07 febrero 2012

Guía para calcular la infiltración en proyectos de calefacción y aire acondicionado (3ª PARTE)


Nivel de Presión Neutral

El nivel de presión neutral (NPL) es la localización o localizaciones del edificio en la envolvente del edificio donde no hay diferencias de presión entre el interior y el exterior. Las particiones internas, escaleras, hueco del elevador, conductos de instalaciones, chimeneas, venteos, ventanas operables, y sistemas de suministro y extracción mecánicos complican la predicción de la localización de NPL. Una apertura grande con un área grande relativa a las pérdidas totales del edificio causa que el NPL cambie hacia la apertura. En particular, chimenea y aperturas en o encima de la altura del tejado eleva el NPL en pequeños edificios. Los sistemas de extracción incrementan la altura del NPL; los sistemas de suministro del aire del exterior disminuyen.

La importancia relativa de las presiones stack y del viento en un edificio dependen de la altura del edificio, la resistencia interna al caudal vertical, las características de resistencia del caudal de las aperturas de la envolvente, el terreno local, y el apantallamiento inmediato del edificio.

El efecto de la ventilación mecánica en las diferencias de presión de la envolvente son más complejas y dependen tanto de la dirección como del caudal de ventilación (salida o alimentación) y las diferencias en estos caudales de ventilación entra las zonas del edificio. Si el aire exterior se suministra uniformemente en cada planta, el cambio en el modelo de diferencia de presión de la pared exterior es uniforme. Con un suministro no uniforme de aire del exterior (por ejemplo, en una planta), la extensión de la presurización varía de planta en planta y depende de la resistencia de caudal interna. La presurización de todos los niveles uniformemente tiene poco efecto en las diferencias de presión a través de los suelos y cerramientos de eje vertical, pero las plantas individuales incrementan la caída de presión a través de estas separaciones internas. La presurización a nivel del suelo a menudo se usa en edificios altos en invierno para reducir la presión de aire negativa a través de las entradas.

El NPL en los edificios altos varía entre 0,3 y 0,7 de la altura del edificio total. Para casas, especialmente casas con chimeneas, el NPL usualmente está por encima de media altura.

CALIDAD DEL AIRE INTERIOR

Los requerimientos de aire interior para una calidad aceptable deben considerar el control de la humedad, dióxido de carbono (CO2), olores, y humo del tabaco generado por los ocupantes. Estas consideraciones han llevado a una prescripción de una mínima tasa de suministro de aire exterior por ocupante. Más recientemente, una preocupación mayor ha sido mantener concentraciones de interior aceptables de varios contaminantes aceptables que no son generados por los ocupantes. La experiencia de campo indica que el suministro de aire del exterior de alrededor de 10 L/s por persona es muy probable que proporcione la calidad de aire interior aceptable en espacios de oficinas. Tasas inferiores pueden llegar a producir problemas de salubridad.

Las concentraciones de contaminantes interiores dependen de la resistencia de fuentes de contaminantes y la tasa total de retirada de contaminantes. Las fuentes de contaminantes incluyen aire exterior; fuentes de interior tales como ocupantes o aparatos; sistemas de ventilación sucios tales como conductos y filtros; etc. Los procesos de retirada de contaminantes incluyen dilución con aire exterior, ventilación de salida del local, deposición en superficies, reacciones químicas, y procesos de limpieza de aire. Si (1) la ventilación del edificio general es el único proceso de retirada de contaminantes, (2) el aire interior es minuciosamente mezclado, y (3) resistencia de fuentes de contaminantes y tasas de ventilación han sido estables durante un periodo suficiente, entonces la concentración de contaminantes viene dada por:

Donde:
  • Ci = Concentración interior en estado estacionario, ppm
  • Co = Concentración exterior, ppm
  • S = Resistencia de la fuente de contaminantes total, m3/s
  • Qoa = Tasa de ventilación, m3/s

Variación en la resistencia de la fuente de contaminantes (en vez de variación en la tasa de ventilación) se considera la causa principal de variación edificio-a-edificio en concentraciones de contaminantes que no son generados por los ocupantes.

En casos donde haya altos contaminantes tales como operaciones de pintura o humos, la ventilación por dilución no es efectiva. La reducción de fuentes contaminantes es el medio más efectivo de control, para lo se utilizan fuentes de extracción localizada.

Pueden eliminarse partículas con varios tipos de filtros de aire. Los contaminantes gaseosos con masa molecular alta pueden controlarse con pellet de alumina y carbon impregnados con una sustancia tal como el permanganato potásico.

CARGAS TÉRMICAS

El aire del exterior introducido en el edificio constituye una gran parte de la carga de acondicionamiento del espacio (calentamiento, enfriamiento, humidificación y deshumidificación), que es uno de los motivos para limitar las tasas de intercambio de aire en el edificio al mínimo requerido. El intercambio de aire típicamente representa entre el 20 y el 50 % de la carga térmica del edificio.

El intercambio de aire incrementa la carga térmica del edificio de diferentes formas. En primer lugar, el aire de entrada debe calentarse o enfriarse desde la temperatura del aire exterior a la temperatura del aire de alimentación o interior. La tasa de consumo de energía para calentamiento o enfriamiento sensible viene dada por:

Donde:
  •  qs = Carga de calor sensible, W
  • Q = Caudal de aire, m3/s
  • ρ = Densidad del aire, kg/m3 (alrededor de 1,2 cerca del nivel del mar).
  • Cp = Calor específico del aire, J (kg K) alrededor de 1000.
  • ∆t = Diferencia de temperatura entre interior y exterior, K

Podemos asumir nivel del mar cuando trabajemos en alturas inferiores a 610 m.

El intercambio de aire también modifica el contenido de humedad del aire en el edificio. La tasa de consumo de energía asociado con estas cargas latentes (despreciando la energía asociada con cualquier condensado) viene dada por:

Donde
  • ql = Carga de calor latente, kW
  • ∆W = Diferencia del ratio de humedad entre interiores y exteriores, masa de agua /masa unitaria de aire seco, kg/kg
  • t = Promedio de temperaturas de interior y exterior, ºC

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