Ventilación estructural. Ventilación de confort. Ventilación natural El objetivo fundamental de la ventilación natural debe ser el de producir una corriente de aire de suficiente intensidad como para enfriar las masas interiores y, si el clima lo permite, refrescar también a las personas. Se definen entonces dos tipos de ventilación: Ventilación estructural. Ventilación de confort. Mendoza, abril de 2010

Ventilación Estructural Cuando un edificio es ventilado durante la noche su masa interior se enfría por convección y la técnica de enfriamiento se denomina ventilación estructural. Si esta masa es lo suficien-temente grande, con un área y aislación adecuadas, durante el día puede servir como un sumidero de calor, absorbiendo por convección y radiación el calor que ingresa al edificio y el generado en el interior del mismo. Mendoza, abril de 2010

Ventilación de confort El movimiento del aire sobre nuestra piel nos da una sensación de frescura debido a la evaporación del agua contenida en sus poros y a la eliminación de calor por convección. El aumento de la velocidad del aire interior (por corrientes de aire naturales o mediante el uso de ventiladores) nos permite soportar algunos grados más de tempera-tura que en el caso en que la velocidad del aire sea pequeña. Esta técnica se denominada ventilación de confort. Mendoza, abril de 2010

Ventilación de confort Los ventiladores deben ser empleados para el enfriamiento de las personas siempre que la humedad no sea demasiado alta. En aire quieto (0,1 m/s), la temperatura de confort a 60 % de HR es de 24 °C. A medida que la velocidad del aire aumenta, aumenta también esta temperatura de confort. La ASHRAE* recomienda un límite superior de velocidad de aire en locales de 8 m/s. Este valor de velocidad de aire permite aumentar en 3 °C la tempera-tura de confort óptima (hasta los 27 °C) y aún estar confortable dentro de un local a esa temperatura. Los ventiladores de techo generan velocidades de aire de este orden y distribuyen el aire más eficientemente dentro de la habitación que los ventiladores de pie oscilantes o los fijos del tipo caja. * American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers Mendoza, abril de 2010

Ventilación natural El éxito de la ventilación natural depende de cuán expuesto está el edificio al viento predominante en la región. Mendoza, abril de 2010

Ventilación natural Se debe procurar que las aberturas no se encuentren obstaculi-zadas por el entorno. Mendoza, abril de 2010

Movimiento del aire alredor de obstáculos La influencia global del viento en un lugar es tan importan-te que el flujo de aire desviado por los obstáculos tiende a recuperar la velocidad y dirección de la corriente principal. Mendoza, abril de 2010

Movimiento del aire alredor de obstáculos Zonas de baja presión se producen a lo largo de las superficies paralelas al viento y en el lado posterior del edificio, generando allí fuertes succiones y remolinos. Mendoza, abril de 2010

Movimiento del aire alredor de obstáculos La presencia de dos aberturas por local sobre muros opuestos permite una mejor ventilación que en el caso de una sola ventana. Mendoza, abril de 2010

Movimiento del aire alredor de obstáculos La ventilación cruzada puede ser mejorada con dos salidas de área to-tal igual a la de la entrada ubicadas en las paredes laterales del edificio. . El hecho de que hayan ventanas sobre dos o más paredes distintas no garantiza una buena ventilación según se observa en la figura de la derecha. La fuerte succión de las ventanas laterales movilizará el aire dentro de la habitación pero, como las 3 ventanas están bajo succión, la ventilación será mínima. Mendoza, abril de 2010

Movimiento del aire alredor de obstáculos En este caso, la ventilación será mejor en habitaciones con ventanas sobre tres paredes adyacentes que en locales con ventanas sobre dos paredes opuestas. Mendoza, abril de 2010

Movimiento del aire alredor de obstáculos La ubicación de las aberturas influye directamente en los patrones de ventilación de locales. Mendoza, abril de 2010

Movimiento del aire alredor de obstáculos Ventilación mínima debido a que la en-trada y la salida es-tán en succión Bien ventilada pe-ro menos que la A (doble cambio de dirección del vien-to) Mejor ventilada Ventilación reducida por la pared de parti-ción. En esta esquina el aire está quieto Mendoza, abril de 2010

Mendoza, abril de 2010

Movimiento del aire alredor de obstáculos Analizando los resultados obtenidos por B. Givoni (1976) para distintas configu-raciones de aberturas sobre una misma pared se aprecia que para el caso de dos ventanas sin proyecciones verticales (wingwalls), los cocientes de velocidades de aire interior/exterior en % son bajos para cualquiera de las cinco direcciones de viento incidente consideradas. Mendoza, abril de 2010

Ventilación natural Dado que el aire caliente tiende a acumularse cerca del techo, las ventanas deben ubicarse más próximas de éste que del piso. Mendoza, abril de 2010

Ventilación natural . Mendoza, abril de 2010

Ventilación natural por efecto de stack (estratificación térmica) El efecto de stack surge cuando se calienta el aire dentro del edificio resultando menos denso que el aire externo. Por lo tanto, se eleva y escapa hacia el exterior por las aberturas más altas del edificio. Mendoza, abril de 2010

Ventilación natural por efecto de stack (estratificación térmica) Mendoza, abril de 2010

Ventilación natural mediante chimeneas solares Mendoza, abril de 2010

Ventilación natural mediante chimeneas solares Las chimeneas deben ser externas al edificio a fin de que el calor de stack no ingrese dentro de él. Además se deben diseñar de tal forma que el aire caliente sea expelido al exterior independientemente de la dirección predominante del viento en la zona. La efectividad de estos sistemas es cuestionable y deben ser empleados solamente en lugares con temperaturas no muy altas durante las horas de sol ya que es en este período cuando mejor trabajan. Más aún, no funcionan durante la noche a menos que sean masivos. Por lo general, el efecto de stack es débil. En presencia tanto del efecto de stack y del efecto de viento, el cociente del flujo de aire combinado de ambos al flujo debido sólo al viento está dado por: (viento + stack) / viento = H: Altura chimenea en pies TA: Temp. Ambiente en °R* TS: Temp. Media de stack, °R PD: dif. Coefic. Presión ( 0,7) VV: veloc. del viento en pies/s (* °R = °F + 460) Mendoza, abril de 2010

Ventilación natural mediante chimeneas solares En este gráfico se repre-senta el cociente entre los flujos de aire com-binados de stack + vien-to y el debido sólo al viento en función de su velocidad medida a una altura de 10 m sobre el nivel del piso para una chimenea de 2,4 m de altura y dos temperatu-ras medias de stack. Se observa en la figura que a TS = 43 °C, aún para velocidades de viento mayores a 5 mph (2,2 m/s), el efecto del viento domina el flujo de ventilación. A TS = 29 °C la performance del stak es aún menor. Así, durante el mediodía, cuando las velocidades de viento generalmente son más altas y el efecto de stack más fuerte, el efecto del viento supera al efecto de stack y por lo tanto las chimeneas solares no son muy utilizadas. Mendoza, abril de 2010

Influencia de la altura de las aberturas Ventilación natural Influencia de la altura de las aberturas Mendoza, abril de 2010

Influencia de detalles de diseño Ventilación natural Influencia de detalles de diseño Mendoza, abril de 2010

Influencia del tamaño de las aberturas Ventilación natural Influencia del tamaño de las aberturas El flujo de aire en una habitación depende del área efectiva, A, de ventanas la cual está gobernada por la menor de las áreas entre la de entrada Ai y la de salida Ao. El área A se calcula mediante: Aumentar sólo el área de entrada o de salida es menos beneficioso que aumentar las dos a la vez. Para maximizar el flujo de aire dentro de la habitación, dado un valor de A, es mejor que las áreas de entrada y salida sean iguales. Mendoza, abril de 2010

Influencia de barreras exteriores Ventilación natural Influencia de barreras exteriores Influencia de la forma de las aberturas Las ventanas comunes de formato horizontal ventilan mucho mejor que las de formato cuadrado, y éstas a su vez, que las verticales para todos los ángulos de inciden-cia del viento con sentido práctico en ventilación de ambientes. Las ventanas de proyección man-tienen un patrón de flujo horizon-tal en la habitación cuando están abiertas completamente (a un án-gulo de 30° de la horizontal). Cuando este ángulo es mayor des-vían el aire hacia arriba. Mendoza, abril de 2010

Prediseño del tamaño de ventanas para ventilación natural El objetivo del diseño será suficiente flujo de aire por ventilación natural para remover el calor del edifcio y entonces utilizar ventiladores de techo para refrescar a las personas. B. J.Vickery desarrolló estudios en túnel de viento con modelos a escala y obtuvo la gráfica que se observa en la página siguiente la cual corresponde a edificios de un solo local con ventilación cruzada mediante 2 ventanas de igual tamaño ubicadas sobre paredes opuestas con y sin wingwalls. Es importante la forma de las curvas. El flujo de aire a través del local es aproximadamente independiente del ángulo de incidencia (ángulo al cual el viento incide a barlovento sobre la ventana) hasta los 50°. Además, el flujo no se hace 0 a un ángulo de incidencia de 90° debido a las fluctuaciones en la dirección del viento. El otro aspecto importante del estudio de Vickery es que los aleros y wingwalls no potencian sustancialmente la ventilación cruzada en habitacio-nes con ventanas sobre paredes opuestas (la mejoran un 15 % entre 40 y 60°). Mendoza, abril de 2010

Prediseño del tamaño de ventanas para ventilación natural Mendoza, abril de 2010

Flujo de aire = Y VV Ai en pie3/min Prediseño del tamaño de ventanas para ventilación natural El flujo de aire a través de la habitación está dado por: Flujo de aire = Y VV Ai en pie3/min Donde: Y está entre 0 y 1 y se obtiene de la gráfica de Vickery. VV es la velocidad del viento medida a 10 metros de altura sobre el piso (pie/min) Ai es el área de la ventana de entrada que se quiere dimensionar en pie2. Ejemplo: Se desea ventilar una habitación de 1.500 pie2 (135 m2) de área de piso y 8 pies (2,4 m) de altura a razón de 30 renovaciones de aire por hora. La velocidad de viento a 10 m de altura es de 7 millas/h (616 pie/min o 3,1 m/s), incidiendo con un ángulo de 30° sobre la ventana de entrada. El flujo de aire será, por tanto: Flujo de aire = vol. de la habitación x N° de renovaciones de airepor hora / 60 = 1.500 x 8 x 30 / 60 = 6.000 pie3/min (162 m3/min) Mendoza, abril de 2010

Prediseño del tamaño de ventanas para ventilación natural Ingresando en la gráfica de Vickery con un ángulo de incidencia de 30° hasta interceptar la curva correspondiente a un edificio convencional se obtiene un valor de 0,35 para Y. Entonces, de la ecuación de flujo de aire se obtiene: Ai = 6.000 / 0,35 / 616 = 27,8 pie2 (2,5 m2) Por lo tanto, sólo se requieren 27,8 pie2 de área de entrada para lograr las 30 renovaciones de aire por hora en el local. Dado que el valor de Y corresponde a dos aberturas de igual tamaño, el área total de ventanas es de 55,6 pie2 (5 m2), o sea, sólo un 4 % del área de piso. Si se utilizan ventanas con hojas deslizantes unas sobre otras (sliding windows), el área real de flujo es del 40 % del total de la ventana. En este caso, el área de apertura total necesaria será de: 55,6 / 0,4 = 139 pie2 (12 m2). Este valor representa el 9,3 % del área de piso. Mendoza, abril de 2010