08 febrero 2012

Guía para calcular la infiltración en proyectos de calefacción y aire acondicionado (4ª PARTE)

Ver 3ª PARTE

Efecto del aislamiento de la envolvente

El intercambio de aire también puede afectar a la carga térmica del edificio alternando el rendimiento del sistema de aislamiento de la envolvente. El caudal de aire a través del aislamiento puede hacer disminuir la carga térmica a través del intercambio de calor entre el aire de infiltración o exfiltración y el aislamiento. A la inversa, el aire moviéndose hacia adentro y fuera del aislamiento desde el exterior puede incrementar la carga térmica. Los estudios numéricos y experimentales han demostrado que puede ocurrir un acoplamiento térmico entre pérdidas de aire y capas de aislamiento, y por lo tanto modificando la transmisión de calor en la envolvente del edificio. Se ha demostrado que el caudal convectivo a través del aislamiento permeable al aire en una envolvente puede degradar su resistencia térmica efectiva. Esta degradación del valor R ocurre cuando el aire exterior se mueve a través del aislamiento dentro de una cavidad de pared y retorna al exterior sin alcanzar el espacio acondicionado.

El efecto de tal caudal en el rendimiento del sistema de aislamiento es difícil de cuantificar, pero debe considerarse. El caudal de aire dentro del sistema de aislamiento puede disminuir el rendimiento del sistema debido a la condensación de la humedad en el aislamiento.

VENTILACIÓN NATURAL

La ventilación natural es el caudal de aire del exterior causado por presiones térmicas y el viento a través de aperturas intencionadas en el edificio.


Aperturas de ventilación natural

Las aperturas de ventilación natural incluyen: ventanas, puertas, aperturas en dormitorio, claraboyas, ventiladores en el techo, tiros verticales y aperturas de entrada y salida especialmente diseñados.

Las ventanas transmiten luz y proporcionan ventilación cuando están abiertas.

Los ventiladores de de techo proporcionan una salida del aire resistente a las condiciones climatológicas. La capacidad viene determinado por la localización del ventilador en el techo; la resistencia al caudal de aire del ventilador y la red de tuberías; la capacidad del ventilador para usar la energía cinética del viento para inducir caudal por acción centrífuga o acción del eyector; y la altura del tiro.

Las corrientes de aire naturales o los ventiladores de techo por gravedad pueden ser estacionarios, pivotantes, oscilantes o rotatorios. Los criterios de selección incluyen robustez, resistencia a la corrosión, a las tormentas, mecanismos de operación y trampillas, ruido, costes y mantenimiento. Los ventiladores naturales pueden ser suplementados con ventiladores; los motores necesitan ser energizados cuando la capacidad de extracción natural es demasiado baja. Las trampillas del ventilador por gravedad pueden ser manuales o controladas por la velocidad del viento o un termostato

El tiro de humos verticales debe situarse donde el viento pueda actuar desde cualquier dirección. Sin viento, el efecto del tiro sólo extrae el aire de la habitación.

Alturas del techo

En los edificios que dependen de la ventilación natural para refrigeración, la altura del techo a menudo se incrementa más allá de los 2,5 o 3,2 m habituales. En alturas más altas, el aire y loc contaminantes se elevan por encima de las porciones ocupadas de la habitación. El aire a menudo sale de las zonas del techo, y el aire del exterior más frío es proporcionado cerca del suelo.

Caudal requerido para controlar la temperatura interior

El caudal requerido para eliminar una cantidad requerida de calor de un edificio puede obtenerse a partir de las siguientes ecuaciones si la cantidad de calor que va a extraerse del interior y las temperaturas de interior/exterior son conocidas.

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


Caudal a través de grandes aperturas

Las relaciones que describen el caudal de aire a través de grandes aperturas se basan en la ecuación de Bernoulli con flujo incompresible y estacionario. La forma general que incluye tiro, viento, y presiones de ventilación mecánicas a través de las aperturas es:

 Donde:
  • Q = Caudal de aire, m3/s
  • CD = Coeficiente de descarga para apertura, adimensional
  •  A = Área transversal de apertura, m2
  •  = Densidad de aire, kg/m3
  • ∆p = Diferencia de presión a través de las aperturas, Pa

El coeficiente de descarga CD es un número adimensional que depende de la geometría de la apertura y del número de Reynolds.

Caudal originado por el viento

El viento en el lugar del proyecto debe ser tomado en consideración y para ello valoraremos velocidad promedio, direcciones predominantes, variación diaria y estacional, y obstáculos en las proximidades.

Los sistemas de ventilación natural deben diseñarse para velocidades del viento la mitad del promedio estacional. La siguiente ecuación muestra la tasa de aire forzada a través de la apertura de entrada de ventilación por viento o determina el tamaño apropiado de las aperturas para producir unas tasas de caudal dadas:


Donde:
  • Q = Caudal de aire, m3/s
  • Cv = Efectividad de la apertura (Cv se asume es 0,5 a 0,6 para vientos perpendiculares y 0,25 a 0,35 para vientos diagonales)
  •  A = Área libre de apertura, m2
  • U = Velocidad del viento, m/s

Las entradas de aire deben colocarse enfrentadas directamente a los vientos predominantes. Si no se colocan en un lugar ventajoso, el caudal será menor que lo calculado.

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