ventilación natural

VENTILACIÓN NATURAL – Conceptos Básicos
Septiembre 2013
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INTRODUCCION
El siguiente documento tiene el fin de ser una guía básica para el desarrollo de estudios de técnicas
bioclimáticas para cualquier lugar donde YUSO PROYECTOS tenga que proyectar. Es un documento que
se retroalimenta por cada uno de los miembros a medida que se vayan desarrollando las distintas
investigaciones.
Lo que se presenta a continuación es una recopilación de información que en muchos casos es textual a
la fuente, no pretende ser un trabajo de investigación o análisis, es solo informativo. Parte de la
información es tomada del profesor Msc Michael Smith en la materia Técnicas Bioclimáticas, que imparte
en el posgrado de Arquitectura Tropical en la Universidad de Costa Rica, adicionalmente se usaron otras
referencias bibliográficas y de paginas en internet.
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VENTILACIÓN NATURAL - Conceptos Básicos
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VENTILACION NATURAL
CONCEPTOS
La ventilación natural es la ventilación en la que la renovación del aire
se produce exclusivamente por la acción del viento o por la existencia
de un gradiente de temperaturas entre el punto de entrada y el de
salida. Consiste en favorecer las condiciones (mediante diferencias de
presión y/o temperatura) para que se produzcan corrientes de aire de
manera que el aire interior sea renovado por aire exterior, más frío,
oxigenado y descontaminado.
La ventilación natural y el movimiento del aire podrían considerarse
bajo el epígrafe de “controles estructurales”, porque no cuentan con
ninguna forma de suministro de energía ni instalaciones mecánica,
pero debido a su importancia en el confort humano, se les reserva una
sección aparte.
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Información tomada del libro Vivienda y edificios en zonas cálidas y tropicales.
VENTILACIÓN NATURAL - Conceptos Básicos
c
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VENTILACION
FUNCIONES BASICAS
Existe una diferencia radical en la forma de estas funciones, las dos
primeras se consideran como “ventilación”, pero la ultima se considera
por separado como “movimiento del aire”
1. PROVEER AIRE FRESCO
2. ENFRIAMIENTO ESTRUCTURAL
Información tomada del libro Vivienda y edificios en zonas cálidas y tropicales.
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3. ENFRIAMIENTO FISIOLOGICO
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VENTILACION
FUNCIONES BASICAS
1. Proveer cantidad y calidad de aire fresco
Los requisitos para el aprovisionamiento de aire puro depende del tipo
de vivienda, del numero y actividad de sus ocupantes y de la
naturaleza de cualquiera de los procesos llevados a cabo en el recinto.
Información tomada del libro Vivienda y edificios en zonas cálidas y tropicales.
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VENTILACION
FUNCIONES BASICAS
2. Enfriamiento estructural
Este consiste en el enfriamiento de las estructuras, mediante el cambio
de aire interior por aire exterior puro, siempre y cuando que la
temperatura exterior sea menor a la interior. El movimiento del aire
actúa como un medio portador de calor.
Información tomada del libro Vivienda y edificios en zonas cálidas y tropicales.
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VENTILACION
FUNCIONES BASICAS
3. Enfriamiento fisiológico
El aire en movimiento, al pasar por la superficie de la piel, acelera la
disipación de calor de dos maneras; aumentando la perdida de calor
por convección y acelerado al evaporación.
Información tomada del libro Vivienda y edificios en zonas cálidas y tropicales.
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VENTILACION
TIPOS DE VENTILACION EN EDIFICIOS
1. ACTIVOS
VENTILACION MECÁNICA
Los sistemas activos de ventilación, son todos aquellos que necesitan
energía eléctrica para su funcionamiento. Esta se realiza mediante la
creación artificial de depresiones o sobrepresiones en conductos de
distribución de aire o áreas del edificio. Éstas pueden crearse mediante
extractores, ventiladores, unidades de manejo de aire (UMAs) u otros
elementos accionados mecánicamente.
Uno de los puntos más significativos de consumo de energía en el
edificio es el sistema de acondicionamiento. Ya se trate de calefacción
o de refrigeración, el consumo suele ser muy elevado en cualquier
circunstancia. Por ello, el empleo de equipos de generación de calor o
de frío con alto rendimiento, dentro de instalaciones adecuadas y
dimensionadas correctamente, ahorrará mucha energía
2. PASIVOS VENTILACION NATURAL
Los sistemas pasivos de ventilación, son todos aquellos que
implementan solo el uso de ventilación natural. Esta se crea por la
diferencia de presión causada por los efectos del viento sobre el
edificio y/o por las diferencias de temperatura entre el aire del interior y
el aire del exterior.
Para esto es necesario la adecuada ubicación de superficies, pasos o
conductos aprovechando las depresiones o sobrepresiones creadas en
el edificio por el viento, humedad, sol, convección térmica del aire o
cualquier otro fenómeno sin que sea necesario aportar energía al
sistema en forma de trabajo mecánico.
Entre sus principales ventajas esta la del bajo costo inicial de
mantenimiento y operativo comparado con los sistemas de aire
acondicionado, y el no consumir energía disminuye la emisiones de
CO2 que produce el edificio.
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VENTILACION NATURAL
FACTORES QUE INFLUYEN EN EL DISEÑO
Contaminación
Sombreo
Orientación
Diseño de aperturas
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Forma del edificio
Aislamiento térmico
Masa térmica
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VENTILACION NATURAL
TIPOS DE VENTILACION NATURAL
DIFERENCIA DE PRESION
DIFERENCIA DE TEMPERATURA
Consiste en la distribución de presiones negativas y
positivas para generar ingreso e interacción de flujos sobre
el edificio.
También llamado efecto chimenea, se genera mediante la
diferencia de temperatura del aire interior y el aire exterior.
Gracias a la convección natural del aire que al calentarse se
eleva por tener menor densidad. Para esto se deben manejar
aperturas inferiores y superiores
Información suministrada por el Arq. Michael Smith
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CRITERIOS PARA DISEÑO POR DIFERENCIA DE PRESIÓN
CONFIGURACIONES EXTERNAS
A causa de su cantidad de movimiento, el flujo laminar del aire tiende a
mantener una trayectoria recta después de haber sido desviado; por
consiguiente, tardará cierto tiempo en volver a la superficie del suelo
después de pasar el obstáculo. Por eso también se forma una masa de
aire en sotavento que no esta del todo estancado, pero se mueve
ligeramente y de un modo variable, la cual se denomina “sombra de
viento”. Conviene evitar las sombras de viento creadas por
obstrucciones cara al viento al situar el edificio y al colocar las
aberturas en él.
El gradiente de velocidad del viento se hace mayor ante las superficies
irregulares, tales como edificios dispersos, vallas, arboles o arbustos,
pero incluso con un gradiente de velocidad moderado, tal como el que
se desarrolla sobre suelo suave y abierto, un edificio bajo nunca puede
obtener velocidades de aire similares a otro más alto.
Sombra de viento
Información tomada del libro Vivienda y edificios en zonas cálidas y tropicales.
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Gradiente de velocidad
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CRITERIOS PARA DISEÑO POR DIFERENCIA DE PRESIÓN
CONFIGURACIONES EXTERNAS
La utilización de vegetación dentro del diseño de un sistema de
ventilación es muy importante; causa distintos efectos en los patrones
del flujo del aire y en la velocidad de viento.
Con el diseño de elementos vegetales como arboles, arbustos y setos,
etc., incluyendo algunos elementos no naturales como celosías,
cercas, bardas, etc.,. Pueden crearse zonas de alta o baja presión
alrededor de la vivienda con respecto a sus aberturas.
Barreras vegetales
Información tomada del libro Viento y Arquitectura. García y Fuentes
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Topografía
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CRITERIOS PARA DISEÑO POR DIFERENCIA DE PRESIÓN
ORIENTACIÓN
Se genera la mayor presión del aire cuando a barlovento de un edificio
la fachada esta en ángulo recto con la dirección del viento, de tal forma
que parece evidente que se consiga la mayor velocidad del aire en el
interior, precisamente en este caso,
Sin embargo, Givoni (Basic study of ventilation problems in hot
countries,1962) encontró que si el viento incide a un ángulo de 45°
aumento la velocidad media del aire interior y daría una mejor
distribución de su movilidad.
Misma presión, circuito
corto que hace débiles son
flujos secundarios
Esto parece contradecir el sentido común y los hallazgos de otros
investigaciones, pero se puede explicar con el siguiente fenómeno. En
la figura “a” se muestra el contorno del flujo del aire a 90°, y la figura
“b” a 45°, en un edificio de planta cuadrada. En el segundo cas o se
crea un mayor velocidad a lo largo de las fachadas de barlovento; por
consiguiente, la sombra del viento será mucho mas ancha, la presión
negativa (efecto succión), aumentara y resultara un flujo de aire interior
acrecentado.
Gradiente de presión que
incrementa la circulación
del aire
El muro aleta junto a
vientos oblicuos, aumenta
la presión y la succión.
Información tomada del libro Vivienda y edificios en zonas cálidas y tropicales. Ingersoll y Szokolay.
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CRITERIOS PARA DISEÑO POR DIFERENCIA DE PRESIÓN
VENTILACIÓN TRANSVERSAL
En ausencia de una abertura de salida, no hay movimiento eficaz de
aire a través del edificio, incluso en el caso de fuertes vientos. Con una
abertura a barlovento y sin ninguna salida se creara una presión
interior muy similar a la que aparece en la fachada frontal del edificio,
que da lugar a condiciones incluso peores, aumentando la falta de
confort. Esto ultimo también se puede dar si solo hay aberturas a
sotavento y ninguna entrada.
Altas aperturas para el
ingreso del aire, genera un
enfriamiento menos efectivo
para los ocupantes
Aperturas para el ingreso del
aire a la altura del cuerpo,
mejora ventilación cruzada
La posición de la abertura de entrada del aire, es la que domina en
el patrón del flujo del aire. Las aperturas de salida son
secundarias a nivel de importancia
Información tomada del libro Vivienda y edificios en zonas cálidas y tropicales. Ingersoll y Szokolay.
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CRITERIOS PARA DISEÑO POR DIFERENCIA DE PRESIÓN
TIPOS DE ABERTURAS
Unilateral
Unilateral doble
Cruzada
TIPOS DE APERTURAS
Unilateral
Apertura adyacentes
Información tomada del libro Vivienda y edificios en zonas cálidas y tropicales. Ingersoll y Szokolay.
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Cruzada
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CRITERIOS PARA DISEÑO POR DIFERENCIA DE PRESIÓN
TAMAÑO DE ABERTURAS
Cruzada
Unilateral doble
Para una superficie dada se obtiene la mayor velocidad del aire a
través de una abertura de entrada pequeña y una salida grande. Esto
se debe en parte a la fuerza total que actúa sobre el área pequeña, que
obliga a pasar el aire a gran presión, y en parte al “efecto Venturi”. Esta
disposición puede ser útil si hay que dirigir la corriente de aire a una
determinada parte de la habitación.
Cuando la abertura de entrada es grande, la velocidad del aire que
pasa a su través será menor, pero el caudal total del aire será mayor.
Cuando la dirección del viento no es constante o cuando se requiera el
flujo de aire a través de todo el espacio, será preferible una gran
abertura de entrada.
Ingreso = Salida
Velocidad media
Volumen medio
Ingreso < Salida
Máxima velocidad
Volumen de aire bajo
Ingreso > Salida
Mínima velocidad
Volumen de aire alto
Información tomada del libro Vivienda y edificios en zonas cálidas y tropicales. Ingersoll y Szokolay.
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El mejor sistema consiste en disponer aberturas totales a ambos lados
con hojas abatibles o dispositivos de cierre que contribuyan a dirigir el
flujo de aire en la dirección requerida, según el cambio de viento.
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CRITERIOS PARA DISEÑO POR DIFERENCIA DE PRESIÓN
OBSTRUCCIONES INTERNAS
El flujo de aire pierde gran parte de su energía cinética cada vez que
es desviado alrededor o sobre obstáculos. Varios recodos en ángulo
recto tales como paredes o muebles interiores dentro de la habitación
pueden detener eficazmente una corriente de aire de baja velocidad.
Cuando son inevitables los tabiques divisorios internos, se puede
asegurar cierta corriente de aire si se utiliza mamparas abiertas por el
suelo o por el techo.
Permitir
permeabilidad
aire
mediante divisiones internar
tipo persianas.
Permitir
flujo
cruzado
independiente, reduciendo las
obstrucciones
Apertura interna define
velocidad del flujo interno
Información tomada del libro Vivienda y edificios en zonas cálidas y tropicales. Ingersoll y Szokolay.
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DIFERENCIA DE PRESIÓN
CONTROLES DE ABERTURAS
Las ventanas abatibles, los cobertizos, las celosías y otro elementos
que controlan las aberturas, influyen también en la configuración del
flujo interior de aire.
Las ventanas abatibles pueden desviar la corriente de aire hacia arriba.
Sólo la abatibles de giro reversible, dobles o sencillas, canalizarán el
aire hacia abajo, donde esta la zona habitable. Las celosías y
persianas presentan el problema que la posición de las hojas
inclinadas ligeramente hacia arriba, canaliza aún el aire hacia la zona
habitable.
Hoja
horizontal
Hoja vertical
Alero recoge viento
Alero sobre ventana
desvía flujo interno
Pivote arriba
Flujo Desviado
Pivote abajo
Flujo dirigido zona ocupación
Alero sobre ventana con más
distancia estabiliza el flujo
Abatible
lateral
Pivote
superior
Persiana
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Bien dirigido
Patrón difuso
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DIFERENCIA DE PRESIÓN
ALGUNAS ESTRATEGIAS
Información suministrada por el Arq. Michael Smith
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DIFERENCIA DE TEMPERATURA
EFECTO CHIMENEA (STACK EFFECT)
El efecto chimenea es un movimiento natural causado por diferencias
térmicas y de presión del aire entre los distintos estratos; se presenta
en todo edificio, operándose por sistemas naturales mecánicos. Este
movimiento debe considerarse en toda predicción para el confort
interior y enfriamiento de cualquier construcción.
Tanto el efecto de chimenea ascendente (ventilas, cúpulas, chimeneas,
cavidades en muros, etc.) y el descendente (torres) son bien conocidos
en todo el mundo.
La presión manejada por captadores de viento y chimeneas de doble
control térmico se usan en regiones áridas y sobrecalentadas: norte de
África, medio este, noreste de Asia.
Información tomada del libro Viento y Arquitectura. García y Fuentes
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DIFERENCIA DETEMPERATURA
ESTRATEGIAS
ATRIOS
CHIMENEA
Piso con ducto
Cielorraso normal
Cielorraso expuesto
FACHADA DOBLE VENTILADA
Masa directa
Piso falso
Cielorraso expuesto parcial
Masa indirecta
Información suministrada por el Arq. Michael Smith
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DIFERENCIA DETEMPERATURA
ESTRATEGIAS
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DIFERENCIA DETEMPERATURA
ESTRATEGIAS
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METODOS DE ESTUDIO
TIPOS
FÍSICO
Ejemplo: Baño de Sal
ANALÍTICO
NUMÉRICO
Ejemplo: Ecuación efecto chimenea
Ejemplo: Simuladores
Ejemplo: Túnel de viento
Información suministrada por el Arq. Michael Smith
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METODOS DE ESTUDIO FÍSICOS
TUNEL DE VIENTO
Para estudios de tipo cualitativo se puede utilizar un generador de
humo cuyas huellas de puede fotografiar. Esto proporciona una imagen
convincente del esquema de corriente, posición del flujo laminar y
turbulencias. Con alguna practica el operario del túnel de vientos
puede estimar relaciones de velocidad a partir de la huellas de humo,
con una precisión totalmente razonable.
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METODOS DE ESTUDIO NUMÉRICOS
GRÁFICAS
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METODOS DE ESTUDIO NUMÉRICOS
SIMULADORES
Autodesk® Ecotect® Analysis, software de análisis de diseño
sustentable, es una de las posibilidades a elegir dentro de las
herramientas de diseño para una construcción sustentable.
Ofrece una amplia gama de simulaciones y análisis de funcionamiento
energético que permite mejorar el rendimiento de los edificios
existentes o en el diseño de otros nuevos, siendo una útil herramienta
al momento de diseñar, ya que va desde modelos generales del edificio
hasta el detalle
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BIBLIOGRAFÍA
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C3%A9rmicas%20-%20ac%C3%BAsticas/ventilaci%C3%B3n.pdf
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