INFILTRACIÓN
Cuando sea económicamente factible, algo de aire del
exterior debe introducirse en el edificio, creando una presión total
ligeramente positiva. En algunos climas, hay también una preocupación porque el
agua puede condensar dentro de la envolvente del edificio.
Cuando se asume una presión de aire positiva, la mayoría de
los diseñadores incluyen infiltración en los cálculos de carga de enfriamiento
para edificios comerciales. Sin embargo, incluir la infiltración puede ser
apropiado.
La infiltración también depende de la dirección y magnitud
del viento, diferencias de temperatura, tipo y calidad de la construcción, y
uso de los ocupantes. Es imposible predecir con exactitud la infiltración. Los
diseñadores usualmente predicen tasas de infiltración usando el número de
cambios de aire por hora (air changes per hour ach). Una práctica común es
estimar ach para condiciones de calentamiento de invierno, y luego usar la
mitad del valor para el cálculo de cargas de enfriamiento.
Volúmenes de aire
Debido a que el volumen específico de aire varía
apreciablemente, los cálculos son más exactos cuando se hacen sobre la base de
la masa de aire en vez del volumen. Sin embargo, a menudo se requiere un caudal
volumétrico para seleccionar serpentines, ventiladores, conductos, etc.
MECANISMOS DE TRANSMISIÓN PARA VENTILACIÓN E INFILTRACIÓN
La ventilación natural y la infiltración son impulsadas por
las diferencias de presión a través de la envolvente del edificio causadas por
las diferencias de densidad de aire y viento debidas a diferencias de
temperatura entre el aire interior y exterior. Los sistemas de movimiento de
aire mecánicos también inducen diferencias de presión a través de la envolvente
de por la operación de aparatos, tales como dispositivos de combustión,
sistemas de distribución térmica de aire forzado agrietados, y sistemas de
ventilación mecánica. La diferencia de presión interior/exterior en una
localización de pende de la magnitud de estos mecanismos de transmisión además
de por las características de las aperturas de la envolvente del edificio.
Presión de stack
La presión stack es la presión hidrostática causada por la
masa de una columna de aire localizada interior o exterior a un edificio.
También puede ocurrir dentro de un elemento de flujo, tal como un conducto o
chimenea que tiene separación vertical entre su interior e interior. La presión
hidrostática depende de la densidad y la altura de interés encima del punto de
referencia.
La densidad del aire es una función de la presión barométrica
local, temperatura, y ratio de humedad. No deben usarse condiciones estándar
para calcular la densidad. Por ejemplo, un edificio situado a 1500 m tiene una
densidad del aire que es aproximadamente un 20 % inferior que si el edificio
está al nivel del mar. Un incremento de la temperatura del aire de – 30 a 20 ºC
causa una diferencia de la densidad del aire similar. Ambos efectos combinados
pueden reducir la densidad del aire en un 45 %. Los efectos de la humedad en la
densidad son generalmente despreciables,, así que la densidad del aire seco
puede usarse, excepto en climas húmedos, calientes cuando el aire está caliente
y próximo a la saturación. Por ejemplo, el aire saturado a 40 ºC tiene una
densidad alrededor del 5 % menos que el aire seco.
Asumiendo que la temperatura y presión barométricas son
constantes a la altura de interés, la presión stack decrece linealmente
conforme la separación por encima del punto de referencia se incrementa. Para
una columna de aire, la presión stack puede calcularse como:
Donde:
- ps = Presión stack, Pa
- pr = presión stack a la altura de referencia, Pa
- G =aceleración gravitatoria, 9,81 m/s2
- Ρ = Densidad del aire interior o exterior, kg/m3
- H = Altura por encima del plano de referencia, m
Otra particularidad es que cualquier edificio con una zona
simple puede tratarse como una caja simple desde el punto de vista del efecto
stack, y sus pérdidas siguen la ley de potencia residencial descrita
posteriormente. El edificio está caracterizado por una altura stack efectiva y nivel de presión neutra (NPL) o
distribución de pérdidas. Una vez calculado, estos parámetros pueden ser usados
en zona simple, física para estimar infiltración.
Despreciando los gradientes de densidad vertical, la
diferencia de presión de stack para una pérdida horizontal en cualquier
localización viene dada por:
Donde:
- To = Temperatura exterior, K
- Ti = Temperatura interior, K
- ρo = densidad de aire exterior, kg/m3
- ρi = densidad de aire interior, kg/m3
- HNPL = Altura del nivel de presión neutral por encima del plano de referencia sin otras fuerzas de impulsión, m
Por convención, las diferencias de presión stack son
positivas cuando el edificio está presurizado con relación al exterior, lo cual
causa que el flujo salga del edificio. Por lo tanto, ausentes otras fuerzas de
conducción y asumiendo que no hay efecto stack dentro de los elementos de
flujo, cuando el aire interior está más caliente que el exterior, la base del
edificio está despresurizado y la parte superior presurizada relativa al
exterior; cuando el aire interior está más frío que los exteriores, ocurre lo
inverso.
Ausentes otras fuerzas de conducción, la localización del
NPL está influida por la distribución de pérdidas en el exterior del edificio y
por la compartimentación interior. Como resultado, el NPL no necesariamente se
localiza a la mitad del edificio; con barreras horizontales efectivas en
edificios altos, es posible tener más de un NPL.
Ver 2ª PARTE
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