventilação natural: meios para «limitar a renovação excessiva de ar, designadamente, devido à ação do vento intenso» (Anexo II, ponto 1.1, alínea b)).

O que a autorregulação não faz

Há dois limites que convém dizer com clareza:

• Não aumenta o caudal com pouco vento. Os dispositivos autorreguláveis «can not act to increase these forces under milder climatic conditions» (Axley, 2001). O que permitem é dimensionar a grelha para o caudal nominal a baixa pressão sem pagar o preço do excesso com vento forte. Por isso, para a ventilação natural, conta o caudal a 2 Pa.
• A poupança de energia é pequena. Na simulação da Universidade de Gante, as melhores grelhas reduziram as perdas de ventilação em cerca de 1 % numa moradia em banda e em 2,3 % a 4,8 % numa moradia isolada. Os autores concluíram que a estanquidade da casa tem um impacto muito maior (Willems e Janssens, 2005).

O argumento sólido é, portanto, ar novo garantido e controlado, com as janelas fechadas e sem correntes de ar com vento forte.

No certificado energético

O Manual SCE só reconhece a autorregulação quando há relatório de ensaio segundo as normas EN 13141-1 e EN 13142. Sem ensaio, a grelha é tratada como uma abertura fixa (Tabela 62). A tese de Manuel Pinto avisa também que as características comerciais das grelhas «podem não corresponder ao seu desempenho efectivo». O caminho é sempre o mesmo: pedir a curva de caudal ensaiada.

As grelhas Invisivent AIR e Transivent são autorreguláveis a partir de 2 Pa e têm os caudais ensaiados nas fichas técnicas, nos Downloads. A calculadora de ventilação escolhe a grelha por compartimento e verifica as 0,5 renovações por hora.

Fontes

• de Gids, W., Sherman, M. (eds.) (2022). 40 years to build tight and ventilate right. AIVC Technical Note 70. https://www.aivc.org/sites/default/files/TN70_40%20years%20-%20Technical%20Progress.pdf
• Perera, E., Parkins, L. (1992). Build tight – ventilate right. Building Services (BRE). AIVC airbase 5952. https://www.aivc.org/sites/default/files/airbase_5952.pdf
• Axley, J. W. (2001). Residential passive ventilation systems: evaluation and design. AIVC Technical Note 54. https://www.aivc.org/sites/default/files/members_area/medias/pdf/Technotes/TN54%20RESIDENTIAL%20PASSIVE%20VENTILATION.pdf
• Willems, L., Janssens, A. (2005). Performance prediction of dwelling ventilation with self-regulating air inlets. 26.ª Conferência AIVC, Bruxelas. https://www.aivc.org/sites/default/files/members_area/medias/pdf/Conf/2005/2005024_Willems.pdf
• Sharpe, T. et al. (2015). International Journal of Environmental Research and Public Health, 12(7), 8480–8497. https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC4515731/
• Pinto, M. (2008). Sistemas de ventilação natural e mistos em edifícios de habitação. Tese de doutoramento, FEUP. https://repositorio-aberto.up.pt/bitstream/10216/11015/2/Texto%20integral.pdf
• Gomes, M. F. T. R. Avaliação das taxas de infiltração de ar no sector residencial: estudo experimental de campo pelo método do CO₂ metabólico. Dissertação de mestrado, Universidade de Coimbra. https://estudogeral.uc.pt/bitstream/10316/38897/4/Dissertac%CC%A7a%CC%83o_EFS_2009103309.pdf
• Carneiro, B. C. L. (2015). Avaliação dos sistemas de ventilação implementados em diferentes edifícios. Dissertação de mestrado, FEUP. https://repositorio-aberto.up.pt/bitstream/10216/78122/2/34041.pdf
• Viegas, J., Pinto, A. (2012). Ventilação natural e mista em edifícios. Jornadas LNEC 2012. http://jornadas2012.lnec.pt/site_2_Cidades_e_Desenvolvimento/RESUMOS/T3_VIEGAS_r074.pdf
• Portaria n.º 138-I/2021, de 1 de julho, Anexo II, ponto 1.1 b). https://files.dre.pt/1s/2021/07/12602/0001200053.pdf
• Manual SCE, aprovado pelo Despacho n.º 6476-H/2021, na redação atual: subsecção 9.1.2 e Tabela 62. https://www.sce.pt/wp-content/uploads/2024/02/Manual-SCE-05022023.pdf