Gua para calcular la infiltracin en proyectos de calefaccin y aire acondicionado (1 PARTE)

INFILTRACINCuando sea econmicamente factible, algo de aire del exterior debe introducirse en el edificio, creando una presin total ligeramente positiva. En algunos climas, hay tambin una preocupacin porque el agua puede condensar dentro de la envolvente del edificio.

Cuando se asume una presin de aire positiva, la mayora de los diseadores incluyen infiltracin en los clculos de carga de enfriamiento para edificios comerciales. Sin embargo, incluir la infiltracin puede ser apropiado.

La infiltracin tambin depende de la direccin y magnitud del viento, diferencias de temperatura, tipo y calidad de la construccin, y uso de los ocupantes. Es imposible predecir con exactitud la infiltracin. Los diseadores usualmente predicen tasas de infiltracin usando el nmero de cambios de aire por hora (air changes per hour ach). Una prctica comn es estimar ach para condiciones de calentamiento de invierno, y luego usar la mitad del valor para el clculo de cargas de enfriamiento.Volmenes de aireDebido a que el volumen especfico de aire vara apreciablemente, los clculos son ms exactos cuando se hacen sobre la base de la masa de aire en vez del volumen. Sin embargo, a menudo se requiere un caudal volumtrico para seleccionar serpentines, ventiladores, conductos, etc.MECANISMOS DE TRANSMISIN PARA VENTILACIN E INFILTRACINLa ventilacin natural y la infiltracin son impulsadas por las diferencias de presin a travs 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 mecnicos tambin inducen diferencias de presin a travs de la envolvente de por la operacin de aparatos, tales como dispositivos de combustin, sistemas de distribucin trmica de aire forzado agrietados, y sistemas de ventilacin mecnica. La diferencia de presin interior/exterior en una localizacin de pende de la magnitud de estos mecanismos de transmisin adems de por las caractersticas de las aperturas de la envolvente del edificio.Presin de stackLa presin stack es la presin hidrosttica causada por la masa de una columna de aire localizada interior o exterior a un edificio. Tambin puede ocurrir dentro de un elemento de flujo, tal como un conducto o chimenea que tiene separacin vertical entre su interior e interior. La presin hidrosttica depende de la densidad y la altura de inters encima del punto de referencia.

La densidad del aire es una funcin de la presin baromtrica local, temperatura, y ratio de humedad. No deben usarse condiciones estndar 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 est al nivel del mar. Un incremento de la temperatura del aire de 30 a 20 C 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,, as que la densidad del aire seco puede usarse, excepto en climas hmedos, calientes cuando el aire est caliente y prximo a la saturacin. Por ejemplo, el aire saturado a 40 C tiene una densidad alrededor del 5 % menos que el aire seco.

Asumiendo que la temperatura y presin baromtricas son constantes a la altura de inters, la presin stack decrece linealmente conforme la separacin por encima del punto de referencia se incrementa. Para una columna de aire, la presin stack puede calcularse como:

Donde:

ps = Presin stack, Pa pr = presin stack a la altura de referencia, Pa G =aceleracin gravitatoria, 9,81 m/s2 = Densidad del aire interior o exterior, kg/m3 H = Altura por encima del plano de referencia, m Las diferencias de temperatura entre el interior y el exterior causan diferencias de presin stack que impulsa el flujo de aire a travs de la envolvente del edificio.

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 prdidas siguen la ley de potencia residencial descrita posteriormente. El edificio est caracterizado por una altura stack efectiva y nivel de presin neutra (NPL) o distribucin de prdidas. Una vez calculado, estos parmetros pueden ser usados en zona simple, fsica para estimar infiltracin.

Despreciando los gradientes de densidad vertical, la diferencia de presin de stack para una prdida horizontal en cualquier localizacin viene dada por:

Donde:

To = Temperatura exterior, K Ti = Temperatura interior, K o = densidad de aire exterior, kg/m3 i = densidad de aire interior, kg/m3 HNPL = Altura del nivel de presin neutral por encima del plano de referencia sin otras fuerzas de impulsin, m

Por convencin, las diferencias de presin stack son positivas cuando el edificio est presurizado con relacin al exterior, lo cual causa que el flujo salga del edificio. Por lo tanto, ausentes otras fuerzas de conduccin y asumiendo que no hay efecto stack dentro de los elementos de flujo, cuando el aire interior est ms caliente que el exterior, la base del edificio est despresurizado y la parte superior presurizada relativa al exterior; cuando el aire interior est ms fro que los exteriores, ocurre lo inverso.

Ausentes otras fuerzas de conduccin, la localizacin del NPL est influida por la distribucin de prdidas en el exterior del edificio y por la compartimentacin interior. Como resultado, el NPL no necesariamente se localiza a la mitad del edificio; con barreras horizontales efectivas en edificios altos, es posible tener ms de un NPL. Gua para calcular la infiltracin en proyectos de calefaccin y aire acondicionado (2 PARTE)

Ver 1 PARTE

Presin del vientoCuando el aire afecta a un edificio, crea una distribucin de presin esttica en la superficie exterior del edificio que depende de la direccin del viento, velocidad del aire, orientacin de superficie, y condiciones de los alrededores. Las presiones del viento son generalmente positivas con respecto a la presin esttica en el chorro de aire no distribuido del lado hacia el viento de un edificio y negativo en el lado de sotavento. Sin embargo, las presiones en estos lados pueden ser negativas o positivas, dependiendo del ngulo del viento y la forma del edificio. Las presiones estticas sobre las superficies del edificio son casi proporcionales a la presin de velocidad del chorro de aire no distribuido. La presin del aire o presin de velocidad viene dada por la ecuacin de Bernoulli, sin asumir cambio de altura o prdida de presin:

Donde: pw = Presin de superficie del viento relativa a la presin esttica de exterior en flujo no distribuido, P = Densidad de aire exterior, kg/m3 (alrededor de 1,2 en o cerca del nivel del mar). U = Velocidad del viento, m/s Cp = Coeficiente de presin de superficie del viento, adimensional

Cp es una funcin de localizacin en la envolvente del edificio y direccin del viento.

La mayora de los datos de coeficientes de presin son para vientos normales en las superficies del edificio. Desgraciadamente, para un edificio real, esta direccin de viento fijo raramente ocurre, y cuando el viento no es normal a la pared pared contra el viento, estos coeficientes no se aplican.

Para cada pared del edificio, Cp viene dado por:

Donde: Cp (1) = Coeficiente de presin cuando el viento est a 0 Cp (2) = Coeficiente de presin cuando el viento est a 180 Cp (3) = Coeficiente de presin cuando el viento est a 90 Cp (4) = Coeficiente de presin cuando el viento est a 270 = ngulo del viento medido segn las agujas del reloj desde la normal a la pared 1.

Debido a que el trmino del coseno en la ecuacin anterior puede ser negativo, su signo debe ser incluido. Cuando cos () es negativo, sustraer el valor absoluto de cos() a la potencia .Valores tpicos para los coeficientes de presin son Cp (1) = 0,6, Cp(2) = - 0,3, Cp (3) = Cp(4) = -0,65. Debido a los efectos de geometra en el caudal alrededor de un edificio, la aplicacin de esta funcin de interpolacin se limita a los edificios rectangulares de baja elevacin con la pared ms larga menos de tres veces la longitud de la pared ms corta. Para los edificios menos rectangulares, las correlaciones simples son inadecuadas y ser requieren coeficientes de presin especficos del edificio.Sistemas mecnicosLa operacin de equipos mecnicos, tales como sistemas de suministro y salida de aire, y dispositivos de combustin venteados, afectan las diferencias de presin a travs de la carcasa de un edificio. La presin esttica interior se ajusta de tal forma que la suma de todos los flujos de aire a travs de las aperturas del edificio ms el balance del flujo de aire inducido por el equipo es cero. Para predecir estos cambios en las diferencias de presin y en el caudal causado por el equipo mecnico, la localizacin de cada apertura en la envolvente y relaciones entre diferencias de presin y tasas de caudal deben ser conocidos.

El aire agotado de un edificio que sale por un sistema de extraccin del edificio debe estar equilibrado, aumentando el caudal de aire en el edificio a travs de otra apertura. En algunas ocasiones, el caudal de aire en algunas localizaciones cambia entre la entrada y salida de aire. Para los ventiladores de alimentacin, la situacin se invierte y lo que era la entrada empieza a ser la salida. En consecuencia, deben considerarse los efectos de la despresurizacin causados por un sistema de salida inapropiadamente diseado puede incrementar la tasa de entrada de radn en un edificio e interferir con la operacin apropiada de un dispositivo de venteo u otros sistemas de extraccin. La despresurizacin tambin puede forzar la humedad del aire exterior a travs de la envolvente del edificio; por ejemplo, durante la estacin fra en climas calientes, hmedos puede condensarse dentro de la envolvente del edificio y causar podredumbre. Un fenmeno similar, pero inverso, puede ocurrir durante la estacin clida en climas fros si el edificio se presuriza.

Los sistemas mecnicos pueden crear fuerzas de infiltracin en diversos edificios. Por ejemplo, cuando las puertas internas se cierran, se crean grandes diferenciales de presin interior/exterior. Estos diferenciales de presin creados son de magnitudes promedio de 3 a 6 Pa. Los sistemas con caudal de aire equilibrado, con retorno de aire en conductos y rejillas de distribucin, o rejillas de transferencia, reducen este problema significativamente.Combinacin de fuerzas de impulsinLas diferencias de presin causadas por el viento, efecto stack, y sistemas mecnicos se consideran combinados aadindoles juntos y determinando los caudales de aire a travs de cada envolvente del edificio. El caudal de aire debe determinarse de esta manera, en oposicin a las tasas de caudal de aire debido a las fuerzas de impulsin separadas, debido a que el caudal a travs de cada apertura no est linealmente relacionado con la diferencia de presin.

Para las temperaturas del aire interior uniforme, la diferencia de presin total a travs de cada prdida puede escribirse en trminos del parmetro de viento PU y el parmetro de efecto stack PT comn a todas las prdidas.

Donde T es la temperatura del aire en K.

La diferencia de presin a travs de cada prdida, con presiones positivas para el caudal del edificio, vienen dadas por:

Donde pI es la presin que acta para equilibrar la entrada y salida de aire, incluyendo caudales de los sistemas mecnicos.Gua para calcular la infiltracin en proyectos de calefaccin y aire acondicionado (3 PARTE)

Ver 2 PARTE

Nivel de Presin NeutralEl nivel de presin neutral (NPL) es la localizacin o localizaciones del edificio en la envolvente del edificio donde no hay diferencias de presin 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 extraccin mecnicos complican la prediccin de la localizacin de NPL. Una apertura grande con un rea grande relativa a las prdidas 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 pequeos edificios. Los sistemas de extraccin 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 caractersticas de resistencia del caudal de las aperturas de la envolvente, el terreno local, y el apantallamiento inmediato del edificio.

El efecto de la ventilacin mecnica en las diferencias de presin de la envolvente son ms complejas y dependen tanto de la direccin como del caudal de ventilacin (salida o alimentacin) y las diferencias en estos caudales de ventilacin entra las zonas del edificio. Si el aire exterior se suministra uniformemente en cada planta, el cambio en el modelo de diferencia de presin de la pared exterior es uniforme. Con un suministro no uniforme de aire del exterior (por ejemplo, en una planta), la extensin de la presurizacin vara de planta en planta y depende de la resistencia de caudal interna. La presurizacin de todos los niveles uniformemente tiene poco efecto en las diferencias de presin a travs de los suelos y cerramientos de eje vertical, pero las plantas individuales incrementan la cada de presin a travs de estas separaciones internas. La presurizacin a nivel del suelo a menudo se usa en edificios altos en invierno para reducir la presin de aire negativa a travs de las entradas.

El NPL en los edificios altos vara entre 0,3 y 0,7 de la altura del edificio total. Para casas, especialmente casas con chimeneas, el NPL usualmente est por encima de media altura. CALIDAD DEL AIRE INTERIORLos requerimientos de aire interior para una calidad aceptable deben considerar el control de la humedad, dixido de carbono (CO2), olores, y humo del tabaco generado por los ocupantes. Estas consideraciones han llevado a una prescripcin de una mnima tasa de suministro de aire exterior por ocupante. Ms recientemente, una preocupacin 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 ventilacin sucios tales como conductos y filtros; etc. Los procesos de retirada de contaminantes incluyen dilucin con aire exterior, ventilacin de salida del local, deposicin en superficies, reacciones qumicas, y procesos de limpieza de aire. Si (1) la ventilacin del edificio general es el nico proceso de retirada de contaminantes, (2) el aire interior es minuciosamente mezclado, y (3) resistencia de fuentes de contaminantes y tasas de ventilacin han sido estables durante un periodo suficiente, entonces la concentracin de contaminantes viene dada por:

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

Variacin en la resistencia de la fuente de contaminantes (en vez de variacin en la tasa de ventilacin) se considera la causa principal de variacin 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 ventilacin por dilucin no es efectiva. La reduccin de fuentes contaminantes es el medio ms efectivo de control, para lo se utilizan fuentes de extraccin localizada.

Pueden eliminarse partculas 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 potsico.CARGAS TRMICASEl aire del exterior introducido en el edificio constituye una gran parte de la carga de acondicionamiento del espacio (calentamiento, enfriamiento, humidificacin y deshumidificacin), que es uno de los motivos para limitar las tasas de intercambio de aire en el edificio al mnimo requerido. El intercambio de aire tpicamente representa entre el 20 y el 50 % de la carga trmica del edificio.

El intercambio de aire incrementa la carga trmica 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 alimentacin o interior. La tasa de consumo de energa para calentamiento o enfriamiento sensible viene dada por:

Donde: qs = Carga de calor sensible, W Q = Caudal de aire, m3/s = Densidad del aire, kg/m3 (alrededor de 1,2 cerca del nivel del mar). Cp = Calor especfico 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 tambin modifica el contenido de humedad del aire en el edificio. La tasa de consumo de energa asociado con estas cargas latentes (despreciando la energa 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, C

Gua para calcular la infiltracin en proyectos de calefaccin y aire acondicionado (4 PARTE)

Ver 3 PARTEEfecto del aislamiento de la envolventeEl intercambio de aire tambin puede afectar a la carga trmica del edificio alternando el rendimiento del sistema de aislamiento de la envolvente. El caudal de aire a travs del aislamiento puede hacer disminuir la carga trmica a travs del intercambio de calor entre el aire de infiltracin o exfiltracin y el aislamiento. A la inversa, el aire movindose hacia adentro y fuera del aislamiento desde el exterior puede incrementar la carga trmica. Los estudios numricos y experimentales han demostrado que puede ocurrir un acoplamiento trmico entre prdidas de aire y capas de aislamiento, y por lo tanto modificando la transmisin de calor en la envolvente del edificio. Se ha demostrado que el caudal convectivo a travs del aislamiento permeable al aire en una envolvente puede degradar su resistencia trmica efectiva. Esta degradacin del valor R ocurre cuando el aire exterior se mueve a travs 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 difcil de cuantificar, pero debe considerarse. El caudal de aire dentro del sistema de aislamiento puede disminuir el rendimiento del sistema debido a la condensacin de la humedad en el aislamiento.VENTILACIN NATURALLa ventilacin natural es el caudal de aire del exterior causado por presiones trmicas y el viento a travs de aperturas intencionadas en el edificio.

Aperturas de ventilacin naturalLas aperturas de ventilacin natural incluyen: ventanas, puertas, aperturas en dormitorio, claraboyas, ventiladores en el techo, tiros verticales y aperturas de entrada y salida especialmente diseados.

Las ventanas transmiten luz y proporcionan ventilacin cuando estn abiertas.

Los ventiladores de de techo proporcionan una salida del aire resistente a las condiciones climatolgicas. La capacidad viene determinado por la localizacin del ventilador en el techo; la resistencia al caudal de aire del ventilador y la red de tuberas; la capacidad del ventilador para usar la energa cintica del viento para inducir caudal por accin centrfuga o accin 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 seleccin incluyen robustez, resistencia a la corrosin, a las tormentas, mecanismos de operacin y trampillas, ruido, costes y mantenimiento. Los ventiladores naturales pueden ser suplementados con ventiladores; los motores necesitan ser energizados cuando la capacidad de extraccin 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 direccin. Sin viento, el efecto del tiro slo extrae el aire de la habitacin.Alturas del techoEn los edificios que dependen de la ventilacin natural para refrigeracin, la altura del techo a menudo se incrementa ms all de los 2,5 o 3,2 m habituales. En alturas ms altas, el aire y loc contaminantes se elevan por encima de las porciones ocupadas de la habitacin. El aire a menudo sale de las zonas del techo, y el aire del exterior ms fro es proporcionado cerca del suelo.Caudal requerido para controlar la temperatura interiorEl 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 = Densidad del aire, kg/m3 (alrededor de 1,2 cerca del nivel del mar). Cp = Calor especfico 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 tambin modifica el contenido de humedad del aire en el edificio. La tasa de consumo de energa asociado con estas cargas latentes (despreciando la energa 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, C

Caudal a travs de grandes aperturasLas relaciones que describen el caudal de aire a travs de grandes aperturas se basan en la ecuacin de Bernoulli con flujo incompresible y estacionario. La forma general que incluye tiro, viento, y presiones de ventilacin mecnicas a travs de las aperturas es:

Donde: Q = Caudal de aire, m3/s CD = Coeficiente de descarga para apertura, adimensional A = rea transversal de apertura, m2 = Densidad de aire, kg/m3 p = Diferencia de presin a travs de las aperturas, Pa

El coeficiente de descarga CD es un nmero adimensional que depende de la geometra de la apertura y del nmero de Reynolds.Caudal originado por el vientoEl viento en el lugar del proyecto debe ser tomado en consideracin y para ello valoraremos velocidad promedio, direcciones predominantes, variacin diaria y estacional, y obstculos en las proximidades.

Los sistemas de ventilacin natural deben disearse para velocidades del viento la mitad del promedio estacional. La siguiente ecuacin muestra la tasa de aire forzada a travs de la apertura de entrada de ventilacin por viento o determina el tamao 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 = rea 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 ser menor que lo calculado.

Gua para calcular la infiltracin en proyectos de calefaccin y aire acondicionado (5 PARTE)

Ver 4 PARTE

Caudal originado nicamente por fuerzas trmicasSi la resistencia interna del edificio no es significativa, el caudal originado por el efecto chimenea puede expresarse por:

Q = Caudal, m3/s CD = Coeficiente de descarga por la apertura HNPL = Altura desde el punto medio de la apertura inferior a NPL, m Ti = Temperatura interior, K To = temperatura exterior, K

La ecuacin se aplica cuando Ti > To. Si Ti < To, se reemplaza Ti en el denominador con To, y se reemplaza (Ti To) en el numerador con (To Ti). Se usar una temperatura promedio para Ti si hay estratificacin trmica. Si el edificio tiene ms de una apertura, las reas de salida y entrada se consideran iguales. El coeficiente de descarga CD considera varios efectos viscosos tales como la resistencia al avance de la superficie y la mezcla interfacial.

La estimacin de HNPL es difcil para edificios ventilados naturalmente. Si una ventana o puerta representa una fraccin grande (aproximadamente el 90 %) de toda el rea abierta en la envolvente, luego el NPL est a media altura de la apertura, y HNPL es igual a la mitad de la altura de la apertura. Para esa condicin, el caudal a travs de la apertura es bidireccional.Si hay bastantes otras aperturas disponibles, el caudal de aire a travs de la apertura ser unidireccional, y no ocurrir la mezcla. Un coeficiente de descarga de CD = 0,65 sera usado.Guas generales de ventilacin naturalVarias recomendaciones generales deben observarse para disear ventilacin natural.

Seleccin del sistema En climas clidos y hmedos, se usa enfriamiento mecnico. Si el enfriamiento mecnico no est disponible, las velocidades del aire se maximizarn en las zonas ocupadas de las habitaciones.

En climas ridos y calientes, se debe considerar la refrigeracin evaporativa. El caudal a travs del edificio se maximizar por enfriamiento estructural, particularmente durante la noche cuando la temperatura del aire exterior es baja.

Caractersticas del edificio y alrededores

La topografa y el paisaje deben usarse para redirigir el caudal y dar la mxima exposicin a las brisas.

La construccin estar formada para exponer las mximas aperturas al viento. Los elementos arquitectnicos tales como paredes de ala, parapetos y voladizos se usarn para promover el caudal de aire al interior del edificio

La fachada ms grande del edificio y la mayora de las puertas y aperturas de las ventanas estarn ientados con respecto a las brisas de verano predominantes. Localizaciones de aperturas

Las ventanas estarn localizadas en zonas de presin opuestas. Dos aperturas en lados opuestos de un espacio incrementan el caudal de ventilacin. Las aperturas en los lados adyacentes fuerzan al aire a cambiar la direccin, proporcionando ventilacin en un rea mayor. Si una habitacin tiene solamente una pared externa, se alcanza un mejor caudal con dos ventanas espaciadas. Si las aperturas estn al mismo nivel y cerca del techo, mucho caudal puede pasar del nivel ocupado y ser inefectivo diluyendo ah contaminantes. La distancia vertical entre las aperturas se requiere para tomar ventaja del efecto chimenea; cuanto mayor es la distancia vertical mayor es la tasa de ventilacin. Caractersticas de la apertura

El caudal mayor por rea unitaria se obtiene por las aperturas de entrada y salida de casi iguales reas. Una ventana de entrada ms pequea que la salida crea mayores velocidades de aire. Una salida ms pequea que la entrada crea una velocidad de aire ms uniforme a travs de la habitacin. Las aperturas con reas mucho ms grandes que las calculadas son a veces deseables cuando anticipan una ocupacin incrementada o clima muy caliente. Producen ms caudal sobre un amplio rango de direcciones de viento y son ms y son ms beneficiosos en las localizaciones donde cambia el modelo de viento predominante. Las aperturas de las ventanas seran accesibles y operables por los ocupantes, a menos que estn automatizadas. Las aperturas de entrada no estarn obstruidas por particiones internas. Las particiones pueden situarse para dividir y redirigir el caudal de aire pero no se restringira el caudal entre las entradas y salidas. Los conductos de aire verticales o cajas de escaleras abiertas pueden usarse para incrementar el efecto chimenea. Debe evitarse usar cajas de escalera cerradas para ventilacin cuando estn previstas para evacuacin. Gua para calcular la infiltracin en proyectos de calefaccin y aire acondicionado (6 PARTE)

Ensayo de prdidas en un edificio

PRDIDAS DE AIRE EN EDIFICIOSVer 5 PARTEMedicin de prdidas en la envolventeLas prdidas en la envolvente del edificio pueden medirse por prdidas en la envolvente. Sin embargo, la construccin nueva tiende a ser ms estanca en la envolvente.

Las prdidas en la envolvente pueden medirse con ensayos de presurizacin, comnmente llamado blower-door test (ASTM Standards E779 and E1827; Canadian General Standards Board (CGSB) Standard 149.10; ISO Standard 9972). El caudal requerido para mantener esta diferencia de presin es seguidamente medido. Cuantas ms prdidas tenga el edificio, ms caudal es necesario para inducir una diferencia de presin interior/exterior. La tasa de caudal de aire generalmente se mide en una serie de diferencias de presin que van de 10 Pa a 75 Pa.

Los resultados de un ensayo de presurizacin, por lo tanto, consisten en varias combinaciones de diferencias de presin y datos de tasa de caudal de aire.

Hay varias medidas diferentes de estanqueidad, la mayora de los cuales implican ajustar datos a una curva describiendo las relaciones entre el caudal de aire Q a travs de una apertura en la envolvente del edificio y la diferencia de presin p a travs de ella. Esta relacin se llama funcin de prdida de la apertura.

Cada apertura en la envolvente del edificio puede describirse por la siguiente ecuacin:

Donde: Q = Caudal a travs de la apertura, C = coeficiente del flujo, m3/(s Pan) n = Exponente de presin, adimensional

Ratios de hermeticidadEn algunos casos, la tasa de caudal prevista se convierte a un rea de prdidas de aire efectiva o equivalente de la siguiente forma:

Donde:

AL = rea de prdida de aire efectiva o equivalente, cm2 Qr = Caudal de aire previsto a pr (desde el ajuste de la curva los datos del ensayo de presurizacin), m3/s

= Densidad de aire, kg/m3 pr = Diferencia de presin de referencia, Pa CD = Coeficiente de descarga

Todas las aperturas en la envolvente del edificio se combinan en un rea total y coeficiente de descarga para el edificio cuando se calcula el rea de prdidas de aire efectiva o equivalente. Algunos usuarios aproximan el rea de prdidas CD = 1. Otro grupo CD 0,6 (es decir, el coeficiente de descarga para un orificio de borde afilado). El rea de prdidas de aire de un edificio es, por lo tanto, el rea de un orificio (con un valor asumido de CD) que producira la misma cantidad de prdidas que la envolvente del edificio en la presin de referencia.

Una calificacin de hermeticidad, ya est basada en un rea de prdidas de aire o un tipo de flujo de aire previsto, est generalmente normalizado por algn factor que tenga en cuenta el tamao del edificio. Los factores de normalizacin incluyen rea del suelo, rea de envolvente exterior, y volumen del edificio.

Con una amplia variedad de posibles aproximaciones a la diferencia de presin de referencia y normalizacin, y al uso del concepto de rea de prdidas de aire, se usan muy diferentes clasificaciones de hermeticidad. Las diferencias de presin de referencia incluyen 4, 10, 25, 50 y 75 Pa.

Se recomiendan diferencias de presin de referencia de 4 y 10 Pa porque estn ms prximas a las diferencias de presin que actualmente inducen intercambio de aire y, por lo tanto, mejorar el modelo de las caractersticas del caudal de apertura. Aunque esto puede ser verdad, estn fuera del rango de valores medidos en el ensayo; por lo tanto el caudal previsto a 4 y 10 Pa est sujeto a incertidumbres.Datos de prdida de aire en los edificiosLa presurizacin del ventilador mide una propiedad del edificio que idealmente vara poco con el tiempo y las condiciones climticas. En realidad, a menos que las diferencias de temperatura durante el periodo de medicin sean suficientemente suaves, las diferencias de presin que inducen durante la interferencia del ensayo con las presiones del ensayo y pueden causar errores de medicin.

ASHRAE Standard 119 establece niveles de rendimiento de prdidas de aire para edificios residenciales. Estos niveles son en trminos de reas de prdida nivelizada An:

Donde:

An = rea de prdida normalizada, adimensional AL = rea de prdida efectiva a 4 Pa (CD = 1), cm2 Af = rea del suelo gruesa (dentro de las paredes del exterior), m2 H= Altura del edificio, m Ho = Altura de referencia de un edificio de una planta = 2,5 mGua para calcular la infiltracin en proyectos de calefaccin y aire acondicionado (7 PARTE)

Ver 6 PARTE

Prdidas de aire de los componentes del edificioEl procedimiento de presurizacin del ventilador discutido anteriormente permite medir las prdidas de aire en todo el edificio. La localizacin y tamao de las aperturas individuales en la envolvente del edificio son extremadamente importantes porque influyen en la tasa de infiltracin de aire de un edificio adems de las caractersticas de transferencia de humedad y calor de la envolvente. Resumen de distribucin de prdidasLos siguientes puntos resumen los porcentajes resumen los porcentajes de prdidas asociados con varios componentes y sistemas. Los valores entre parntesis incluyen el rango determinado para componente y la media del rango.

Paredes (18 a 50 %; 35 %). Tanto las paredes interiores como exteriores contribuyen a las prdidas en la estructura. Las prdidas pueden ocurrir entre la placa de solera y la cimentacin; a travs de grietas bajo el fondo de paneles de yeso, tomacorrientes elctricos, y penetraciones de fontanera; y en el tico en la parte superior de placas de paredes.

Detalles del techo (3 a 30 %; 18 %). Las prdidas a travs del techo de un espacio calentado son bastante insidiosas porque reducen la efectividad del aislamiento en el suelo del tico y contribuye a prdida de calor por infiltracin. Las prdidas del techo tambin reducen la efectividad del aislamiento en el edificio sin ticos. La iluminacin empotrada, fontanera, y penetraciones elctricas principales al tico son algunas reas particulares de preocupacin.

Sistemas de enfriamiento y calentamiento de aire forzado (3 a 28 %). La localizacin del equipo de calefaccin y refrigeracin; las unidades de tratamiento de aire, o conductos en espacios de aire acondicionado o no acondicionado; la disposicin de venteo en un sistema para quemar combustible; y la existencia y la localizacin de un suministro de aire de combustin son todas variables que afectan a las prdidas de aire. La variabilidad de prdidas en conductos pasando a travs de espacios no acondicionados es alta, siendo el coeficiente de variacin del orden del 50 %. Los estudios de campo han mostrado que las reparaciones in-situ pueden eliminar entre la cuarta parte y dos tercios de las prdidas observadas. La contribucin del 18 % de los conductos a las prdidas totales significativamente desestima sus efectos debido a que, durante la operacin del sistema, los diferenciales de presin a travs de las prdidas de los conductos son aproximadamente diez veces ms altas que las diferencias de presin tpicas a travs de las prdidas por la envolvente y dan como resultado grandes cambios en la tasa de ventilacin.

Ventanas y puertas (6 a 22 %, 15 %). Entre los distintos tipos de ventanas hay muchas variaciones en las prdidas. Las ventanas que sellan por compresin muestran significativamente menos prdidas que las que sellan por deslizamiento.

Hogar (0 a 30 %; 12 %). Cuando un hogar o chimenea no est en uso, trampillas inadecuadamente ajustadas hacen que el aire se escape. Las puertas de vidrio reducen el exceso de aire cuando el combustible se est quemando, pero raramente sellan la estructura del hogar como lo hace una trampilla cerrada.

Venteo en espacios acondicionados (2 al 12 %; 5 %). Los venteos de salida en los espacios acondicionados frecuentemente no tienen trampillas o las trampillas no cierran apropiadamente.

Difusin a travs de las paredes (< 1%). Comparado con la infiltracin a travs de huecos y otras aperturas en la estructura, la difusin no es un mecanismo de flujo importante. A 5 Pa, la permeabilidad de los materiales de construccin producen una tasa de intercambio de aire de menos de 0,01 ach en las casas tpicas por difusin de la pared.

reas de prdidas en componentes. Las reas por prdidas de componentes individuales varan ampliamente entre casa y casa. La variabilidad tpica para un componente individual tiene aproximadamente un factor de 10, dependiendo de la construccin e instalacin del componente. Se usarn ensayos para establecer las prdidas instaladas de un componente en aplicaciones donde la prdida es crtica para el rendimiento de un edificio.Prdidas en edificios multifamiliaresLa distribucin de prdidas es particularmente importante en edificios de apartamentos multifamiliares. Estos edificios a menudo no pueden ser tratados como zonas imples debido a la resistencia interna entre apartamentos. Adems, las prdidas varan ampliamente entre apartamentos, desde los muy pequeos a los edificios bien construidos con retardadores de humedad entre unidades.Control de prdidas de aireEs mucho ms fcil construir un edificio hermtico que proporcionar hermeticidad a uno existente.

Un retardador de infiltracin de aire es uno de los medios ms efectivos para reducir las prdidas de aire a travs de las paredes, alrededor de las ventanas y marcos de las puertas, y en las uniones entre elementos del edificio. Debe tenerse un cuidado particular para asegurar su continuidad en toda la pared, suelo, y uniones de techo, en marcos de ventanas y puertas; y en todas las penetraciones de los retardadores, tales como tomacorrientes elctricas e interruptores, conexiones de fontanera, y penetracin de servicios de instalaciones. Las uniones en el retardador de aire/vapor deben ser selladas. Los retardadores de vapor de plstico instalados en los techos estarn sellados con retardadores de vapor en las paredes del exterior y sern continuos en las paredes de particin. El sellado en la parte superior de la particin previene prdidas en el tico. El retardador de infiltracin de aire puede instalarse en el interior del marco de la pared, en cuyo caso usualmente funciona tambin como un retardador de vapor, o en el exterior del marco de la pared, en cuyo caso tendra una calificacin de permeabilidad lo bastante alta como para permitir la difusin del vapor de agua de la pared.

Bibliografa: F16 Ventilation and Infiltration. 2009 Fundamentals. ASHRAEPalabras clave: heat balance (HB) and radiant time series (RTS).