La ventilación natural sigue siendo un tema que genera polémica dentro del sector, pues son muchos los profesionales que están o no de acuerdo con este tipo de proyectos.
por Camilo Botero*
En unos artículos anteriores, publicados en la revista ACR Latinoamérica, comentaba que había una diferencia de enfoque, en algunas ocasiones conflictivo, entre: “El Ingeniero Ecológico vs. El arquitecto Bioclimático”. Sobre todo en lo que tiene que ver con el tema para lograr condiciones de confort en climas cálidos y húmedos, como sucede en muchos sitios de la zona tropical, y delimitaba basándome en las leyes termodinámicas, hasta dónde podrían llegar los arquitectos bioclimáticos en el control de la temperatura y la humedad relativa.
Existe, sin embargo, un punto de confluencia en el que los dos enfoques pueden coincidir y de hecho no hay ningún conflicto de tipo teórico ni se viola la segunda ley de la termodinámica, y se obtienen soluciones a veces convenientes….ese punto de confluencia puede ser la “Ventilación Natural”, la cual consiste en lograr unas condiciones razonablemente aceptables para ciertas aplicaciones, (principalmente de tipo industrial) o cuando el clima y el entorno en ambientes habitados de tipo comercial, institucionales y/o domésticos así lo permitan.
La ventilación natural se fundamenta en tomar aire exterior, (algunas veces filtrado) y llevarlo al interior para retirar la carga sensible, pero poco o nada sirve para retirar carga latente, pues, ya de por sí, en los climas motivo de este artículo el aire tiene una humedad específica alta (típicamente 130 granos/lb a.s. - 18.6 gramos/Kg a.s. o más- en mi región ), cuando según el estándar 55 de ASHRAE, que define las condiciones de confort, debería lograrse en el interior para obtener confort, un valor menor, como del orden de 70 granos/lb a.s. (10 gramos/Kg a.s.), por tanto este tipo de climatización por convección natural no aporta nada a la solución de la falta de confort, por alta humedad específica en el ambiente.
Es necesario e indispensable conocer en detalle las cargas sensibles internas y la climatología local. La ecuación con la cual se calcula el caudal de aire es muy sencilla.
Calor sensible = Una constante x el caudal de aire x un delta de T aceptable.
Para ilustrar este modelo matemático en el sistema IP, la siguiente es la ecuación a 1.000 metros sobre el nivel del mar:
q = CFM x Delta de T
Despejando el diferencial de temperatura de esta ecuación, se tiene que:
Delta de T = q / CFM
Aquí se llega a una decisión de tipo técnico-económica, pues o se fija el Delta de T (típicamente 4 °F o 2 °C ), calculando los CFM o se fijan los CFM, por ejemplo definiendo el número de cambios por hora y se calcula el cambio en temperatura máximo permisible, pero de todas maneras ese valor es incremental, es decir, si la temperatura en el exterior está en 30 °C, y el Delta de T es de 2 °C, el interior. aun cuando se insufle una cantidad de aire alta, es del orden de 32 °C, la cual está totalmente por fuera del estándar de confort.
Pero el efecto final no termina aquí. La sensación de confort se logra a través de una combinación de los siguientes factores.
- Temperatura de bulbo seco.
- Temperatura de bulbo húmedo.
- Velocidad del aire sobre el cuerpo del ocupante.
- Tipo de vestuario usado.
- Balance de masa y energía en el individuo.
Normalmente resultan unos caudales tan grandes que hacen los proyectos poco confiables, pero si se localizan los flujos de aire que se logren por convección natural, en zonas de baja densidad de carga sensible, se logran resultados aceptables con el mínimo de consumo de energía.
Ventilación natural
Las maneras de climatizar por medio de la ventilación natural se dan principalmente por medio de dos mecanismos:
- Los vientos en cada zona: deben conocerse en intensidad, dirección y frecuencia, así como sus horarios. A mi modo de ver este sistema es muy incierto, ya que no se puede controlar y depende fundamentalmente del clima, sin embargo, no se puede descartar y hoy en día se usa profusamente, no obstante, generalmente no tiene filtración o sea que la infiltración de polvo y demás polutantes pueden constituirse en un problema mayor.
Este sistema tampoco tiene manera de llevar la carga latente y por tanto no tiene control sobre la humedad relativa (y por supuesto tampoco sobre la humedad específica).
Para aprovechar los vientos, arquitectónicamente se dejan aperturas en las edificaciones que a veces se constituyen en un problema cuando llueve y los vientos anegan las zonas ocupadas.
La convección natural: esta se presenta como una consecuencia del diferencial de presión generado por la diferencia de densidad entre la mayor densidad del aire en el exterior y la menor densidad del aire en el interior del recinto habitado.
Es bastante complicado el cálculo de ese diferencial de presión pues las temperaturas no son constantes en el interior ni en el exterior, y resultan en unos pocos milímetros de columna de agua, lo cual hace muy difícil usar filtración, pues la caída de presión a través del filtro anula el efecto del termosifón que produce el diferencial de presión.
Conclusiones
1. Sí es posible usar la ventilación natural, siempre y cuando queden bien claras las posibilidades para lograr “confort” a partir de esta tecnología. Me ha tocado escuchar con frecuencia algo como “¡Nos gastamos una fortuna adaptando la edificación para esta ventilación natural y no logramos en el mejor de los casos sino 28 °C, cuando esperábamos 24 °C!“.
Lo que no agregan es que para lograr 24 °C, la inversión era considerablemente más alta si se utilizaba los equipos mecánicos necesarios para llegar a los niveles de temperatura y humedad relativa que aportan condiciones de confort; el consumo de energía 10 (o más) veces más alto y que si no tuvieran la ventilación natural en vez de 28 °C, la temperatura sería de 34 °C, razón por la cual se hizo el proyecto de ventilación natural.
2. Debe conocerse muy bien la climatología y los vientos en cada región para una aplicación específica, conocer el perfil de horas picos de carga sensible en el interior de la zona que se quiere ventilar naturalmente y tener presente los niveles de ruido y polvo que haya al exterior del ambiente habitado.
3. Hacer una o varias psicrometrías en donde aparezca el clima diurno y nocturno para varios meses del año y las condiciones que se obtendrían para la carga térmica sensible en la zona; con el fin de hacer un modelo de comportamiento del sistema en diferentes días del año y horas del día.
4. Dejar un documento firmado por el dueño y/o gerente del proyecto en donde quedé perfectamente establecido cuáles serán las condiciones aproximadas de temperatura, humedad relativa, calidad del aire en el interior y posible temperatura aparente en las personas, con las cuales se comprometería el diseño bioclimático con ventilaciones naturales, ojalá garantizado por pólizas de cumplimiento.
* Camilo Botero es el actual Secretario de la Federación de Asociaciones Iberoamericanas del Aire Acondicionado y la Refrigeración - FAIAR; fue presidente de ACAIRE y es presidente de Camilo Botero Ingenieros Consultores Ltda. Se ha desempeñado como docente en varias universidades colombianas, gremios y actualmente en ACAIRE en cursos de diplomado de proyectos de aire acondicionado, eficiencia energética en aire acondicionado y refrigeración, cogeneración y trigeneración, psicometría aplicada, termodinámica, mecánica de fluídos, transferencia de calor y turbomaquinaria. ([email protected]).
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