Modelos zonales en edificios orientados a evaluación de la calidad del aire, transmisión de calor local, y almacenamiento energético estructural

Equation Chapter 1 Section 1 Trabajo Fin de Máster Ingeniería Industrial Modelos zonales en edificios orientados a evaluación de la calidad del aire, transmisión de calor local, y almacenamiento energético estructural Autor: Juan Carlos Martín Rodrigo Tutor: Jose Manuel Salmerón Lissen Dpto. de Ingeniería Energética Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2023 iii Trabajo Fin de Máster Ingeniería Industrial Modelos zonales en edificios orientados a evaluación de la calidad del aire, transmisión de calor local, y almacenamiento energético estructural Autor: Juan Carlos Martín Rodrigo Tutor: Jose Manuel Salmerón Lissen Catedrático de Universidad Dpto. de Ingeniería Energética Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2023 v Trabajo Fin de Máster: Modelos zonales en edificios orientados a evaluación de la calidad del aire, transmisión de calor local, y almacenamiento energético estructural Autor: Juan Carlos Martín Rodrigo Tutor: Jose Manuel Salmerón Lissen El tribunal nombrado para juzgar el Trabajo arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros: Presidente: Vocales: Secretario: Acuerdan otorgarle la calificación de: Sevilla, 2023 El secretario del Tribunal vii A mi familia A mis amigos ix Agradecimientos Después de tantos años de sacrificio por conseguir una carrera universitaria y tras una situación tan compleja, como la existencia de una pandemia que ha marcado un antes y un después en el mundo que conocemos, emprendí un nuevo camino con la realización de un máster que me permitiese crecer académicamente, así como en el ámbito personal. Esto ha sido un paso importante en mi vida y, por tanto querría agradecer a ciertas personas que considero fundamental para poder desarrollar dicho trabajo: En primer lugar, a mis padres y a mi hermana, por soportar mis estados anímicos, por ofrecerme todo lo que necesito en cada momento y permitirme afianzarme unos estudios y una serie de metas en mi vida. Al mismo tiempo, es imprescindible agradecer la labor de mis amigos, con los cuales no he podido disfrutar todo el tiempo que hubiese deseado. Sin embargo, no por ello han dejado de ser un pilar fundamental en mi vida y en el desarrollo de mi carrera universitaria. Y, por último, y no menos importante, no podría olvidarme de mis compañeros de equipo, quienes han sido una vía de escape y desahogo para todos mis problemas del día a día. Por ellos, y por todos los que quedan sin nombrar, no me permitiré dejar de perseguir mis objetivos. Juan Carlos Martín Rodrigo Sevilla, 2023 Tabla 30: Resultados obtenidos para el caso particular I. Gran abertura (T2>T1) 51 Tabla 31: Resultados obtenidos para el caso particular J. Volumen 1. (T1>T2) 53 Tabla 32: Resultados obtenidos para el caso particular J. Volumen 2 (T1>T2) 53 Tabla 33: Resultados obtenidos para el caso particular J. Gran abertura (T1>T2) 54 Tabla 34: Resultados obtenidos para el caso particular J. Volumen 1. (T2>T1) 54 Tabla 35: Resultados obtenidos para el caso particular J. Volumen 2 (T2>T1) 54 Tabla 36: Resultados obtenidos para el caso particular J. Gran abertura (T2>T1) 54 Tabla 37: Niveles saludables de concentración de CO2 62 Tabla 38: Resultados caso E. Extracción mecánica modelo unizonal 68 Tabla 39: Resultados caso K. Extracción mecánica modelo multizonal. Volumen 1 (T1>T2) 70 Tabla 40: Resultados caso K. Extracción mecánica modelo multizonal. Volumen 2 (T1>T2) 70 Tabla 41: Resultados caso K. Extracción mecánica modelo multizonal. Gran abertura (T1>T2) 70 xvii Índice de figuras Figura 1: Evolución de las tasas de infiltración y su impacto en los niveles de radón en interiores 2 Figura 2: Tasa de permeabilidad/Concentración de Rn 2 Figura 3: Patrones del flujo del viento superficial en un edificio 7 Figura 4: Ventilación unilateral 10 Figura 5: Ventilación cruzada 12 Figura 6: Distribución de la velocidad del aire en un edificio 15 Figura 7: Distribución de temperatura en un recinto cerrado 15 Figura 8: Representación de la corriente de convección frente a la acción del viento 19 Figura 9: Modelo Zonal Simple (Unizonal) 29 Figura 10: Influencia de las infiltraciones en el movimiento del aire 31 Figura 11: Influencia del caudal de aire impulsado/extraído en su respectivo movimiento 37 Figura 12: Influencia de la extracción de aire en su respectivo movimiento 40 Figura 13: Modelo Zonal Simple (Multizonal) 44 Figura 14: Diferencia de presión entre Volumen 1 y volumen 2 45 Figura 15: Campo de presiones establecido en la gran abertura 46 Figura 16: Extracción mecánica modelo unizonal 68 Figura 17: Principios básicos del estándar Passivhaus 75 Figura 18: Criterios del estándar Passivhaus 75 xix Índice de gráficas Gráfica 1: Influencia de las infiltraciones para v=0,1 m/s. Variación Cp. Caso A 32 Gráfica 2: Influencia de las infiltraciones para v=5 m/s. Variación Cp. Caso A 33 Gráfica 3: Influencia de las infiltraciones. Variación de la presión. Caso A 33 Gráfica 4: Influencia de las infiltraciones para v=10 m/s. Aumento permeabilidad (barlovento). Caso A 34 Gráfica 5: Aumento permeabilidad (barlovento). Variación de la presión. Caso A 35 Gráfica 6: Influencia de las infiltraciones para v=10 m/s. Aumento permeabilidad (Sotavento). Caso A 36 Gráfica 7: Aumento permeabilidad (Sotavento). Variación de la presión. Caso A 36 Gráfica 8: Caudal por impulsión/Extracción natural. Caso particular C para v=0,1 m/s 38 Gráfica 9: Caudal por impulsión/Extracción natural. Variación de la presión. Caso C 39 Gráfica 10: Caudal por impulsión/Extracción natural. Caso particular C para v=10 m/s 39 Gráfica 11: Caudal por infiltración/Extracción natural. Caso particular A y D para v=0,1 m/s 41 Gráfica 12: Caudal por infiltración/Extracción natural. Caso particular A y D para v=5 m/s 42 Gráfica 13: Caudal por infiltración/Extracción natural. Caso particular A y D para v=10 m/s 42 Gráfica 14: Influencia extracción natural. Variación de la presión. Caso particular A y D 43 Gráfica 15: Caudal por la gran abertura. Caso particular I para v=0,1 m/s 49 Gráfica 16: Caudal por la gran abertura. Caso particular I para v=5 m/s 50 Gráfica 17: Influencia Gran abertura. Variación de la presión Caso particular I 50 Gráfica 18: Caudal Gran abertura. Influencia cambio de temperatura. Caso particular I para v=0,1 m/s 52 Gráfica 19: Caudal Gran abertura. Influencia cambio de temperatura. Caso particular I para v=5 m/s 52 Gráfica 20: Caudal Gran abertura. Cambio Sentido de flujo del aire. Caso particular J para v=0,1 m/s 55 Gráfica 21: Caudal Gran abertura. Cambio en el sentido de flujo del aire. Caso particular J para v=5 m/s 55 Gráfica 22: Concentración 𝐶𝑂2. Influencia Parámetros constructivos en modelo unizonal. V=5 m/s 58 Gráfica 23: Concentración 𝐶𝑂2. Influencia Parámetros constructivos en modelo unizonal. V=10 m/s 58 Gráfica 24: Concentración 𝐶𝑂2. Influencia Parámetros constructivos en modelo multizonal. V=5 m/s 59 Gráfica 25: Concentración 𝐶𝑂2. Influencia Extracción natural Modelo unizonal. V=5 m/s 60 Gráfica 26: Concentración 𝐶𝑂2. Influencia Extracción natural Modelo unizonal. V=10 m/s 60 Gráfica 27: Concentración 𝐶𝑂2. Influencia Extracción natural Modelo Multizonal. V=5 m/s 61 Gráfica 28: Concentración 𝐶𝑂2. Influencia Ocupación de personas. Modelo Unizonal. V=5 m/s 62 Gráfica 29: Concentración 𝐶𝑂2. Influencia Ocupación de personas. Modelo Unizonal. V=10 m/s 63 Gráfica 30: Concentración 𝐶𝑂2. Influencia Ocupación de personas. Modelo Multizonal. V=5 m/s 63 Gráfica 31: Número de personas en el modelo unizonal durante un día completo 64 Gráfica 32: Concentración 𝐶𝑂2. Variación de la Ocupación. Modelo Unizonal. V=5 m/s 65 Gráfica 33: Número de personas en el modelo multizonal durante un día completo 65 Gráfica 34: Concentración 𝐶𝑂2. Variación de la Ocupación. Modelo Multizonal. V=5 m/s 66 Gráfica 35: Caudal por impulsión natural/Extracción forzada. Modelo Unizonal. Caso particular E 69 Gráfica 36: Comparación Caudal de aire. Caso particular C y E 69 Gráfica 37: Caudal por impulsión natural/Extracción forzada. Modelo Multizonal Caso particular K 71 Gráfica 38: Concentración 𝐶𝑂2. Extracción forzada. Modelo Unizonal. V=5 m/s 72 Gráfica 39: Concentración 𝐶𝑂2. Extracción forzada vs Ocupación. Modelo Unizonal. V=5 m/s 72 Gráfica 40: Concentración 𝐶𝑂2. Extracción forzada. Modelo Multizonal. V=5 m/s 73 xxi Notación ACGIH American Conference of Governmental Industrial Hygienists CFD Computational Fluid Dynamics CIBC International Council of Building Research 𝐶𝑂2 Dióxido de Carbono CTE Código Técnico de la Edificación EPA Environmental Protection Agency. National Ambient Air Quality Standards MEF Método de Elementos Finitos OMS Organización Mundial de la Salud OSHA Occupational Safety and Health Administration RITE Reglamento de Instalaciones Térmicas en los edificios S.E.E. Síndrome del Edificio Enfermo PPM Partes por millón VOC Compuestos Orgánicos Volátiles 1 1 VISIÓN HISTÓRICA SOBRE LA RELACIÓN ENTRE LA VENTILACIÓN Y LA CALIDAD DEL AIRE INTERIOR os hallazgos epidemiológicos entre los efectos de la salud ocurridos en locales excesivamente contaminados a principios del siglo XVIII, la vida en ciudades abarrotadas y la muerte de personas encarceladas en habitaciones muy pequeñas por falta de renovación de aire viciado, entre otras situaciones, pusieron de manifiesto la importancia de la ventilación en los locales y edificios contaminados principalmente por el hombre. En 1714, Gauger observó que no era el calor de una habitación sino su desigualdad de temperatura y la falta de ventilación lo que causaba numerosas enfermedades. El aire contaminado se consideraba responsable de la propagación de enfermedades y de las sensaciones desagradables que se experimentaban en los edificios mal ventilados. Mas tarde, los trabajos de Lavoisier (1781) fueron especialmente importantes para comprender el metabolismo humano, incluida la asociación cuantitativa entre el consumo de oxígeno y la liberación de dióxido de carbono (𝐶𝑂2). Durante cierto tiempo, se consideró que la concentración de 𝐶𝑂2 era una medida de si el aire en el interior de los edificios era fresco o estaba viciado e incluso se pensó que el malestar en el interior de cualquier construcción venía dado por las elevadas concentraciones de 𝐶𝑂2. Posteriormente, numerosos científicos continuaron realizando estudios acerca de la calidad del aire. En 1853, Pettenkofer, catedrático de higiene, observó que las sensaciones desagradables del aire contaminado no se debían simplemente al calor o a la humedad, ni al 𝐶𝑂2 o a la deficiencia de oxígeno, sino más bien a la presencia de trazas de materia orgánica exhalada por la piel y los pulmones. Afirmó que el aire interior infectado no enfermaba a las personas en su totalidad, sino que debilitaba la resistencia humana frente a los agentes causantes de la enfermedad. En opinión de Pettenkofer, el 𝐶𝑂2 se trataba de un indicador de la cantidad de otras sustancias nocivas producidas por el hombre. A su vez, este científico llegó a la conclusión de que el aire no era apto para respirar si la concentración de dióxido de carbono era superior a 1000 ppm y consideró que el confort humano en el interior de los edificios presentaba un valor límite en torno a los 700 ppm. A finales del siglo XIX, Heyman sintetizó la desconfianza en la ventilación natural como alternativa para mantener la calidad del aire y consolidó el control de las fuentes de contaminación como uno de los requisitos previos para alcanzar una buena higiene. En 1905 Flygge trató de que la objeción a una atmósfera maloliente se debía principalmente a la sensación de náuseas y reflexionó profundamente en que la ventilación era ante todo una cuestión de comodidad y no de salud. Fue a partir de estos momentos, cuando los esfuerzos científicos en el campo de la ventilación decayeron y el control de olores en el interior de los edificios y el confort térmico se consideraron factores relevantes a la hora de establecer directrices para la ventilación. Durante varias décadas, los principales problemas medioambientales fueron la calidad del aire exterior, el uso de la energía y la sostenibilidad de los edificios, pero en ningún momento se tenía consideración en la calidad del aire interior. No obstante, alrededor de 1960, tras la realización de diversas pruebas científicas se halló cierta presencia de radón en el aire interior de los edificios, lo cual convirtió de nuevo al aire interior como un factor ambiental importante debido a los graves efectos que dicho gas provocaba sobre la salud del ser humano, llegando incluso a originar números casos de mortalidad. El radón causó en las personas reacciones de hipersensibilidad, infecciones de las vías respiratorias y cáncer de pulmón. Para mitigar la exposición a dicho elemento químico, se han llevado a cabo diversas estrategias de protección como sistemas de despresurización en terrenos, construcción de membranas de material impermeable frente al paso de gases entre el terreno y los elementos constructivos que están en contacto con el edificio (Soleras, muros de sótano, forjados, etc) así como la técnica de ventilación. L Visión histórica sobre la relación entre la ventilación y la calidad del aire interior 2 Este último mecanismo consiste en la dilución de gases mediante el intercambio de aire interior y exterior. Aunque dicha estrategia parecía ser a priori bastante eficaz, hubo algunos factores que tuvieron que ser analizados antes de emprender la rehabilitación contra el radón como eran las tasas de infiltración, la tasa de cambio de aire necesaria para reducir la concentración de dicho gas y el impacto en la eficiencia energética. Como demuestran algunos estudios, los niveles de estanqueidad de la edificación actual han aumentado en parte debido a las mejoras en carpintería de ventanas y puertas, y al sellado con láminas impermeables. Por este motivo, la concentración de radón en el aire interior se ha visto incrementada en los últimos años. Esto se puede observar en la siguiente ilustración donde se recogen dos gráficas representando la evolución de las tasas de infiltración y su impacto en los niveles de radón en interiores de edificación a lo largo de las últimas décadas. Figura 1: Evolución de las tasas de infiltración y su impacto en los niveles de radón en interiores Todo esto se puede contemplar de manera más visual en la siguiente imagen donde se muestra una gráfica que representa la variación de la concentración de radón en el aire interior de un edificio debido a variaciones en la permeabilidad de la envolvente. Para una misma condición de partida y una misma tasa de entrada de radón, la concentración de dicho gas pasa de 200 𝐵𝑞𝑚−3 en un edificio antiguo con una tasa de permeabilidad de 1,5 h- 1 a 1000 𝐵𝑞𝑚−3en un edificio nuevo con una tasa de permeabilidad de 0,25 h-1. Figura 2: Tasa de permeabilidad/Concentración de Rn Visión histórica sobre la relación entre la ventilación y la calidad del aire interior 3 Por lo tanto, para alcanzar el nivel deseado de concentración de Radón en el interior del edificio se necesitó una tasa de renovación de aire mayor para vencer la hermeticidad de la edificación, lo cual únicamente podía lograrse mediante la instalación de ventilación forzada. Esto implicó un elevado consumo de energía en ventiladores y numerosas pérdidas de confort térmico que debían ser soportadas a través de sistemas de calefacción o refrigeración. Por ello, en los últimos años se han realizado estudios específicos en esta materia para reducir el número de renovaciones de aire en el interior del edificio, es decir, mantener la calidad del aire interior sin necesidad de implantar una ventilación continua. Esto se lleva a cabo mediante la medición de la concentración de contaminante en el interior del edificio y la rápida actuación por parte de los sistemas de ventilación en el caso de que dichos valores se acerquen a los límites establecidos por normativa. De esta manera, se reducirá el consumo eléctrico en los ventiladores y el consumo de energía en los sistemas de calefacción o refrigeración. Adicionalmente a los problemas de salud ocasionados en el ser humano a finales de los sesenta debido a las concentraciones de radón en el interior de los edificios, a principios de los setenta, se reconocieron numerosas fuentes de formaldehido en ambientes interiores que generaron una mayor preocupación en el ámbito científico. El formaldehido se trata de un compuesto orgánico gaseoso, soluble en agua, que presenta la capacidad química para copolimerizar diversas sustancias. Sus excelentes propiedades lo han convertido en una materia prima popular en la fabricación de resinas sintéticas de tipo urea o fenol, ambas utilizadas frecuentemente como agentes adhesivos en la elaboración de los materiales de construcción y cerramientos. Como consecuencia de la fácil volatilidad de este gas, cuando aumenta la temperatura ambiente en el interior del edificio, dicho compuesto se descompone y se libera al aire ambiente en forma de contaminante. Se ha demostrado que el formaldehido provoca y agrava los síntomas asmáticos. Además, los efectos del formaldehido en las vías respiratorias son proporcionales a la concentración y duración de la exposición. Por ello, para reducir la concentración de este compuesto, en las últimas décadas se han realizado estudios acerca de la composición de los cerramientos de los nuevos edificios, construyendo edificaciones más herméticas, evitando la filtración de aire viciado del exterior y manteniendo la temperatura ideal en interiores. Sin embargo, dicha mejora ha condicionado la necesidad del funcionamiento continuo de un sistema de ventilación mecánica que garantice la salubridad lo cual provoca a su vez considerables pérdidas de energía. Es por esto, por lo que se quieren implantar equipos de medición de contaminantes en el interior del edificio, que permitan activar los sistemas de ventilación únicamente cuando se requieran para no exceder los valores límites de contaminación establecidos por normativa. Mas tarde, a finales de los años setenta, surge el llamado Síndrome del Edificio Enfermo (S.E.E.) debido a la grave crisis energética. Los edificios con gran afluencia de público con el fin de ahorrar energía comenzaron a destacar por un aislamiento de mejor calidad, lo que conllevó, aparte del ahorro energético esperado, una preocupante degradación del aire interior al no renovarse este continuamente, es decir, al reducir el número de renovaciones por hora del aire en un espacio cerrado. Las personas presentes en dichos edificios sufrieron graves síntomas como irritación de las mucosas, dolor de cabeza, asma o fatiga. Por tanto, la iniciativa llevada a cabo por expertos en la materia para resolver dichos problemas de salud se ha basado en los últimos años en la investigación de nuevos materiales de construcción capaces de mantener el edificio en buenas condiciones y que permitan la entrada de aire para ventilación en interiores cuando sea necesario. Hasta el momento, equipos específicos y diversos estudios científicos, han detectado numerosos contaminantes, los cuales han perjudicado a la calidad del aire interior generando graves problemas de salud. Además, de los descritos anteriormente, se ha demostrado la presencia de compuestos orgánicos volátiles (VOC`s), gases de combustión diversos, amianto y aislantes peligrosos, plomo y polvos metálicos pesados en general. A continuación, se recogen en una tabla las concentraciones máximas de contaminantes que pueden estar presentes en el aire exterior y que representan la calidad mínima del mismo para que pueda ser utilizado en la ventilación de un edificio. Dicha tabla muestra valores de referencia según EPA (U.S. Environmental Protection Agency. National Ambient Air Quality Standards). Métodos de cálculo del caudal de aire de ventilación e infiltraciones. Evaluación calidad del aire interior 10 Figura 4: Ventilación unilateral En este tipo de ventilación, cuando se tiene solamente una abertura, el flujo de aire a través de ella se debe en mayor medida a la fuerza del viento, particularmente en pequeñas aberturas. Para este caso, el método empírico British Standard propone la siguiente expresión para calcular la ventilación de aire a través de aberturas en una sola fachada debida al efecto del viento: 𝑄=0,025∗𝐴∗𝑣 (2–4) Donde: 𝑄:𝑇𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑣𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛(𝑚3 𝑠) 𝐴:Á𝑟𝑒𝑎 𝑙𝑖𝑏𝑟𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑎𝑏𝑒𝑟𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑣𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (𝑚2) 𝑣:𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑣𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 (𝑚𝑠) Sin embargo, en el caso de que exista más de una abertura a diferente altura en dicha pared, el efecto chimenea puede incrementar el flujo de aire además del viento. Para ello, dicho método tiene la capacidad de calcular el caudal de aire de ventilación debido al efecto de la diferencia de temperaturas entre dos aberturas a partir de la siguiente expresión: 𝑄=𝐶𝑑∗𝐴∗ 𝜀∗√2 (1+𝜀)∗(𝑎+𝜀2)0,5∗𝛥𝑇∗𝑔∗𝐻1 𝑇 (2–5) Donde: 𝐴:𝑆𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑎𝑏𝑒𝑟𝑡𝑢𝑟𝑎 (𝑚2) 𝐶𝑑:𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝛥𝑇:𝐷𝑖𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑒𝑥𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 𝑒 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 (𝐾) 𝐻1:𝑆𝑒𝑝𝑎𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑎𝑏𝑒𝑟𝑡𝑢𝑟𝑎𝑠 (𝑚) 𝑇:𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 (º𝐶) Métodos de cálculo del caudal de aire de ventilación e infiltraciones. Evaluación calidad del aire interior 11 2.2.2. Método AHSRAE Modelo empírico cuya información ha sido extraída del capítulo 27 del ASHRAE Fundamental Handbook (2005), está basado en el modelo del Lawrence Berkeley National Laboratory desarrollado por Sherman y Grimsrud en 1980. Establece unos coeficientes de cálculo de las infiltraciones de aire que dependen de la altura, ubicación y velocidad del viento y permite hacer una estimación de dichas infiltraciones en base al área equivalente de grietas que se obtiene haciendo el ensayo Blower Door Test. Dicho ensayo es la técnica más eficiente para determinar el nivel de permeabilidad del edificio, a partir de la presurización o despresurización de este recinto. La prueba debe realizarse con todas las puertas y ventanas que dan al exterior cerradas, manteniendo abiertas las puertas interiores y sellando todas las salidas de aire. A su vez, para iniciar el ensayo es necesario que la diferencia entre la presión exterior e interior no supere los 5 pascales. Una vez que se cumple esta premisa, se enciende un ventilador que permite la presurización (o despresurización) del edificio hasta que la diferencia de las presiones externa e interna alcance los 50 Pascales. Mientras la prueba se ejecuta, se van registrando los datos relativos al valor de la presión, la temperatura tanto en el exterior como en el interior y el flujo de aire generado a través de los cerramientos del edificio. No obstante, el flujo de aire que incide o sale del edificio debido a las infiltraciones se puede calcular por medio de la siguiente expresión, la cual utiliza el valor del área equivalente de grietas o también conocida como área de infiltración efectiva de aire obtenida mediante el ensayo Blower Door Test. 𝑄=𝐴𝐿∗√(𝐶𝑠∗𝛥𝑇)+(𝐶𝑤∗𝑉2) (2–6) Siendo: 𝑄:𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑝𝑜𝑟 𝑖𝑛𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 (𝑚3 ℎ) 𝐴𝐿:Á𝑟𝑒𝑎 𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎 𝑑𝑒 𝑖𝑛𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (𝑐𝑚2) 𝐶𝑠:𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑑𝑜 𝑎𝑙 𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑜 𝑐ℎ𝑖𝑚𝑒𝑛𝑒𝑎 (𝑚6 ℎ2∗𝑐𝑚4∗𝐾) 𝛥𝑇:𝐷𝑖𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑒𝑙 𝑒𝑥𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 𝑦 𝑒𝑙 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 (𝐾) 𝐶𝑤:𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑑𝑜 𝑎𝑙 𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑣𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 (𝑚4∗𝑠2 ℎ2∗𝑐𝑚4) 𝑉:𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑣𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 (𝑚𝑠) Asimismo, como resultado del ensayo, se puede conocer el número de renovaciones a la hora a partir de la siguiente expresión: 𝑛50=𝑉50 𝑉𝑜𝑙 (2–7) Donde: 𝑛50:𝑇𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑛𝑜𝑣𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑎 50 𝑃𝑎 (𝑟𝑒𝑛 ℎ) Métodos de cálculo del caudal de aire de ventilación e infiltraciones. Evaluación calidad del aire interior 12 𝑉50:𝑅𝑒𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑐𝑜𝑛 𝑢𝑛𝑎 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 50 𝑃𝑎(𝑚3 ℎ) 𝑉𝑜𝑙:𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑑𝑖𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜 (𝑚3) Cuanto mayor sea el valor recogido del ensayo para la tasa de renovación de aire, más deficiente será la hermeticidad de los cerramientos del edificio objeto de estudio, lo cual generará a su vez una mala calidad del aire interior ya que provocará una alimentación indeseada de contaminantes al interior del recinto de manera descontrolada. La precisión de esta metodología empírica para el cálculo del caudal de aire por infiltraciones puede llegar a ser muy buena cuando los parámetros del edificio en cuestión son bien conocidos, pero la precisión se pierde cuando no se tiene información acerca de ellos obteniéndose errores del orden del 40%. Además, dicho modelo es solo aplicable para el caso de infiltraciones de aire por medio de grietas o uniones de cerramientos defectuosos en la envolvente de la construcción y no es útil para el cálculo del caudal de aire de ventilación por medio de rejillas de ventilación o ciertas aberturas como el caso de las ventanas. 2.2.3. Método de Aynsley Consiste en la predicción del flujo global de aire para el caso de ventilación cruzada. Este tipo de ventilación, la cual se muestra en la siguiente imagen, sucede cuando el aire exterior entra por una o más aberturas situadas en un lado del edificio y sale por una o más aberturas situadas al otro lado de dicho recinto. Figura 5: Ventilación cruzada Asimismo, como se menciona a lo largo del desarrollo del presente trabajo, el viento incidente sobre el edificio tiende a inducir presiones positivas en la fachada a barlovento y negativas en el lado a sotavento generando de esta manera una diferencia de presión a través de la sección del edificio que permite la conducción del flujo de aire por dicho espacio definido. Dicho esto, es evidente destacar que, en este método de ventilación, el flujo de aire es principalmente conducido por la fuerza del viento, y el efecto chimenea solamente se vuelve importante cuando hay una diferencia de altura significativa entre las aberturas de entrada y salida de la ventilación. En relación con la teoría proporcionada sobre ventilación cruzada, Aynsley propuso este método asumiendo dos aberturas principales en fachadas opuestas del edificio. A su vez, para el cálculo del caudal de aire que atraviesa el edificio se requiere el coeficiente de presión/succión de cada fachada y se tiene en cuenta la conservación de masas entre las dos aberturas. A partir de esto, generó la siguiente expresión para el cálculo del fujo de aire de Métodos de cálculo del caudal de aire de ventilación e infiltraciones. Evaluación calidad del aire interior 13 ventilación. 𝑄=√𝐶𝑝1−𝐶𝑝2 (1 𝐴12∗𝐶𝑑1 2)+(1 𝐴22∗𝐶𝑑2 2)∗𝑉𝑠 (2–8) Siendo: 𝑄:𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑑𝑒𝑙 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑑𝑒 𝑣𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑐𝑟𝑢𝑧𝑎𝑑𝑎 (𝑚3 ℎ) 𝐶𝑑1:𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑒𝑛 𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑎 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑛𝑓𝑖𝑔𝑢𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑎𝑏𝑒𝑟𝑡𝑢𝑟𝑎 1 𝐶𝑑2:𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 𝑒𝑛 𝑏𝑎𝑠𝑒 𝑎 𝑙𝑎 𝑐𝑜𝑛𝑓𝑖𝑔𝑢𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑎𝑏𝑒𝑟𝑡𝑢𝑟𝑎 2 𝐴1:Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑎𝑏𝑒𝑟𝑡𝑢𝑟𝑎 1 (𝑚2) 𝐴2:Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑎𝑏𝑒𝑟𝑡𝑢𝑟𝑎 2 (𝑚2) 𝑉:𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑣𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 (𝑚𝑠) No obstante, esta metodología no es útil para el cálculo del caudal de aire en sistemas de ventilación unilateral y ventilación por efecto chimenea y por lo tanto no tendrá especial interés en el desarrollo del trabajo. 2.2.4. Método de De Gidds y Phaff Permite el cálculo del caudal de aire de ventilación aplicando el efecto combinado de la temperatura, el viento y la turbulencia para el caso de ventilación unilateral. Dicho método tiene la capacidad de representar la ventilación natural provista en ausencia de viento a partir de una constante de turbulencia, exclusiva de este método, relacionada con los valores de velocidad del aire fluctuantes. Con este modelo empírico se puede calcular una velocidad efectiva, que se refiere al flujo a través de media ventana abierta y deriva directamente del caudal de aire medido. En forma general, la velocidad efectiva se define como: 𝑈𝑒𝑓𝑓=𝑄𝐴2=√2𝑔∗(𝛥𝑃𝑣𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜+𝛥𝑃𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎+𝛥𝑃𝑡𝑢𝑟𝑏𝑢𝑙𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎) (2–9) 𝑈𝑒𝑓𝑓=𝑄𝐴2=√𝐶3+(𝐶1∗𝑈𝑚𝑒𝑡 2)+(𝐶2∗𝐻∗𝛥𝑇) (2–10) Donde: 𝑈𝑚𝑒𝑡:𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑣𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑚𝑒𝑡𝑒𝑜𝑟𝑜𝑙ó𝑔𝑖𝑐𝑎 (𝑚𝑠) Métodos de cálculo del caudal de aire de ventilación e infiltraciones. Evaluación calidad del aire interior 14 𝐻:𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑎𝑏𝑒𝑟𝑡𝑢𝑟𝑎 (𝑚) 𝐶1:𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑎𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙 𝑞𝑢𝑒 𝑑𝑒𝑝𝑒𝑛𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑣𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 𝐶2:𝐶𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑑𝑎 𝑎𝑙 𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑜 𝑐ℎ𝑖𝑚𝑒𝑛𝑒𝑎 𝐶3:𝐶𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑡𝑢𝑟𝑏𝑢𝑙𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 Asimismo, teniendo en cuenta que 𝐶1=0,001, 𝐶2=0,0035 y 𝐶3=0,01, el caudal de aire de ventilación se puede obtener a partir de la siguiente expresión: 𝑄=𝐴2∗√(0,001∗𝑈𝑚𝑒𝑡 2)+(0,0035∗𝐻∗𝛥𝑇)+0,01 (2–11) Siendo: 𝑄:𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑑𝑒 𝑣𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑞𝑢𝑒 𝑖𝑛𝑐𝑖𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑟 𝑙𝑎 𝑎𝑏𝑒𝑟𝑡𝑢𝑟𝑎 (𝑚3 𝑠) 𝐴:Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑎𝑏𝑒𝑟𝑡𝑢𝑟𝑎 (𝑚2) 𝛥𝑇:𝐷𝑖𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑡𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑒𝑙 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 𝑦 𝑒𝑙 𝑒𝑥𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 (º𝐶 𝑜 º𝐾) En general, los métodos empíricos desarrollados anteriormente para el cálculo de los caudales de aire de ventilación presentan un coste computacional menor que otros métodos de cálculo y son adecuados para evaluar la demanda de acondicionamiento anual. Sin embargo, propician una menor precisión en los resultados obtenidos ya que estos provienen de ensayos experimentales. Es por este motivo, por lo que en ocasiones se han empleado métodos más detallados y precisos como son los métodos numéricos, también conocidos como métodos CFD (Computational Fluid Dynamics) 2.3. Modelos numéricos de CFD o Dinámica de Fluidos Computacional Se tratan de las herramientas de cálculo más avanzadas debido a que representan el mayor grado de aproximación posible para el tratamiento de problemas de movimiento de aire. Dicho método resuelve simultáneamente ecuaciones de conservación de masa, energía y momento, basadas en las complejas ecuaciones de Navier-Stokes mediante diferencias finitas o MEF (Método de los Elementos Finitos). Asimismo, esta metodología tiene la capacidad de realizar simulaciones como si fuera un experimento en un laboratorio virtual, imponiendo unas condiciones de contorno y utilizando un modelo matemático y algoritmos que describan los procesos similares a lo que pasaría en la realidad, ofreciendo finalmente como resultados entre otros, campos de distribución de velocidad del aire, temperatura, presiones y los patrones de flujo. A continuación, se muestran algunos de los posibles resultados a obtener con este método de cálculo. Métodos de cálculo del caudal de aire de ventilación e infiltraciones. Evaluación calidad del aire interior 15 Figura 6: Distribución de la velocidad del aire en un edificio Figura 7: Distribución de temperatura en un recinto cerrado Dicho método parte de un modelo geométrico introducido por el usuario a través de entornos gráficos o mediante consola que proporciona las condiciones de contorno y representa la forma de la envolvente que permanece en contacto con el fluido. Una vez introducida la geometría, se proporcionan los datos del fluido, densidad, viscosidad, presión, velocidad y temperatura a partir de los cuales el programa representa el modelo de manera gráfica. A su vez, esta estrategia se caracteriza por operar sobre mallados densos, es decir, constituye un elevado número de celdas por unidad de volumen lo cual le permite obtener una información mucho más detallada acerca de las magnitudes físicas propias del fluido En definitiva, los modelos CFD son altamente precisos a la hora de simular las características que influyen en la ventilación natural y predecir su comportamiento en los edificios antes de su construcción. Sin embargo, hay que destacar que, dada la naturaleza aleatoria de los parámetros de entrada para los modelos de ventilación natural, como la velocidad del viento y orientación, no es necesario utilizar modelos tan detallistas y complicados. Además, esta técnica no es útil cuando se quiere estudiar la demanda anual. Presenta a su vez un coste computacional mayor que otros métodos de cálculo y para adquirir buenos resultados se requieren tiempos de cálculo muy elevados generando en ciertas ocasiones problemas de convergencia. Métodos de cálculo del caudal de aire de ventilación e infiltraciones. Evaluación calidad del aire interior 16 2.4. Modelo simplificado Fully Mixed Estrategia utilizada para el cálculo del caudal de aire de ventilación que sigue un criterio de resolución muy diferente a lo desarrollado hasta el momento ya que plantea ecuaciones de conservación para el aire del local sin tener en cuenta el movimiento en el interior de éste, es decir, enfoca el análisis en los intercambios con las fronteras que lo delimitan sin atender a los procesos que tienen lugar en el interior del edificio. Por lo tanto, dicha metodología de cálculo resulta útil en situaciones en las que no se precisa ni se requiere descripción alguna del movimiento del aire ni tampoco de la distribución de temperaturas y concentraciones que éste conlleva. Asimismo, en simulaciones de sistemas que cubren espacios de tiempo muy amplios, el modelo fully-mixed se revela de gran utilidad frente a cualquier otro en que el tiempo de cálculo requerido fuera inadmisible. Habitualmente, este método se emplea para obtener información acerca de las condiciones de contorno del edificio días anteriores al momento en el que se requiere conocimiento sobre el movimiento del aire a través del recinto. Llegados a este punto, será necesario un modelo que centre su interés en generar una descripción detallada sobre el movimiento del aire en el interior del edificio en un tiempo de cálculo no demasiado alto. Dicho modelo se expone a continuación. 2.5. Modelos zonales Consiste en una división del espacio definido en un número reducido de subvolúmenes y unas determinadas simplificaciones que permiten adquirir información de gran calidad sobre las acciones que provocan el movimiento del aire en el edificio, así como en cada una de las zonas en las que se divide el recinto, ya sea debido a la velocidad del viento, a la diferencia de temperatura entre los diferentes volúmenes y el exterior o las rejillas de ventilación implementadas en la edificación. El objetivo de esta metodología es calcular el flujo de aire en un recinto, conocida su geometría y las condiciones climáticas de viento y temperatura. Asimismo, las condiciones de equilibrio en los contornos entre las diferentes regiones, junto con las leyes globales de conservación de masa y energía, permiten obtener un sistema de ecuaciones que determinan las magnitudes de interés. La principal ventaja de este método de cálculo radica en su simplicidad para poder introducir de forma relativamente fácil ciertos fenómenos que permitan la disminución de requerimientos de hardware para la resolución de los casos posibles, consigan la reducción del tiempo de ejecución de las ecuaciones involucradas y adquieran información bajo costes de cálculo reducido. No obstante, como inconveniente, el modelo solo genera buenos resultados para problemas en los que el mecanismo responsable del movimiento del aire es la convección natural. Sin embargo, cuando se produce convección mixta, se puede observar que las hipótesis del modelo no resultan admisibles desde el punto de vista de los fenómenos que tienen lugar debido a que las predicciones para la distribución de la velocidad con respecto al flujo de aire interior no resultan ser eficaces. Además, la resolución del modelo no tiene en cuenta habitualmente los efectos transitorios entre estados estacionarios, por lo que los flujos de aire en recinto han de verificar en todo instante los balances másicos, tanto a nivel de zona como a nivel global. Estos efectos transitorios, como los que se producen durante la apertura de una puerta o ventana, tienen poco interés cuando lo que se trata de simular es un comportamiento medio del flujo de aire en un espacio durante un extenso periodo de tiempo. A pesar de estas dificultades, los resultados obtenidos por este método no solo permiten calcular los caudales de ventilación en cada uno de los volúmenes en los que se ha dividido el recinto objeto de estudio, sino que además posibilitan la evaluación de la calidad del aire en el interior del edificio y cuantifican el impacto que puede llegar a tener un exceso de ventilación sobre la demanda energética y el confort térmico del edificio. Como se desarrollará en apartados posteriores, los caudales de ventilación están influenciados por la velocidad del viento exterior, así como por la dirección, dado que en las fachadas a sotavento existe una velocidad de viento a partir de la cual se invierte el flujo de ventilación. Este fenómeno provoca que exista un exceso de Métodos de cálculo del caudal de aire de ventilación e infiltraciones. Evaluación calidad del aire interior 17 ventilación, provocando una disminución del confort y un aumento de la carga térmica asociada. Aunque la ventilación es imprescindible para garantizar la calidad del aire interior, esta se debe de controlar ya que presenta una influencia muy significativa en el consumo energético de las edificaciones. Para cuantificar dicho impacto, es de gran interés la realización de simulaciones dinámicas. Para ello, el modelo desarrollado puede extender su uso a un estudio dinámico aplicando el método en sucesivos instantes de tiempo. En este caso, sería necesario realizar la suposición de que el flujo de aire se desarrolla completamente entre un instante y el siguiente. Con este estudio, se podrá calcular el caudal de aire de ventilación que incide en el interior del edificio mediante convección natural en diferentes instantes de tiempo analizando diferentes casos donde se realizan modificaciones en los parámetros que producen el movimiento del aire en el edificio para ver las consecuencias que conllevan en los resultados obtenidos. Asimismo, se llevará a cabo una medición del nivel de concentración de 𝐶𝑂2 para que no sobrepasen los limites recogidos por normativa. 19 3 DEFINICIÓN DEL PROBLEMA na vez desarrolladas cada una de las estrategias que permiten el cálculo del caudal de aire de ventilación se hace hincapié en aquella que realmente es de interés para estudiar el problema objeto del trabajo, es decir, se requiere un modelo físico que sea capaz de simular de manera adecuada cada uno de los procesos que puede tener lugar en el interior de un edificio, analizando la trayectoria del flujo de aire y proporcionando información deseada sobre la concentración de contaminantes en el aire del recinto. Como se ha mencionado anteriormente, la metodología de cálculo ideal para analizar el problema del movimiento del aire en un recinto cerrado es el modelo zonal, que se trata de una excelente herramienta tanto por la calidad de sus resultados como por su simplicidad en situaciones donde predomina la convección natural. No obstante, antes de abordar cualquier modelización es necesario conocer los procesos físicos que tienen lugar en este tipo de situaciones de forma que se tenga una base sobre la que fundamentar las posibles soluciones a adoptar. 3.1. Viento El aire es una masa más o menos homogénea de gases contenida en la atmósfera de la Tierra por causa de la acción de las fuerzas de gravedad. Asimismo, dicha masa de aire ejerce cierto movimiento debido al calentamiento que sufren como consecuencia de la radiación solar y de otros factores que provocan el incremento de la temperatura del aire, la disminución de la presión y el subsiguiente ascenso de las moléculas que forman estos gases. En el caso contrario, cuando la temperatura del aire disminuye, aumenta la presión y se produce por tanto un descenso de las moléculas. Este proceso físico de expansión y movimiento del flujo de aire en sentido vertical se le conoce como flujo convectivo, y su existencia o no está íntimamente relacionada con la estratificación térmica vertical de la atmósfera y el gradiente de presiones. A su vez, este proceso permite que nueva masa de aire se desplace de manera horizontal para ocupar los huecos que han dejado libres las moléculas al realizar dicha trayectoria vertical. Esto último define a uno de los parámetros físicos más importantes en el desarrollo del trabajo, el viento. Figura 8: Representación de la corriente de convección frente a la acción del viento Durante el desarrollo del trabajo, se estudiará la influencia de la acción del viento sobre los cerramientos de un espacio definido y se establecerá la distribución del campo de velocidades, así como el valor de las presiones que ejerce el viento sobre el edificio. No obstante, las fuerzas resultantes mantienen variaciones en cada punto de cada fachada expuesta y dependen de la forma y de las dimensiones de la construcción, de las características y de la permeabilidad de la superficie, al igual que de la dirección, de la intensidad del viento. La distribución del campo de velocidades en un recinto cerrado depende principalmente de las superficies que U Definición del problema 26 No obstante, dichos valores se han determinado para 100 Pascales, por lo que, para el desarrollo del trabajo, se ha realizado el cambio de unidad de dichos valores a 50 Pascales para evaluar el valor del cambio de aire en el modelo objeto de estudio. Para las zonas climáticas de invierno A y B: 𝐶ℎ≤27(𝑚3 ℎ∗𝑚2) (3–27) 𝐶ℎ`≤29∗(50 100)0,67≤18(𝑚3 ℎ∗𝑚2) (3–28) Para las zonas climática de invierno C, D y E: 𝐶ℎ≤9(𝑚3 ℎ∗𝑚2) (3–29) 𝐶ℎ`≤9∗(50 100)0,67≤6(𝑚3 ℎ∗𝑚2) (3–30) Aun así, dicho parámetro dependerá de la permeabilidad del tipo de ventana por el cual esté constituido el edificio. A lo largo del trabajo, se estudiarán varios casos establecidos en un edificio experimental. 𝑉50:𝑅𝑒𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑐𝑜𝑛 𝑢𝑛𝑎 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 50 𝑃𝑎(𝑚3 ℎ) 𝑞50:𝑃𝑒𝑟𝑚𝑒𝑎𝑏𝑖𝑙𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑎𝑙 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑐𝑜𝑛 𝑢𝑛𝑎 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 50 𝑃𝑎 (𝑚3 ℎ∗𝑚2) 𝑉𝑟𝑒𝑐𝑖𝑛𝑡𝑜:𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑒𝑠𝑝𝑎𝑐𝑖𝑜 𝑜𝑏𝑗𝑒𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑠𝑡𝑢𝑑𝑖𝑜 (𝑚3) 3.4. Concentración de CO2 Una vez realizados los cálculos del caudal de aire que circula por el interior del edificio en base a las condiciones del aire exterior, la velocidad del aire, la tasa de ventilación y las infiltraciones que se producen en los cerramiento del recinto objeto de estudio en cada instante, se puede obtener el nivel de concentración de 𝐶𝑂2 que contiene dicho aire tanto en el exterior del edificio como en el interior de éste. Para ello, se ha fijado la concentración de contaminante en el aire exterior en 400 ppm y se ha tenido en cuenta la tasa de producción de 𝐶𝑂2 por persona en función al nivel de ocupación que presentan las diferentes zonas del edificio en cada instante. Según la norma UNE-EN: 13779:2008, dicha tasa depende del nivel metabólico y la actividad realizada por la persona en el recinto objeto de estudio. El nivel de actividad metabólica de una Definición del problema 27 oficina es 1,2 mets y el nivel de contaminación se puede calcular de la siguiente forma: 𝑞𝐶𝑂2=7,56∗𝑀=9,07𝑚𝑔 𝑠 (3–31) 𝑀=1,2 𝑚𝑒𝑡𝑠 (3–32) Donde: 𝑞𝐶𝑂2:𝑇𝑎𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝐶𝑂2 𝑝𝑜𝑟 𝑝𝑒𝑟𝑠𝑜𝑛𝑎 Como se podrá contemplar más adelante en los casos prácticos, se calculará el tiempo que tarda el interior del edificio en alcanzar dicho nivel de 𝐶𝑂2. Asimismo, el valor máximo de contaminante recomendado para los interiores se encuentra en un rango aproximado entre 1000-1200 ppm, por lo que llegados a este punto sería necesario activar los sistemas de ventilación mecánica para renovar dicho aire y no alcanzar valores perjudiciales para la salud de los ocupantes. Una vez detallado cada uno de los parámetros a tener en cuenta en el desarrollo del trabajo, se menciona en el siguiente apartado los diferentes procesos físicos que pueden tener lugar en el recinto objeto de estudio referente a posibles variaciones en los parámetros analizados previamente. 3.5. Posibles Casos de estudio Casos Modelo Veloci dad Viento Ventilación natural (Impulsión) Ventilación natural (Extracción) Infiltración Ventilación mecánica (Impulsión) Ventilación mecánica (Extracción) 𝐴0 Unizonal No No No Si No No 𝐴1 Unizonal Si No No Si No No 𝐵0 Unizonal No Si No Si No No 𝐵1 Unizonal Si Si No Si No No 𝐶0 Unizonal No Si Si Si No No 𝐶1 Unizonal Si Si Si Si No No 𝐷0 Unizonal No No Si Si No No 𝐷1 Unizonal Si No Si Si No No 𝐸0 Unizonal No Si No Si No Si 𝐸1 Unizonal Si Si No Si No Si 𝐹0 Unizonal No No No Si No Si Definición del problema 28 Casos Modelo Veloci dad Viento Ventilación natural (Impulsión) Ventilación natural (Extracción) Infiltración Ventilación mecánica (Impulsión) Ventilación mecánica (Extracción) 𝐹1 Unizonal Si No No Si No Si 𝐺0 Unizonal No No No Si Si Si 𝐺1 Unizonal Si No No Si Si Si 𝐻0 Unizonal No Si No Si Si Si 𝐻1 Unizonal Si Si No Si Si Si 𝐼0 Multizonal No No No Si No No 𝐼1 Multizonal Si No No Si No No 𝐽0 Multizonal No No Si Si No No 𝐽1 Multizonal Si No Si Si No No 𝐾0 Multizonal No Si No Si No Si 𝐾1 Multizonal Si Si No Si No Si Tabla 9: Posibles Casos de estudio Para estudiar y analizar cada uno de los casos recogidos en la tabla anterior, la metodología de cálculo ideal es el modelo zonal que se trata de una excelente técnica de resolución de los diferentes procesos que pueden tener lugar en el interior de un edificio. Asimismo, dicho método de cálculo tiene la capacidad de analizar el movimiento del aire a través del recinto objeto de estudio y proporcionar gráficas donde se ilustre de manera óptima la evolución de la concentración de contaminante en el aire de la vivienda. No obstante, aunque el modelo zonal genera mejores resultados en situaciones donde predomina la convección natural, para la ejecución de este trabajo, se ha utilizado a su vez dicho método con el objetivo de determinar el comportamiento del aire en espacios ventilados mediante la implementación de un método dinámico que permita establecer la presencia de convección forzada en aquellas zonas donde sea necesario debido a la proximidad del nivel de concentración de 𝐶𝑂2 a los valores límites establecidos en normativas sobre calidad del aire interior. 29 4 MODELO ZONAL SIMPLE Para modelar el conjunto de flujos de aire que tienen lugar en un recinto cerrado, se pueden emplear distintos tipos de modelos zonales dependiendo de las variables de resolución consideradas en cada caso y de las características constructivas del edificio objeto de estudio. Es cierto, que durante el desarrollo del trabajo se realizarán estudios de simulación para determinar la influencia de las tasas de ventilación e infiltración en la demanda energética y la calidad del aire y se analizará como afectan la dirección del viento y la estanqueidad en los resultados obtenidos. Pero realmente, las principales incógnitas en el proceso general de resolución son las presiones en cada una de las zonas o celdas en las que se configura el edificio. Por este motivo, los modelos presentados en este documento serán conocidos como modelos zonales en presiones y permitirá calcular la diferencia de presión entre las diferentes zonas del recinto estudiado. Como se puede observar en la tabla anterior, se van a tener en cuenta diversos casos de estudio en base a las particiones interiores en modelos de flujo individuales. En primer lugar, se analizará el modelo de zona única, el cual hace referencia a edificios en los que el efecto de las particiones interiores influye poco en el movimiento del aire. Dicho modelo se denomina “zona única en presión” o “zona única en flujos” y se caracteriza porque las condiciones internas pueden considerarse homogéneas, es decir, solo existe un volumen con un valor de presión y temperatura asignado a un único nodo. 4.1 Modelo unizonal Para el desarrollo del modelo de zona única, se ha considerado un local, representado en la siguiente figura, de dimensiones L x W x H (m), en el cual se han establecido diversos elementos constructivos, ventanas, rejillas de ventilación, etc para evaluar cada una de las situaciones a las que puede enfrentarse el movimiento del aire en el interior del edificio. Figura 9: Modelo Zonal Simple (Unizonal) Modelo Zonal Simple 30 Siendo: 𝐴:𝐸𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑉𝑒𝑛𝑡𝑎𝑛𝑎 𝐵:𝑅𝑒𝑗𝑖𝑙𝑙𝑎 𝑑𝑒 𝑉𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑛𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑙 (𝐼𝑚𝑝𝑢𝑙𝑠𝑖ó𝑛) 𝐶:𝑅𝑒𝑗𝑖𝑙𝑙𝑎 𝑑𝑒 𝑉𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑛𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑙 (𝐸𝑥𝑡𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛) 𝐷:𝐸𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑟𝑢𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜 (𝐶𝑒𝑟𝑟𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜) Una vez definido el modelo de estudio, se requiere formular una serie de hipótesis fundamentales sobre las que posteriormente se aplicaran las distintas ecuaciones de conservación. En un primer instante, el modelo tratará la zona única como si se encontrase en reposo y toma valores homogéneos para las magnitudes de dichos parámetros en el interior del edificio. - Temperatura: 𝑇𝑖 (ºC): Dicho valor se fija en cada uno de los casos de estudio. - Densidad: 𝜌𝑖 (kg/𝑚3): Este parámetro, según la hipótesis de Boussinesq, varía únicamente con la temperatura independientemente del valor de la presión. - Concentración del contaminante k: 𝑋𝑖,𝑘(kg k/kg aire): Se establece un valor constante de concentración de 𝐶𝑂2 en el aire exterior y se especifica la generación de contaminante en el interior del edificio en base a la ocupación y fuentes de generación de 𝐶𝑂2. - Presión: Esta variable varía según una ley hidrostática del tipo: 𝑃𝑖=𝑃𝑖𝑜−𝜌𝑖∗𝑔∗𝑍 (4–1) Siendo: 𝑃𝑖𝑜:𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑎 𝑢𝑛𝑎 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑛𝑎𝑑𝑎 𝑔:𝐺𝑟𝑎𝑣𝑒𝑑𝑎𝑑 (9,81𝑚 𝑠2) 𝑍:𝐴𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑑𝑖𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜 (𝑚) No obstante, estas hipótesis solo serán válidas en aquellos casos en los que predomine la convección natural como mecanismo principal del movimiento del aire en el interior del edificio, siendo necesaria la implementación de un problema dinámico en el tiempo en aquellas situaciones en las que se requiera convección forzada. Además, para la resolución del problema, no se consideran infiltraciones a través del suelo del recinto. A continuación, se detallan los posibles casos de estudio establecidos para el modelo zonal simple (Unizonal). 4.1.1. Influencia de las infiltraciones. Permeabilidad de los cerramientos Permite analizar como influyen las infiltraciones de aire que se producen a través de los cerramientos en el movimiento del aire por el interior del edificio. Este proceso depende en gran medida de la permeabilidad de las paredes que recubren el recinto objeto de estudio. A continuación, se puede observar la trayectoria que siguen las moléculas de aire en el modelo unizonal (Caso A) cuando el proceso de convección natural tiene lugar únicamente por causa de las infiltraciones de aire exterior. Modelo Zonal Simple 31 Para la resolución de este caso particular, se han tenido en cuenta los siguientes coeficientes eólicos de presión/succión en los cerramientos del edificio. Tabla 10: Coeficientes eólicos de presión/succión en el caso de estudio A En base a estos coeficientes y a las hipótesis desarrolladas anteriormente, se ha aplicado la siguiente ecuación de conservación de masa en el modelo zonal: 𝑉𝑒𝑥𝑡6+𝑉𝑒𝑥𝑡7+𝑉𝑒𝑥𝑡5+𝑉𝑒𝑥𝑡1+𝑉𝑒𝑥𝑡9+𝑉𝑒𝑥𝑡11=0 (4–2) Además, se ha analizado dicho caso de estudio para tres velocidades diferentes, obteniéndose el caudal de aire por infiltraciones en los cerramientos del modelo unizonal y la diferencia de presiones entre el interior y el exterior del edificio (Pr1). Tabla 11: Resultados obtenidos para el caso particular A Ahora bien, en el caso de que se mantenga la velocidad del viento pero disminuya el coeficiente eólico de presión (barlovento) al cual están sometido los cerramientos del recinto objeto de estudio, el flujo de aire procedente del Cp_1 Cp_5 Cp_6 Cp_7 Cp_9 Cp_11 -0,5 0,8 0,8 0,8 -0,5 -0,5 V (m/s) Vext_1 (m3/h) Vext_5 (m3/h) Vext_6 (m3/h) Vext_7 (m3/h) Vext_9 (m3/h) Vext_11 (m3/h) P1 (Pa) Pr1 (Pa) 0,1 -0,05465 0,03808 0,01229 0,0238 0 -0,01952 101325 0,001927 5 -10,33 7,2 2,324 4,5 0 -3,69 101330 4,817 10 -26,16 18,23 5,884 11,39 0 -9,342 101344 19,27 Figura 10: Influencia de las infiltraciones en el movimiento del aire Modelo Zonal Simple 32 exterior que incide sobre el edificio disminuirá ya que la presión del aire en sus inmediaciones será menor que en el caso anterior. Como consecuencia, la presión interior decrece y el caudal que sale del edificio también disminuye. Esto se puede observar en la siguiente tabla de resultados. Tabla 12: Coeficientes eólicos de presión/succión modificados en el caso de estudio A Tabla 13: Resultados obtenidos para el caso particular A. Modificación coeficiente de presión No obstante, para ofrecer una mayor compresión al lector, se muestran a continuación una serie de gráficas que representan como influye la variación del coeficiente eólico de presión en las infiltraciones que se producen a través de las paredes del edificio. Gráfica 1: Influencia de las infiltraciones para v=0,1 m/s. Variación Cp. Caso A Cp_1 Cp_5 Cp_6 Cp_7 Cp_9 Cp_11 -0,5 0,6 0,6 0,6 -0,5 -0,5 V (m/s) Vext_1 (m3/h) Vext_5 (m3/h) Vext_6 (m3/h) Vext_7 (m3/h) Vext_9 (m3/h) Vext_11 (m3/h) P1 (Pa) Pr1 (Pa) 0,1 -0,04887 0,03405 0,01099 0,02128 0 -0,01745 101325 0,001169 5 -9,239 6,437 2,078 4,023 0 -3,3 101328 2,922 10 -23,39 16,3 5,261 10,18 0 -8,353 101337 11,69 -0,06 -0,04 -0,02 0 0,02 0,04 0,06 012345678910 11 12 Caudal por infiltración (m3/h) Superficies modelo unizona Caudal (m3/h) Caudal*(m3/h) Modelo Zonal Simple 33 Gráfica 2: Influencia de las infiltraciones para v=5 m/s. Variación Cp. Caso A Gráfica 3: Influencia de las infiltraciones. Variación de la presión. Caso A Por otro lado, cuando se modifica el valor de la temperatura en el interior del edificio, el caudal que entra por las infiltraciones en los cerramientos seguirá siendo el mismo ya que cuando se trata de un modelo unizonal, el movimiento del aire depende de la diferencia de presiones entre el exterior y el interior del recinto y no de la diferencia de temperatura. A su vez, la presión exterior es proporcional a la velocidad del viento y al coeficiente eólico de presión/succión, por lo tanto, cuando disminuye la velocidad del viento, se reduce el caudal de aire que incide en el edificio por infiltraciones. Esto se refleja en las gráficas mostradas anteriormente. La característica principal de los cerramientos del edificio es la permeabilidad al aire, es decir, la capacidad física de paso de aire a través de los defectos constructivos, juntas o grietas, cuando se produce una diferencia de presiones entre las caras de dicho cerramiento. Por ello, cuanto mayor es el coeficiente de permeabilidad de la envolvente, mayor es el caudal de aire que incide en el interior del edificio a través de infiltraciones en las paredes. -15 -10 -5 0 5 10 012345678910 11 12 Caudal por infiltración (m3/h) Superficies modelo zonal Caudal (m3/h) Caudal*(m3/h) 0 5 10 15 20 25 0,1 5 10 Diferencia de presión Velocidad del viento (m/s) Pr1 Pr1* Modelo Zonal Simple 34 Aumento de la permeabilidad en dos cerramientos a barlovento Cp_1 Cp_5 Cp_6 Cp_7 Cp_9 Cp_11 -0,5 0,8 0,8 0,8 -0,5 -0,5 Co_1 Co_5 Co_6 Co_7 Co_9 Co_11 12 12 16 16 12 12 Tabla 14: Aumento del coeficiente de permeabilidad (barlovento). Caso de estudio A V (m/s) Vext_1 (m3/h) Vext_5 (m3/h) Vext_6 (m3/h) Vext_7 (m3/h) Vext_9 (m3/h) Vext_11 (m3/h) P1 (Pa) Pr1 (Pa) 0,1 -0,05754 0,0345 0,01485 0,02875 0 -0,02055 101325 0,002321 5 -10,88 6,522 2,808 5,435 0 -3,886 101331 5,802 10 -27,54 16,51 7,108 13,76 0 -9,836 101348 23,21 Tabla 15: Resultados caso A. Aumento del coeficiente de permeabilidad (barlovento) A continuación, se representa una gráfica que permite conocer cómo influye el aumento del coeficiente de permeabilidad de los cerramientos del edificio en el paso de aire a través de las infiltraciones existentes en dichos cerramientos. Asimismo, se puede observar la diferencia de presiones entre las caras de dichas envolventes. Gráfica 4: Influencia de las infiltraciones para v=10 m/s. Aumento permeabilidad (barlovento). Caso A Analizando este caso particular, hay que destacar el hecho de que cuando disminuye la hermeticidad en algunos de los cerramientos del edificio, el paso de aire por infiltraciones en dicha envolvente aumenta en gran medida, provocando por tanto el incremento de la presión interior en el recinto objeto de estudio. Sin embargo, con el fin de cumplir con la ecuación de conservación de masa propuesta para este análisis, el aire que sale del recinto tendrá a su vez que aumentar hasta que coincida con el caudal de aire que entra en el edificio. -30 -20 -10 0 10 20 30 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Caudal por infiltración (m3/h) Superficies modelo zonal Caudal (m3/h) Cuadal* (m3/h) Modelo Zonal Simple 35 Gráfica 5: Aumento permeabilidad (barlovento). Variación de la presión. Caso A Este último ejemplo hace referencia al aumento de la permeabilidad en cerramientos con coeficiente eólico de presión (Positivo). Ahora, se analizará la situación en la cual se incrementa la permeabilidad al aire en cerramientos con coeficiente eólico de succión (Negativo). Aumento de la permeabilidad en dos cerramientos a sotavento Cp_1 Cp_5 Cp_6 Cp_7 Cp_9 Cp_11 -0,5 0,8 0,8 0,8 -0,5 -0,5 Co_1 Co_5 Co_6 Co_7 Co_9 Co_11 16 12 12 12 12 16 Tabla 16: Aumento del coeficiente de permeabilidad (Sotavento). Caso de estudio A V (m/s) Vext_1 (m3/h) Vext_5 (m3/h) Vext_6 (m3/h) Vext_7 (m3/h) Vext_9 (m3/h) Vext_11 (m3/h) P1 (Pa) Pr1 (Pa) 0,1 -0,06458 0,045 0,01453 0,02812 0 -0,02306 101325 0,001114 5 -12,21 8,507 2,747 5,317 0 -4,361 101328 2,785 10 -30,91 21,54 6,953 13,46 0 -11,04 101336 11,14 Tabla 17: Resultados caso A. Aumento del coeficiente de permeabilidad (Sotavento) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0,1 5 10 Diferencia de presión Velocidad del viento (m/s) Pr1 Pr1* Modelo Zonal Simple 42 Gráfica 12: Caudal por infiltración/Extracción natural. Caso particular A y D para v=5 m/s La situación representada en la gráfica anterior no ocurre cuando la velocidad del viento aumenta, ya que en este caso la presión exterior del aire será mayor generando de esta manera un incremento de las infiltraciones en los cerramientos a presión. Entonces, en dicho caso se mantiene la succión del aire en los cerramientos con coeficiente eólico negativo, pero se llevará a cabo en menor medida ya que la mayor parte del flujo de aire sale del recinto por el sistema de extracción natural implantado. Este proceso se muestra a continuación. Gráfica 13: Caudal por infiltración/Extracción natural. Caso particular A y D para v=10 m/s En términos de diferencia de presión, hay una clara diferencia entre el caso particular en el que únicamente se produce convección natural del aire por medio de infiltraciones en los cerramientos y el caso actual de estudio, en el cual se lleva a cabo la renovación de aire a través de una rejilla de extracción. En el primer caso, aumenta la presión interior del recinto debido a las fuerzas proporcionadas por la acción del viento en las inmediaciones del edificio. Sin embargo, como se ha desarrollado anteriormente, cuando se establece extracción del aire viciado, la presión en el interior del recinto disminuye en gran medida ya que se produce la circulación de aire a través de las lamas de las rejillas que presentan una sección de paso reducida generando de esta manera el aumento de la velocidad del aire y provocando cierta depresión en dicho volumen. -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Caudal de infiltración/Extracción natural (m3/h) Superficies modelo zonal Caudal (m3/h) Caudal*(m3/h) -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 012345678910 11 12 Caudal por infiltración/Extracción natural (m3/h) Superficies modelo zonal Caudal (m3/h) Caudal*(m3/h) Modelo Zonal Simple 43 Gráfica 14: Influencia extracción natural. Variación de la presión. Caso particular A y D 4.2 Modelo multizonal A pesar de que el modelo zonal simple (Unizonal) proporciona información de como influyen diversos fenómenos físicos en el movimiento del aire en el interior del edificio y como varía la presión en el recinto objeto de estudio con respecto al exterior, no permite la representación del comportamiento local que puede producirse en el aire que rodea a una gran abertura, sobre todo durante los momentos de apertura o cierre de las mismas. Por este motivo, aunque el modelo unizonal suponga un ahorro de cálculo y de tiempo, se requiere la implementación de un modelo multizonal que tenga la capacidad de simular las heterogeneidades presentes en un edificio con el máximo nivel de detalle posible. Para llevar a cabo el modelo multizonal, se debe establecer el conjunto de flujos de aire que se pueden producir en un recinto con múltiples estancias. En este caso, el efecto de las particiones interiores influye claramente en el movimiento del aire ya que representa como se distribuye el flujo de aire a través de las aberturas y superficies en común entre volúmenes adyacentes en base a la diferencia de presión entre dichos volúmenes y la geometría de la abertura. La resolución de dicho modelo se basa por tanto en el análisis de la superficie de contacto entre celdas, el conocimiento de la geometría de la abertura en caso existente y el estudio de las presiones en cada una de las zonas en las cuales se ha dividido el edificio. Para ello, se ha establecido la hipótesis de que el flujo de aire que transita de una zona a otra sigue la ecuación de Bernouilli para fluidos incompresibles, es decir, las presiones entre celdas adyacentes dependen de la altura a la cual se requiera realizar dicho estudio. Asimismo, las presiones estarán relacionadas entre sí a través de los balances másicos establecidos para cada zona, los cuales se han de cumplimentar en todo momento. Para el desarrollo del modelo multizonal, se ha considerado un local, representado en la siguiente figura, de dimensiones L x W x H (m), el cual se ha dividido en dos zonas y se han establecido diversos elementos constructivos, ventanas, rejillas de ventilación, etc para evaluar cada una de las situaciones a las que puede enfrentarse el movimiento del aire en el interior del edificio. Asimismo, se ha tenido en cuenta el siguiente modelo para estudiar la influencia de las particiones interiores en el movimiento del aire. -30 -20 -10 0 10 20 30 0,1 5 10 Diferencia de presión Velocidad del viento (m/s) Pr1 Pr1* Modelo Zonal Simple 44 Figura 13: Modelo Zonal Simple (Multizonal) Donde: 𝐴:𝐸𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑉𝑒𝑛𝑡𝑎𝑛𝑎 𝐵:𝑅𝑒𝑗𝑖𝑙𝑙𝑎 𝑑𝑒 𝑉𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑛𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑙 (𝐼𝑚𝑝𝑢𝑙𝑠𝑖ó𝑛) 𝐶:𝑅𝑒𝑗𝑖𝑙𝑙𝑎 𝑑𝑒 𝑉𝑒𝑛𝑡𝑖𝑙𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑛𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑙 (𝐸𝑥𝑡𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛) 𝐷:𝐸𝑙𝑒𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑟𝑢𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜 (𝐶𝑒𝑟𝑟𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜) 𝐸:𝐺𝑟𝑎𝑛 𝐴𝑏𝑒𝑟𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑜 𝑃𝑎𝑟𝑒𝑑 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 4.2.1. Gran abertura entre celdas adyacentes Se ha analizado un modelo multizonal en el cual las celdas adyacentes presentan una gran abertura en la superficie de contacto. La gran abertura se encuentra en la superficie E representada en la figura anterior Una gran abertura hace referencia a una cavidad en determinada superficie, ya sea una ventana, una puerta, que permite el flujo de aire entre las zonas en las que se divide el recinto a partir de intercambios de masa y energía. En dicho intercambio se manifiestan múltiples efectos al mismo tiempo, ya sea la velocidad del viento, la flotabilidad térmica, las tasas de ventilación natural o mecánica, la evolución de las condiciones de contorno del problema objeto de estudio y las fluctuaciones en los campos de presiones. Debido a la complejidad que presenta el estudio del movimiento del aire a través de grandes aberturas en la superficie de contacto de dos zonas adyacentes, se han llevado a cabo diversos estudios experimentales para analizar las correlaciones disponibles para modelar este fenómeno. Ciertos estudios convierten la gran abertura en un conjunto de pequeñas aberturas paralelas, las cuales se modelan mediante una ecuación de flujo a través de grieta y suponiendo que a través de ellas el flujo tiene una sola dirección. Para ello se emplea una ley potencial del tipo: 𝑄=𝐶𝑄∗(𝛥𝑝)𝑛 (4–5) Modelo Zonal Simple 45 No obstante, para describir los flujos de aire a través de grietas se requiere conocimiento acerca de la diferencia de presión, temperatura y composición del aire en cada una de las zonas de estudio, así como los efectos de la propia naturaleza de las grietas, los materiales que la componen y su proceso de construcción. Por este motivo, obtener una descripción precisa del flujo de aire a través de grietas resulta ser muy complejo siendo necesaria el análisis de otras correlaciones más eficientes para dicha resolución. Otras investigaciones acerca del movimiento del aire a través de grandes aberturas han llegado a la conclusión de expresar el flujo de aire a partir de una ley de presiones no necesariamente lineal que recoja la fluctuación en el campo de presiones a ambos lados de la misma. Dicho modelo experimental ha resultado ofrecer una mayor exactitud en los resultados alcanzados. Por ello, para el desarrollo del modelo multizonal en el presente trabajo, se ha tenido en cuenta este estudio estableciendo una abertura vertical que conecta el volumen 1 con el volumen 2. 𝑣1,2=[2∗𝑃𝑖(𝑧)−𝑃𝑗(𝑧) 𝜌]1/2 (4–6) Donde: 𝑣1,2=𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑞𝑢𝑒 𝑎𝑡𝑟𝑎𝑣𝑖𝑒𝑠𝑎 𝑙𝑎 𝑔𝑟𝑎𝑛 𝑎𝑏𝑒𝑟𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑧=𝑅𝑒𝑝𝑟𝑒𝑠𝑒𝑛𝑡𝑎 𝑢𝑛𝑎 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒𝑡𝑒𝑟𝑚𝑖𝑛𝑎𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑔𝑟𝑎𝑛 𝑎𝑏𝑒𝑟𝑡𝑢𝑟𝑎 𝜌:𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒 A pesar de la complejidad existente durante la ejecución del modelo para definir la presión en cada zona, se ha optado por realizar una simplificación en su desarrollo teniendo en cuenta únicamente los efectos de flotabilidad térmica permitiendo de esta manera definir el campo de presiones a partir de la siguiente expresión: 𝑃𝑖(𝑧)=𝑃𝑖(𝑧)𝑧=0−𝑔∗𝜌∗𝑧 Donde 𝑧=0 𝑠𝑒 𝑡𝑟𝑎𝑡𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑎𝑙𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑜𝑏𝑡𝑒𝑛𝑒𝑟 𝑒𝑙 𝑐𝑎𝑚𝑝𝑜 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 (4–7) Figura 14: Diferencia de presión entre Volumen 1 y volumen 2 Modelo Zonal Simple 46 A diferencia de otros estudios experimentales, el movimiento del aire a través de la gran abertura puede establecerse en dos sentidos, es decir, el flujo de aire puede desplazarse desde el volumen 1 hacia el volumen 2 o viceversa. Este fenómeno depende expresamente de la altura a la cual se requiera obtener la presión, que está comprendida entre los extremos superior e inferior de la abertura, de la densidad del flujo de aire y de la temperatura de cada zona. 𝑃𝑖(𝑧)=𝑃𝑖(𝑧)𝑧=0−𝑔∗𝜌(𝑇𝑖)∗𝑧 (4–8) Haciendo referencia a la expresión anterior, si la temperatura del volumen 1 fuese superior a la temperatura del volumen 2, la densidad del aire en 1 sería menor que en 2. Este efecto hace que la presión en el volumen 2 disminuya más rápidamente con la altura que en el volumen 1, donde debido a la baja densidad el flujo tiende a subir, mientras que en el volumen 2, la densidad es mayor y el fluido tiende a bajar. No obstante, para el desarrollo de este modelo, se ha tomado como origen de alturas el nivel más bajo de la zona y se han estudiado tres situaciones diferentes: 1. 𝑆𝑖 𝑃1>𝑃2, el flujo de aire va desde el volumen 1 al volumen 2 2. 𝑆𝑖 𝑃1<𝑃2, el flujo de aire va desde el volumen 2 al volumen 1 3. 𝑆𝑖 la línea neutra se sitúa entre los extremos de la abertura, habrá flujo en ambos sentidos. Este caso se muestra en la siguiente imagen: Figura 15: Campo de presiones establecido en la gran abertura Así pues, para conocer a que altura de la gran abertura se produce el cambio de dirección del flujo de aire, se debe determinar donde se encuentra la línea neutra que se trata de la altura a la cual las presiones de ambas zonas se igualan, siendo el caudal de aire que fluye de una zona a otra nulo. Una vez localizado el plano neutro, se puede calcular el flujo de aire a través de la abertura mediante la integración de la velocidad sobre la superficie de paso del flujo. Considerando que el caudal de aire puede tener dos direcciones en su tránsito por el espacio abierto entre las dos zonas adyacentes, dicha integración debe realizarse por partes, desde la altura inferior de la cavidad hasta los posibles planos neutros y de estos hasta el límite superior de la gran abertura. Así, por ejemplo, si se considera la existencia de un solo plano neutro localizado entre los extremos de la abertura, y se toma esta altura como referencia el flujo másico se obtiene de la siguiente forma: Modelo Zonal Simple 47 𝑚0,𝑧𝑛=𝐶𝐷∗∫ 𝜌∗𝑣𝑖,𝑗(𝑧)∗𝑊∗𝑑𝑧 𝑧=0 𝑧=𝑧𝑛 (4-9) 𝑚𝑧𝑛,𝐻=𝐶𝐷∗∫ 𝜌∗𝑣𝑖,𝑗(𝑧)∗𝑊∗𝑑𝑧 𝑧=𝑧𝑛 𝑧=𝐻 (4-10) Donde: 𝑊=𝐴𝑛𝑐ℎ𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑎𝑏𝑒𝑟𝑡𝑢𝑟𝑎 (𝑚) 𝐶𝐷=𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑑𝑒𝑠𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎 Por otro lado, en el caso de que el plano medio se sitúe entre los extremos superior e inferior de la abertura, la expresión del flujo másico se establece de la siguiente manera: 𝑚0,𝑧𝑛=𝐶𝐷∗𝜃∗∫ 𝜌∗𝑣𝑖,𝑗(𝑧)∗𝑊∗𝑑𝑧 𝑧=0 𝑧=𝑧𝑛 (4–11) 𝑚𝑧𝑛,𝐻=𝐶𝐷∗𝜃∗∫ 𝜌∗𝑣𝑖,𝑗(𝑧)∗𝑊∗𝑑𝑧 𝑧=𝑧𝑛 𝑧=𝐻 (4-12) Siendo: 𝜃=𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 á𝑟𝑒𝑎 Este factor, al igual que el coeficiente de descarga, se determina experimentalmente y representa la porción de área de la abertura que realmente permite el paso del caudal de aire. No obstante, debido a la complejidad de la expresión que representa el campo de presiones, la integral anterior puede tener solución analítica o no. Por ello, para la ejecución del trabajo, se ha recurrido a otra resolución numérica considerando el área de la abertura efectiva para el flujo de aire como el área de un trapecio, lo cual ha permitido adquirir mayor fiabilidad en los resultados obtenidos. En definitiva, cuando se conectan varias zonas entre sí, el caudal de aire fluye a partir de las diferencias de presión entre dichas zonas. Por lo cual, la determinación precisa de estas presiones es la clave para obtener un modelo fiable para el estudio de la ventilación en un recinto. Asimismo, para representar el flujo a través de las distintas aberturas se requiere conocer la geometría de dichos espacios abiertos y expresar su comportamiento mediante diversas técnicas de partición o de simplificación. A continuación, se detalla cómo influye la gran abertura representada en el modelo multizonal en el movimiento del aire por el interior del edificio. Para ello, se han aplicado dos ecuaciones de conservación de masa en el modelo, una para el volumen 1 y otra para el volumen 2. 𝑉𝑒𝑥𝑡6+𝑉𝑒𝑥𝑡7+𝑉𝑒𝑥𝑡5+𝑉𝑒𝑥𝑡1+𝑉𝑒𝑥𝑡9+𝑉𝑒𝑥𝑡11+𝑉𝑎𝑏11+𝑉𝑏𝑎11=0 (4–13) Modelo Zonal Simple 48 𝑉𝑒𝑥𝑡8+𝑉𝑒𝑥𝑡4+𝑉𝑒𝑥𝑡2+𝑉𝑒𝑥𝑡3+𝑉𝑒𝑥𝑡10=𝑉𝑒𝑥𝑡11+𝑉𝑎𝑏11+𝑉𝑏𝑎11 (4-14) Donde: 𝑉𝑎𝑏11=𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑞𝑢𝑒 𝑎𝑡𝑟𝑎𝑣𝑖𝑒𝑠𝑎 𝑙𝑎 𝑔𝑟𝑎𝑛 𝑎𝑏𝑒𝑟𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒𝑠𝑑𝑒 𝑒𝑙 𝑣𝑜𝑙 1 𝑎𝑙 𝑣𝑜𝑙 2 𝑉𝑏𝑎11=𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑞𝑢𝑒 𝑎𝑡𝑟𝑎𝑣𝑖𝑒𝑠𝑎 𝑙𝑎 𝑔𝑟𝑎𝑛 𝑎𝑏𝑒𝑟𝑡𝑢𝑟𝑎 𝑑𝑒𝑠𝑑𝑒 𝑒𝑙 𝑣𝑜𝑙 2 𝑎𝑙 𝑣𝑜𝑙 1 𝑉𝑒𝑥𝑡11=𝐶𝑎𝑢𝑑𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑎𝑖𝑟𝑒 𝑞𝑢𝑒 𝑎𝑡𝑟𝑎𝑣𝑖𝑒𝑠𝑎 𝑙𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑡𝑒 𝑜𝑝𝑎𝑐𝑎 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒 11 Para desarrollar este caso particular (Situación I), se ha analizado el flujo de aire a través de la gran abertura para tres velocidades diferentes, obteniéndose la dirección que sigue el flujo por el espacio definido en el modelo multizonal, el caudal de aire que entra/sale del edificio debido a la permeabilidad de los cerramientos y la diferencia de presiones entre los dos volúmenes y el exterior del recinto. Condiciones iniciales Volumen 1_Gran abertura Cp_1 Cp_5 Cp_6 Cp_7 Cp_9 Cp_11 T1 (ºC) -0,5 0,8 0,8 0,8 -0,5 -0,5 23 Co_1 Co_5 Co_6 Co_7 Co_9 Co_11 12 12 12 12 12 12 Tabla 23: Coeficiente eólico de presión y permeabilidad en cerramientos. Volumen 1 (Caso I) Condiciones iniciales Volumen 2_Gran abertura Cp_2 Cp_3 Cp_4 Cp_8 Cp_10 T2 (ºC) -0,5 -0,5 0,8 0,8 -0,5 19 Co_2 Co_3 Co_4 Co_8 Co_10 12 12 12 12 12 Tabla 24: Coeficiente eólico de presión y permeabilidad en cerramientos. Volumen 2 (Caso I) V (m/s) Vext_1 (m3/h) Vext_5 (m3/h) Vext_6 (m3/h) Vext_7 (m3/h) Vext_9 (m3/h) Vext_11 (m3/h) 0,1 0,4748 0,4946 0,1597 0,3091 0 -0,01723 5 -10,78 6,648 2,374 4,155 0 -0,03594 10 -27,51 16,55 5,91 10,34 0 -0,115 Tabla 25: Resultados obtenidos para el caso particular I. Volumen 1 (T1>T2) Modelo Zonal Simple 49 V (m/s) Vext_2 (m3/h) Vext_3 (m3/h) Vext_4 (m3/h) Vext_8 (m3/h) Vext_10 (m3/h) 0,1 -0,4954 -0,17 -0,4756 -0,2973 0 5 -10,35 -3,698 7,174 4,484 0 10 -25,98 -9,278 18,44 11,53 0 Tabla 26: Resultados obtenidos para el caso particular I. Volumen 2 (T1>T2) Tabla 27: Resultados obtenidos para el caso particular I. Gran abertura (T1>T2) En este ejemplo se ha considerado la temperatura del volumen 1 superior al volumen 2, por lo tanto, como se ha mencionado anteriormente, la densidad en el volumen 1 va a disminuir ya que el fluido a mayor temperatura tenderá a subir, mientras que la densidad en el volumen 2 será mayor ya que el fluido a menor temperatura tiende a bajar. Como consecuencia, la presión del volumen 1 por encima de la línea neutra será mayor que la presión en el volumen 2 y esto permitirá que el flujo de aire atraviese la gran abertura desde la zona 1 hasta la zona 2. Todo lo contrario, ocurrirá en el caso de que el análisis se realice por debajo de la línea neutra. No obstante, para el caso particular I, la línea neutra se encuentra por debajo del límite inferior de la gran abertura, lo cual hace entender que todo el flujo de aire atraviesa la superficie 11 desde el volumen 1 hacia el volumen 2 según la figura 14. Cuando la velocidad del viento es prácticamente nula, la diferencia de temperatura entre ambas zonas adyacentes, las cuales se encuentran separadas por la gran abertura, adquiere una mayor importancia en el movimiento del aire por el interior del edificio que la propia acción de las fuerzas producidas por el viento. Este fenómeno se puede apreciar de manera más clara en la siguiente representación gráfica donde se muestran superficies del modelo zonal con coeficientes eólicos negativos en el volumen 1 que invierten el sentido de flujo permitiendo la entrada de aire al interior del recinto y superficies con coeficiente eólico positivo en el volumen 2 que cambian la dirección del flujo provocando la salida de caudal de aire hacia el exterior. Gráfica 15: Caudal por la gran abertura. Caso particular I para v=0,1 m/s V (m/s) Vab (m3/h) Vba (m3/h) P1 (Pa) P2 (Pa) Pr1 (Pa) Pr2 (Pa) Zneutra 0,1 -1,421 0 101325 101325 -0,1272 0,1293 -1,347 5 -2,359 0 101331 101330 5,623 4,855 -5,036 10 -5,175 0 101348 101344 23,12 18,76 -27,49 -2 -1,5 -1 -0,5 0 0,5 1 012345678910 11 12 Caudal por la gran abertura frente a Cp (m3/h) Superficies del modelo Caudal (m3/h) Cp Modelo Zonal Simple 50 Sin embargo, a medida que aumenta la velocidad del viento, la presión en el interior del edificio no depende exclusivamente de la temperatura en cada volumen, sino también del incremento de presión que genera la acción del viento, introduciendo por consiguiente una mayor cantidad de flujo. Por este motivo, el flujo de aire que incide en el recinto por permeabilidad en los cerramientos del volumen 1 con coeficiente eólico positivo se distribuyen en diferentes direcciones. Una proporción de dicho caudal atraviesa la gran abertura por diferencia de presión entre las dos zonas adyacentes. Sin embargo, el resto del flujo sale del edificio por aquellos cerramientos que se encuentren en depresión. Si bien, la proporción de caudal de aire que atraviesa el espacio abierto entre los dos volúmenes se incrementará cuanto mayor sea la velocidad del viento. Gráfica 16: Caudal por la gran abertura. Caso particular I para v=5 m/s Asimismo, como se podrá observar en la siguiente representación gráfica, para bajas velocidades del viento, la presión en el interior del volumen 1 es inferior a la presión en el volumen 2, ya que todo el caudal de aire que incide en el volumen 1 por permeabilidad en los cerramientos, se distribuye hacia el volumen 2 a través de la gran abertura provocando cierta depresión en dicha zona. Sin embargo, en el momento que adquiere importancia la acción del viento, se muestra que la presión crece en mayor medida en el interior del volumen 1 ya que dicha zona presenta una mayor cantidad de cerramientos a barlovento. Gráfica 17: Influencia Gran abertura. Variación de la presión Caso particular I -15 -10 -5 0 5 10 012345678910 11 12 Caudal por la gran abertura frente a Cp (m3/h) Superficies del modelo Caudal (m3/h) Cp -3 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 0,1 5 10 Diferencia de presión Velocidad del viento (m/s) Pr1 Pr2 Modelo Zonal Simple 51 4.2.1.1. Influencia del cambio de temperatura en volúmenes Haciendo uso del modelo representado en el apartado anterior, se considerará en este caso particular una temperatura para el volumen 1 inferior a la temperatura del volumen 2. Para estas condiciones, la densidad en el volumen 1 aumentará ya que el fluido a menor temperatura tiende a bajar, mientras que la densidad en el volumen 2 disminuye porque el fluido a mayor temperatura tiende a subir. Este fenómeno provoca que la presión del volumen 2 por encima de la línea neutra sea mayor que la presión en el volumen 1, por lo que el flujo de aire atravesará la gran abertura desde la zona 2 hasta la zona 1. Todo lo contrario, ocurrirá en el caso de que el análisis se realice por debajo de la línea neutra. A continuación, se muestran los resultados obtenidos para este caso. V (m/s) Vext_1 (m3/h) Vext_5 (m3/h) Vext_6 (m3/h) Vext_7 (m3/h) Vext_9 (m3/h) Vext_11 (m3/h) 0,1 -0,2471 -0,2187 -0,07809 -0,1367 0 0,008172 5 -13,33 2,509 0,8961 1,568 0 8,356 10 -32,58 8,769 3,132 5,48 0 0,4854 Tabla 28: Resultados obtenidos para el caso particular I. Volumen 1. (T2>T1) V (m/s) Vext_2 (m3/h) Vext_3 (m3/h) Vext_4 (m3/h) Vext_8 (m3/h) Vext_10 (m3/h) 0,1 0,2125 0,0759 0,2413 0,1508 0 5 -6,702 -2,393 10,74 6,712 0 10 -19,16 -6,844 25,36 15,85 0 Tabla 29: Resultados obtenidos para el caso particular I. Volumen 2 (T2>T1) V (m/s) Vab (m3/h) Vba (m3/h) P1 (Pa) P2 (Pa) Pr1 (Pa) Pr2 (Pa) Zneutra 0,1 -0,004157 0,6764 101325 101325 0,04382 -0,04039 0,2745 5 0 8,135 101324 101336 10,51 -1,046 -71,12 10 0 14,71 101326 101363 38,36 0,9675 -226,4 Tabla 30: Resultados obtenidos para el caso particular I. Gran abertura (T2>T1) Como se puede observar en los resultados obtenidos para este caso de estudio, en aquella situación en la cual la velocidad del viento sea prácticamente nula, la línea neutra se encuentra a una altura comprendida entre el límite superior de la gran abertura y el límite inferior. Por lo tanto, en este caso, el caudal de aire fluye en las dos direcciones, es decir, desde el volumen 1 hasta el volumen 2 y en sentido contrario. No obstante, dicha línea neutra se encuentra más próxima al límite inferior por lo tanto la mayor parte del flujo atraviesa el espacio abierto entre volúmenes desde la zona 2 hasta la zona 1. Esto se muestra en la siguiente representación gráfica donde se ha analizado como influye el cambio de temperatura en el movimiento del aire por el interior del edificio. Contaminación del aire interior 58 Gráfica 22: Concentración 𝐶𝑂2. Influencia Parámetros constructivos en modelo unizonal. V=5 m/s Gráfica 23: Concentración 𝐶𝑂2. Influencia Parámetros constructivos en modelo unizonal. V=10 m/s En definitiva, cuando se identifica como influencia de la calidad del aire interior exclusivamente la hermeticidad en los cerramientos del modelo unizonal, la concentración de dióxido de carbono aumenta proporcionalmente con las fuerzas generadas por la acción del viento hasta alcanzar cierto valor constante. Por otro lado, como se verá en la siguiente representación gráfica, al tratarse el modelo multizonal, no solo será necesario tener información acerca de la velocidad del viento si no se requerirá cierta precisión a la hora de conocer la dirección del viento en las inmediaciones del recinto con el fin de percibir aquellas paredes que permanecen a barlovento y las que están a succión. En consecuencia, haciendo referencia al caso estudiado para analizar la influencia de los parámetros constructivos en el modelo multizonal y manteniendo la consideración de no implementar un sistema de extracción de aire contaminado en el interior del edificio, se puede contemplar que al igual que ocurría en el modelo unizonal analizado anteriormente, el nivel de concentración de 𝐶𝑂2 se incrementa asintóticamente hasta el nivel de contaminación del aire exterior, valor a partir del cual permanecerá constante a lo largo del tiempo. No obstante, cabe destacar que la calidad del aire en aquellas zonas constituidas por un mayor número de cerramientos a barlovento será más deficiente ya que la entrada de aire exterior por infiltraciones es superior que en el resto de las zonas del edificio, siendo esto la consecuencia principal por la cual no se alcanzan valores 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Nivel de concentración CO2 (mg/m3) Horas del día 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 1 2 3 4 5 6 7 Nivel de concentración CO2 (mg/m3) Horas del día Contaminación del aire interior 59 máximos de contaminación en las regiones cercanas a succión al concentrarse en mayor medida el dióxido de carbono en las zonas a presión. Gráfica 24: Concentración 𝐶𝑂2. Influencia Parámetros constructivos en modelo multizonal. V=5 m/s 5.2. Influencia de la extracción natural en la calidad del aire Para desarrollar la influencia que puede generar en el nivel de concentración de 𝐶𝑂2 la implementación de un sistema de extracción natural se ha tenido en cuenta la permeabilidad de los cerramientos del recinto y la presencia de una rejilla de retorno en una de las paredes del modelo zonal simple analizado. Asimismo, para la realización de este caso particular, se ha presentado el nivel de contaminante tanto en el modelo unizonal como en el modelo multizonal, se ha estimado una concentración inicial de dióxido de carbono nula en el interior del recinto y no se ha considerado presencia de público en dichos modelos. A continuación, se muestra una comparación gráfica del modelo unizonal entre la evolución de la concentración de 𝐶𝑂2 para el caso particular A donde únicamente se tuvo en cuenta la hermeticidad de los cerramientos y el caso particular D donde se incluye también una rejilla de extracción natural. Tal cual se analizó en el apartado anterior, en situaciones donde la velocidad del viento no alcanza valores relativamente altos y además se establece un sistema de extracción, se genera cierta depresión en el interior del edificio provocando que el aire exterior incida por infiltraciones en los cerramientos a succión variando por tanto el sentido de flujo. En el momento en el que tiene lugar dicho proceso físico, el nivel de concentración de 𝐶𝑂2 se incrementa con mayor celeridad al aumentar el caudal de aire exterior que entra de manera incontrolada en el recinto por huecos en la fachada. Asimismo, el nivel de contaminante en el edificio crecerá asintóticamente alcanzando finalmente valores constantes cuando la concentración de 𝐶𝑂2 del aire interior sea igual a la del aire exterior al no haber en este caso otros factores que debiliten la calidad del aire. 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Nivel de Concentración CO2 (mg/m3) Horas del día CO2 VOL 1 CO2 VOL 2 Contaminación del aire interior 60 Gráfica 25: Concentración 𝐶𝑂2. Influencia Extracción natural Modelo unizonal. V=5 m/s Gráfica 26: Concentración 𝐶𝑂2. Influencia Extracción natural Modelo unizonal. V=10 m/s En definitiva, aunque la implementación de un sistema de extracción natural suponga un mayor movimiento de las moléculas de aire en el interior del recinto, lo cual mejora la calidad y salubridad del aire en el edificio, hay que tener especial consideración en la preocupación que supone la infiltración de aire exterior viciado como consecuencia de una baja hermeticidad de los cerramientos. Por ello, en ocasiones será necesaria la puesta en funcionamiento de un sistema de ventilación mecánica y se requerirá de un estudio más profundo acerca de las características constructivas del edificio que permitan reducir el nivel de concentración de contaminante y reduzcan las pérdidas por permeabilidad. Una vez analizado el modelo unizonal, se representará de manera similar otra gráfica comparativa para el modelo multizonal. Así bien, cuando se divide el edificio objeto de estudio en diversas zonas, se puede observar de manera clara la importancia de la implementación del sistema de extracción natural en el interior del edificio, ya que en el volumen donde se encuentre dicho mecanismo de ventilación se reducirá considerablemente el nivel de concentración de 𝐶𝑂2 con respecto a aquellas zonas en las cuales solo exista infiltración incontrolada del aire, independientemente de las características constructivas del recinto en cuestión y de la fuerza generada por la 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Nivel de Concentración CO2 (mg/m3) Horas del día CO2 CASO A CO2 CASO D 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 1 2 3 4 5 6 7 Nivel de Concentración CO2 (mg/m3) Horas del día CO2 CASO A CO2 CASO D Contaminación del aire interior 61 acción del viento en cada una de las paredes del edificio. Así pues, esta disminución en el nivel de contaminante se refleja en la curva morada representada a continuación, donde se compara el caso particular B en el cual se ha tenido en cuenta únicamente la permeabilidad de los cerramientos y el caso particular J donde se incluye además un sistema de ventilación natural mediante la implementación de una rejilla de retorno. Gráfica 27: Concentración 𝐶𝑂2. Influencia Extracción natural Modelo Multizonal. V=5 m/s 5.3. Influencia de la afluencia de personas en el interior del edificio Con el fin de determinar la influencia que presenta la afluencia de personas en el interior del edificio con respecto al nivel de concentración de 𝐶𝑂2, se ha llevado a cabo el estudio de diversos casos donde se ha tenido en cuenta cierta ocupación en el recinto analizado, provocando de esta forma que la concentración inicial de las moléculas del aire interior ya no sea nula y adquiriendo por tanto dicha concentración los valores de dióxido de carbono producido por las personas. Así pues, para la realización de dichos cálculos, se atiende en un primer instante a situaciones representadas en el modelo unizonal y posteriormente casos analizados para el modelo multizonal. No obstante, con dicha resolución se ha permitido medir la contaminación para distintas velocidades del viento y durante un periodo de tiempo, considerado como hipótesis principal el hecho de que el número de personas en el interior del recinto no varía a lo largo del tiempo. Para desarrollar la influencia de ocupación en el modelo unizonal se ha utilizado el caso particular D analizado en el apartado anterior, en el cual se ha tenido en cuenta la permeabilidad de los cerramientos del edificio y la presencia de una rejilla de extracción natural en una de las paredes del modelo zonal analizado. Asimismo, para percibir si el nivel de concentración de 𝐶𝑂2 en el interior del modelo analizado es aceptable, se ha considerado los valores límites establecidos por el código técnico de la edificación, el cual hace hincapié en que los locales habitables de las viviendas deben tener mecanismos de ventilación que sean capaces de renovar el aire viciado consiguiendo una concentración media anual de dióxido de carbono comprendida en un rango de entre 900 ppm y 1600 ppm. Además, se ha considerado la siguiente tabla para conocer las consecuencias que conlleva un incremento de contaminación. 0 100 200 300 400 500 600 700 800 012345678910 11 12 Nivel de Concentración CO2 (m3/h) Horas del día CO2 CASO B VOL 1 CO2 CASO B VOL 2 CO2 CASO J VOL 1 CO2 CASO J VOL 2 Contaminación del aire interior 62 Tabla 37: Niveles saludables de concentración de 𝐶𝑂2 A la hora de examinar los valores de concentración de dióxido de carbono obtenidos en los casos de estudio hay que tener en cuenta las unidades en las que se encuentran, siendo necesaria la conversión a ppm para analizar si son válidos dichos niveles de contaminante. Como se puede contemplar en la siguiente representación gráfica, la trayectoria que sigue la línea roja hace referencia a situaciones en las que el recinto permanece ocupado únicamente por una persona y cuando la velocidad del viento es de 5 m/s. En dicho caso, la concentración de 𝐶𝑂2 alcanza valores cercanos a los 1000 ppm, siendo por tanto consecuente de que este nivel sigue siendo tolerable, pero se acerca a valores perjudiciales para el confort de las personas. Por otro lado, el recorrido trazado por la línea verde hace alusión a momentos en los cuales el interior del edificio se encuentra ocupado por dos personas y se mantiene la velocidad del viento en 5 m/s. En este caso, la concentración de 𝐶𝑂2 se incrementa debido a la acumulación de dióxido de carbono producido por las personas comprendiendo valores superiores a 1600 ppm y generando de esta manera la necesidad de implementar un sistema de ventilación mecánica que consiga reducir los niveles de contaminante por debajo de los límites establecidos por el código técnico. Gráfica 28: Concentración 𝐶𝑂2. Influencia Ocupación de personas. Modelo Unizonal. V=5 m/s A fin de cuentas, el sistema de extracción natural establecido para este caso particular mantendrá niveles de salubridad aceptables en el interior del recinto siempre y cuando la ocupación sea mínima (1 persona), causando por ende la necesidad de implementar ventilación forzada en aquellos casos donde aumente la afluencia. 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Nivel de Concentración CO2 (mg/m3) Horas del día CO2 SIN OCUPACIÓN CO2 CON OCUPACIÓN (1) CO2 CON OCUPACIÓN (2) Contaminación del aire interior 63 Ahora bien, cuando aumenta la velocidad del viento, las fuerzas generadas en el interior del edificio son mayores provocando un mayor movimiento de las moléculas del aire y propiciando una importante renovación del aire viciado. Esto permite que el nivel de ocupación en el recinto pueda ser mayor que en el caso analizado anteriormente puesto que los valores de dióxido de carbono alcanzados son inferiores. Pero a partir de 3 personas, se requerirá ventilación mecánica para reducir los niveles de concentración. Gráfica 29: Concentración 𝐶𝑂2. Influencia Ocupación de personas. Modelo Unizonal. V=10 m/s Para desarrollar la influencia de ocupación en el modelo multizonal se ha utilizado el caso particular J analizado en el apartado anterior, en el cual se ha tenido en cuenta la permeabilidad de los cerramientos del edificio, la presencia de una rejilla de extracción natural en una de las paredes del modelo zonal y la existencia de una gran abertura entre las dos zonas adyacentes en las que se ha dividido el recinto. En un primer caso práctico se ha considerado el mismo número de personas para la zona 1 y para la zona 2 midiéndose a partir de esta hipótesis el nivel de contaminante en el interior del recinto para distintas velocidades del viento y durante un periodo de tiempo. Gráfica 30: Concentración 𝐶𝑂2. Influencia Ocupación de personas. Modelo Multizonal. V=5 m/s 0 500 1000 1500 2000 2500 0 1 2 3 4 5 6 CO2 SIN OCUPACIÓN CO2 CON OCUPACIÓN (1) CO2 CON OCUPACIÓN (2) CO2 CON OCUPACIÓN (3) 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 0 2 4 6 8 10 12 CO2 VOL 1 SIN OCUPACIÓN CO2 VOL 2 SIN OCUPACIÓN CO2 VOL 1 CON OCUPACIÓN (1) CO2 VOL 2 CON OCUPACIÓN (1) CO2 VOL 1 CON OCUPACIÓN (2) CO2 VOL 2 CON OCUPACIÓN (2) Contaminación del aire interior 64 Tal como se analizó este caso particular en el apartado anterior, cuando se estructura el recinto objeto de estudio en diversas zonas y se implementa un sistema de extracción natural en alguna de ellas, la concentración de 𝐶𝑂2 disminuirá en gran medida en esta zona en comparación con el nivel de contaminante del resto de volúmenes. Sin embargo, la afluencia de personas en el edificio supone un incremento considerable de los valores de dióxido de carbono en aquellas zonas donde no hay extracción de aire. Esto se puede observar claramente en la representación gráfica anterior en la cual la línea celeste hace referencia al volumen 1 del modelo multizonal en el cual solo se produce movimiento del aire por infiltraciones en los cerramientos y paso de aire por la gran abertura debido a la diferencia de presión entre las zonas adyacentes. En dicho volumen el nivel de concentración de 𝐶𝑂2 alcanza valores en torno a 2600 ppm siendo excesivamente dañino para la salud de las personas, por lo que se requerirá el empleo de un sistema de ventilación que permita mejorar la calidad del aire interior. Hasta el momento, los resultados obtenidos hacen referencia a situaciones donde la ocupación en el interior del recinto permanece constante en el transcurso del tiempo. Pero realmente, esto no es real ya que las personas que habitan en una vivienda pueden moverse por el interior del recinto en las diferentes zonas en las cuales se divide. Por ello, se pretende resolver este caso particular considerando como hipótesis principal el hecho de que el número de personas en el interior de los diferentes volúmenes del edificio varían a lo largo del tiempo. Así pues, para la realización de dichos cálculos, se atiende en un primer instante a situaciones representadas en el modelo unizonal y posteriormente casos analizados para el modelo multizonal. Para analizar la influencia que presenta la variación de la ocupación en el modelo unizonal, se representa a continuación un caso particular que muestra el número de personas que permanece en el interior del edificio durante un día completo. Gráfica 31: Número de personas en el modelo unizonal durante un día completo Una vez conocido el número de personas que permanecen en el interior del modelo zonal a cada hora del día, se puede evaluar el nivel de concentración de 𝐶𝑂2 en las moléculas del aire interior para cada intervalo de tiempo. Para ello, se ha tenido en cuenta nuevamente el caso particular D desarrollado anteriormente, manteniendo las hipótesis consideradas a lo largo de la ejecución del trabajo para dicho caso de estudio. En aquellos tramos del día en los cuales la ocupación sea inferior a dos personas, los valores de contaminante se reducirán de tal manera que la calidad en el interior del edificio sea aceptable. Sin embargo, cuando la afluencia alcanza las dos personas, la concentración de 𝐶𝑂2 sufre un crecimiento importante llegando a alcanzar valores perjudiciales para la salud de los ocupantes. Este suceso se puede reflejar de manera más clara en la siguiente representación gráfica. 0 1 2 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Número de Personas Horas del día Contaminación del aire interior 65 Gráfica 32: Concentración 𝐶𝑂2. Variación de la Ocupación. Modelo Unizonal. V=5 m/s Por este motivo, será esencial la aplicación de estrategias de ventilación que permitan controlar en todo momento la concentración de 𝐶𝑂2 en el interior del edificio en base a la variación de la ocupación y las hipótesis consideradas para la ejecución de dicho caso de estudio. En aquellas situaciones en las cuales la ventilación natural no sea una alternativa sostenible suficiente para mantener los niveles de contaminación por debajo de los límites establecidos en la normativa, se requerirá el funcionamiento de sistemas mecánicos que tengan la capacidad de incrementar el movimiento del aire en el recinto, reduciendo de esta manera la acumulación de moléculas de aire viciado perjudiciales para la salud de los ocupantes. Los resultados obtenidos con la implementación de un sistema de ventilación mecánica se detallarán con mayor profundidad en el siguiente apartado. Una vez analizada la influencia que presenta la variación de afluencia en el modelo unizonal, se representará de manera similar un caso particular de variabilidad de ocupación en el interior del edificio para el modelo multizonal. Gráfica 33: Número de personas en el modelo multizonal durante un día completo Tras percibir el número de personas que permanecen en el interior del modelo zonal a cada hora del día, se puede evaluar el nivel de concentración de 𝐶𝑂2 en las moléculas del aire interior para cada intervalo de tiempo. Para ello, se ha tenido en cuenta nuevamente el caso particular J desarrollado anteriormente, manteniendo las 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 Nivel de Concentración CO2 (mg/m3) Horas del día 0 1 2 3 12345678910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Número de personas Horas del día Nº PERSONAS VOL 1 Nº PERSONAS VOL 2 Contaminación del aire interior 66 hipótesis consideradas a lo largo de la ejecución del trabajo para dicho caso de estudio. Como se podrá observar en la siguiente representación gráfica, los valores de dióxido de carbono calculados para el volumen 2 no superan los límites de contaminación establecidos debido a la existencia de un sistema de extracción de aire viciado en uno de sus cerramientos, aunque si es cierto que se tendrá que aplicar una atención primaria a dicha zona cuando permanezcan dos o más personas en su interior. Por el contrario, en la zona 1 del edificio en la cual no existe extracción de aire, se puede contemplar que en los tramos del día donde la ocupación es inferior a dos personas, la concentración de 𝐶𝑂2 supondrá cierta preocupación, pero no requerirá para dichos instantes el funcionamiento de ventilación mecánica al no exceder los valores límites. Sin embargo, cuando la afluencia supera las dos personas, el nivel de contaminación en el interior del recinto sufre un incremento considerable llegando a alcanzar valores no admisibles para mantener el bienestar de los ocupantes como se puede observar a continuación. Gráfica 34: Concentración 𝐶𝑂2. Variación de la Ocupación. Modelo Multizonal. V=5 m/s Por ello, en las situaciones en las cuales la zona objeto de estudio no presenta extracción del aire viciado o el movimiento del aire llevado a cabo de manera natural en el interior del edificio no tiene la capacidad de renovar las moléculas de aire contaminado que afectan gravemente a la salud de los ocupantes, será necesario la implementación de un sistema de ventilación forzada que desplace con mayor fuerza el caudal de aire desde las zonas de mayor presión hasta las zonas de menor presión (lugar donde hay implementado un extractor) pasando a su vez por las grandes aberturas establecidas en la superficie de contacto entre los diferentes volúmenes en los que se divide el edificio. De esta manera, se reducirá la acumulación de moléculas de aire contagiado en el interior del recinto. No obstante, los resultados obtenidos con la implementación de un sistema de ventilación mecánica se detallarán con mayor profundidad en el siguiente apartado. 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 Nivel de Concentración CO2 (mg/m3) Horas del día CO2 VOL 1 CASO J CO2 VOL 2 CASO J Convección forzada 67 6 CONVECCIÓN FORZADA A raíz de las dificultades alcanzadas en el interior de los edificios, por causa de las infiltraciones en los cerramientos, para mantener los niveles aceptables de contaminante en cada una de las zonas en las que se divide dicho local de estudio, se requiere la implementación de un sistema de ventilación mecánica que permita la entrada en cada estancia del caudal de aire requerido para garantizar una correcta salubridad. Sin embargo, como se ha mencionado anteriormente, la convección forzada del aire requiere el uso de ventiladores que implica un elevado consumo de energía y numerosas pérdidas de confort térmico que deben ser soportada a través de sistemas de calefacción o refrigeración. Por este motivo, resulta ser de gran importancia la necesidad de controlar la entrada forzada de aire exterior para asegurar la calidad del aire interior, y garantizar que se cumplan los estándares de salubridad a la vez que reducir el consumo de energía. Asimismo, se ha llegado a la conclusión en apartados anteriores que, a partir de un sistema de ventilación natural, no existe un control sobre la cantidad de aire que entra al edificio, ya que depende de numerosos factores como la hermeticidad, la velocidad y la dirección del viento, entre otros, por lo tanto, con dicho mecanismo no siempre se produce una renovación ideal del aire viciado en el interior del edificio. En consecuencia, se requiere al menos que exista un flujo de aire mediante ventilación mecánica, normalmente la extracción. No obstante, con el fin de reducir la demanda energética se han analizado sistemas de ventilación de alta eficiencia que permitan medir el nivel de contaminante de 𝐶𝑂2 en cada una de las áreas del edificio y controlar de esta manera la calidad del aire interior mediante la entrada de flujo únicamente cuando sea requerido. Por este motivo, se ha estudiado en el apartado anterior la concentración de contaminante en el edificio objeto de estudio, verificando el momento en el cual se necesita convección forzada para llevar a cabo la extracción del aire contaminado en el interior del recinto. Esta estrategia conlleva un menor tiempo de funcionamiento del sistema de ventilación mecánica y como consecuencia un menor consumo de energía. A su vez, reduce el tiempo de operación de los sistemas de climatización al requerirse menor aporte de energía térmica o eléctrica para atemperar el aire. Si además de controlar el aire extraído e introducido en el edificio, se recupera la energía que constituyen las moléculas de aire antes de ser eliminado, se obtendrá por efecto un incremento de la eficiencia energética. Para ello, en la actualidad se utilizan sistemas de recuperación de calor que permiten garantizar la máxima eficiencia gracias a la propia recuperación de la energía del aire y por el uso de ventiladores que funcionan a caudal variable, accionados por motores eléctricos que cuentan con un gran rendimiento energético Así pues, una vez conocidos los niveles de contaminante de 𝐶𝑂2 en cada una de las áreas del edificio, en este apartado se analizan dos casos de estudio en los cuales se implementa un sistema de ventilación forzada en el interior del edificio para mantener la concentración de contaminante según estándares. 6.1. Extracción mecánica modelo unizonal Permite analizar cómo influye la implementación de un sistema de extracción mecánica en el modelo unizonal en cuanto al nivel de contaminación de 𝐶𝑂2 y el movimiento del aire por el interior del local con el objetivo de renovar el aire viciado y garantizar el confort de los ocupantes. Asimismo, se pretende comprobar si con el empleo de extracción forzada se consigue una reducción de las pérdidas de aire limpio por infiltraciones en los cerramientos del recinto. A continuación, se puede observar la trayectoria que siguen las moléculas de aire en el modelo unizonal (Caso E) cuando el movimiento del aire tiene lugar por causa de las infiltraciones de aire exterior, convección natural a partir de rejillas de impulsión y proceso de convección forzada mediante un sistema de extracción mecánica. Conclusión 74 CONCLUSIÓN La ventilación es una parte fundamental en el diseño y operación de edificios con el fin de desarrollar un ambiente térmico de confort y una adecuada calidad de aire interior, pero esto en ocasiones lleva asociada una importante pérdida de energía. Por esta razón, en los últimos años se han desarrollado y aplicado estrategias de ventilación con el objetivo de disminuir la demanda de energía, controlar y mantener el nivel de 𝐶𝑂2 en interiores dentro de los límites establecidos por las normativas y aprovechar en gran medida la ventilación natural como alternativa sostenible que permita mejorar la calidad del aire interior sin necesidad de instalar sistemas mecánicos. Debido a las dificultades alcanzadas en el interior de los edificios, por causa de las infiltraciones en los cerramientos, para mantener los niveles aceptables de contaminante en cada una de las zonas se requiere la implementación de un sistema de ventilación mecánica que permita la entrada en cada estancia del caudal de aire requerido para garantizar una correcta salubridad. Sin embargo, como se ha mencionado anteriormente, la convección forzada del aire requiere el uso de ventiladores que implica un elevado consumo de energía y numerosas pérdidas de confort térmico que deben ser soportada a través de sistemas de calefacción o refrigeración. Por ello, aunque la implementación de ventilación forzada en el interior del recinto suponga una serie de mejoras en la calidad del aire interior ya que tienen la capacidad de reducir notablemente los niveles de contaminación de 𝐶𝑂2, controlar la temperatura y la humedad del aire e incluso eliminar malos olores, humos o otros agentes contaminantes que se desprenden del mobiliario, no permite evitar completamente el impacto que conlleva las pérdidas de energía por infiltraciones en los cerramientos del recinto. Este hecho ha provocado que en la actualidad se analicen soluciones constructivas con el fin de aumentar la hermeticidad de la envolvente térmica de las edificaciones nuevas e incluso existentes. Hoy en día, las nuevas construcciones están sujetas a una estricta normativa medioambiental y energética. Para ello, se han llevado a cabo mejoras en las instalaciones de sistemas de ventilación y se ha progresado eficientemente en el desarrollo de aislamiento de calidad para los cerramientos de las edificaciones. Por este motivo, se está implementando cada vez con más frecuencia el estándar de construcción de alta eficiencia energética conocido como Passivhaus. Los edificios construidos bajo dicho estándar aportan el valor añadido de unas condiciones de alto confort interior, tanto en la calidad del aire como en aislamiento acústico y temperatura constante a lo largo de todo el año. Además, el diseño y ejecución de un edificio Passivhaus se caracteriza por presentar un buen aislamiento en la envolvente térmica que garantice el cumplimiento de las limitaciones de demanda energética, emplear carpinterías de baja transmitancia térmica y vidrios bajo-emisivos, evitar puentes térmicos en zonas puntuales o lineales mediante juntas y materiales de alta resistencia térmica, e impedir corrientes de aire y pérdidas de energía. Además, el aire viciado del interior del edificio cede su energía, precalentando el aire limpio entrante gracias a un recuperados de calor de alto rendimiento. Conclusión 75 Figura 17: Principios básicos del estándar Passivhaus El estándar Passivhaus es el conjunto de criterios que un edificio debe cumplir para lograr un alto desempeño. Estos criterios, los cuales se especifican en la siguiente imagen, reflejan la capacidad del edificio de mantener un excelente nivel de confort con una muy baja demanda de refrigeración y/o calefacción, es decir, instalaciones de edificio sencillas y con baja demanda de energía primaria. Figura 18: Criterios del estándar Passivhaus Referencias 76 REFERENCIAS [1] Rincón-Casado, A., De La Flor Sánchez, F. J., Jara, E. Á. R., Pavón-Domínguez, P., & Ramos, J. S. (2017). Influencia del caudal de ventilación e infiltración sobre la demanda energética en edificios residenciales en España. Dyna (Spain), 92(6), 655–660. [2] Dias Bordalo Junior, H. (2010). Estrategias de ventilación natural para la majora de la eficiencia energética en edificios. [3] Málaga, P. U. D. E., Del, R., Miguel, P., & Del, R. M. (2019). PROYECTO DE VENTILACIÓN INTELIGENTE Y CONTROL DE TEMPERATURA DEL ESPACIO INTERIOR DEL EDIFICIO PRINCIPAL DE LA UNIVERSIDAD DE MALAGA FECHA: DICIEMBRE 2018 Contenido. [4] Migoya, E. (2002). Modelo zonal para la simulacion del movimiento de humos y gases calientes en incendios: aplicacion a tuneles de carretera. 378. [5] Arco, J., Sánchez, J., Saucedo, R., Montoya, F. G., Salmerón, J. M., & Molina, J. L. (2013). Gestión y rehabilitación energética de edificios existentes: Procedimiento experimental de diagnosis y caracterización energética. Revista de La Construccion, 12(3), 9–16. [6] Abena Al Tiempo Azcapouo, C. (2004). Ventilación natural: cálculos básicos para arquitectura / Victor Armando fuentes Freixanet, Manu. January 2004. [7] Heating, P. (2021). Effects of Different Surface Heat Transfer Coefficients on. [8] Une-en, E. D. E. L. D. (2007). española. [9] Aspectos técnicos de la calidad de ambientes interiores. (n.d.). [10] Sundell, J. (2004), On the history of indoor air quality and health. Indoor Air, 14: 51-58. [11] Trejo, S. R. (2016). Caracterización de la ventilación en la edificación residencial existente. Conciliación entre calidad del aire interior y eficiencia en la rehabilitación energética Tesis doctoral. 10. [12] Trechsel, H. R., Bomberg, M. T., Persily, A. K., & Emmerich, S. J. (2010). Effects of Air Infiltration and Ventilation. Moisture Control in Buildings: The Key Factor in Mold Prevention—2nd Edition, 110-110–117. Referencias 77 [13] Castillo-Carchipulla, E. M., Aguirre Ullauri, M. C., & García Navarro, J. (2020). La calidad de aire interior: una revisión histórica desde la normativa española = Indoor air quality: a historical review from Spanish regulations. Anales de Edificación, 6(2), 70. [14] Consejeria de Economia y hacienda., & Comunidad de Madrid. (2011). Guía del estándar Passivhaus. Fenercom, 209. [15] Baranowski, A., & Ferdyn-Grygierek, J. (2012). Numerical prediction of the air exchange in the museum premises equipped with natural ventilation systems. 33rd AIVC Conference “Optimising Ventilative Cooling and Airtightness for [Nearly] Zero- Energy Buildings, IAQ and Comfort,” 2–7. [16] Guardino Solá Xavier. (2011). Calidad del aire interior. Encliclopedia de Salud Y Seguridad En El Trabajo, 33. Anexo A: Código EES modelo Unizonal-Permeabilidad de los Cerramientos 78 ANEXO A: CÓDIGO EES MODELO UNIZONALPERMEABILIDAD DE LOS CERRAMIENTOS "Ejecución del VOLUMEN 1" L1=3,5 W1=1,25 H1=2 V1=L1*W1*H1 T_1=23 "Dicho volumen está formado por 11 superficies" "En primer lugar calculamos el caudal de aire que entra y sale de dicho volumen, asi como la permeabilidad de las paredes" "Superficie 6: Presenta cerramiento opaco y rejilla de ventilación" Vext1_6=(q50_6*(W1*H1) *(abs(varP6)/50)^0,67*sg_varP6*0,5) "caudal a través de los defectos de la superficie 6 expuesta por infiltraciones" n50_6=(0,629*((Co_6*Ao_6) +(Ch_6*Ah_6)))/V1 "Edificio nuevo con permeabilidad mejorada" Co_6=12 Ao_6=(W1*H1)-Avent6 "Edificio situado en Bilbao, le corresponde clase C" Ch_6=9 Ah_6=0 V50_6=n50_6*V1 q50_6=V50_6/(W1*H1) varP6=(C_p6*0,5*1,2*v^2)-p_r1 "Incremento de presiones en la superficie 6 expuesta" sg_varP6=abs(varP6) /(varP6) "Signo del incremento de presiones en la superficie 6 expuesta" Avent6=0,6*0,4 C_p6 = 0,8 "coeficiente de presion del viento en la superficie 6 expuesta" "Superficie 7: Presenta cerramiento opaco" Vext1_7=(q50_7*(W1*L1) *(abs(varP7) /50)^0,67*sg_varP7*0,5) "caudal a través de los defectos de la superficie 7 expuesta por infiltraciones" n50_7=(0,629*((Co_7*Ao_7) +(Ch_7*Ah_7)))/V1 "Edificio nuevo con permeabilidad mejorada" Co_7=12 Ao_7=(W1*L1) "Edificio situado en Bilbao, le corresponde clase C" Ch_7=9 Ah_7=0 V50_7=n50_7*V1 q50_7=V50_7/(W1*L1) varP7=(C_p7*0,5*1,2*v^2)-p_r1 "Incremento de presiones en la superficie 7 expuesta" sg_varP7=abs(varP7) /(varP7) "Signo del incremento de presiones en la superficie 7 expuesta" C_p7= 0,8 "coeficiente de presion del viento en la superficie 7 expuesta" "Superficie 5: Presenta cerramiento opaco" Vext1_5=(q50_5*(H1*L1) *(abs(varP5) /50)^0,67*sg_varP5*0,5) "caudal a través de los defectos de la superficie 5 expuesta por infiltraciones" n50_5=(0,629*((Co_5*Ao_5) +(Ch_5*Ah_5)))/V1 "Edificio nuevo con permeabilidad mejorada" Co_5=12 Ao_5=(H1*L1) "Edificio situado en Bilbao, le corresponde clase C" Ch_5=9 Ah_5=0 Anexo A: Código EES modelo Unizonal-Permeabilidad de los Cerramientos 79 V50_5=n50_5*V1 q50_5=V50_5/(H1*L1) varP5=(C_p5*0,5*1,2*v^2)-p_r1 "Incremento de presiones en la superficie 5 expuesta" sg_varP5=abs(varP5) /(varP5) "Signo del incremento de presiones en la superficie 5 expuesta" C_p5= 0,8 "coeficiente de presion del viento en la superficie 5 expuesta" "Superficie 1: Presenta cerramiento opaco" Vext1_1=(q50_1*(H1*L1) *(abs(varP1) /50)^0,67*sg_varP1*0,5) "caudal a través de los defectos de la superficie 1 no expuesta por infiltraciones" n50_1=(0,629*((Co_1*Ao_1) +(Ch_1*Ah_1)))/V1 "Edificio nuevo con permeabilidad mejorada" Co_1=12 Ao_1=(H1*L1) "Edificio situado en Bilbao, le corresponde clase C" Ch_1=9 Ah_1=0 V50_1=n50_1*V1 q50_1=V50_1/(H1*L1) varP1=(C_p1*0,5*1,2*v^2)-p_r1 "Incremento de presiones en la superficie 1 no expuesta" sg_varP1=abs(varP1) /(varP1) "Signo del incremento de presiones en la superficie 1 no expuesta" C_p1= -0,5 "coeficiente de presion del viento en la superficie 1 no expuesta" "Superficie 9: Presenta cerramiento opaco" Vext1_9=(q50_9*(W1*L1) *(abs(varP9) /50)^0,67*sg_varP9*0,5) "caudal a través de los defectos de la superficie 9 expuesta por infiltraciones" n50_9=(0,629*((Co_9*Ao_9) +(Ch_9*Ah_9)))/V1 "Edificio nuevo con permeabilidad mejorada" Co_9=12 Ao_9=(L1*W1) "Edificio situado en Bilbao, le corresponde clase C" Ch_9=9 Ah_9=0 V50_9=n50_9*V1 q50_9=V50_9/(L1*W1) varP9=0 "Impermeabilidad del suelo" sg_varP9=0 "Signo del incremento de presiones en la superficie 9 no expuesta" C_p9 = -0,5 "coeficiente de presion del viento en la superficie 9 no expuesta" "Superficie 11: Presenta cerramiento opaco" Vext_11=(q50_11*(H1*W1) *(abs(varP11) /50)^0,67*sg_varP11*0,5) "caudal a través de los defectos de la superficie 11 expuesta por infiltraciones" n50_11=(0,629*((Co_11*Ao_11) +(Ch_11*Ah_11)))/V1 "Edificio nuevo con permeabilidad mejorada" Co_11=12 Ao_11=(H1*W1) "Edificio situado en Bilbao, le corresponde clase C" Ch_11=9 Ah_11=0 V50_11=n50_11*V1 q50_11=V50_11/(H1*W1) varP11=(C_p11*0,5*1,2*v^2)-p_r1 "Incremento de presiones en la superficie 11 no expuesta" sg_varP11=abs(varP11) /(varP11) "Signo del incremento de presiones en la superficie 1 no expuesta" C_p11= -0,5 "coeficiente de presion del viento en la superficie 1 no expuesta" rho_1=Density (Air_ha;T=T_1;P=P_1) P_1=101325+p_r1 v=5 "Ecuación de balance volumen 1.1" (Vext1_6) +(Vext1_7) +(Vext1_5) +(Vext1_1) +(Vext1_9) +Vext_11=0 Anexo B: Código EES modelo Unizonal- Caudal de aire impulsado/extraído 80 ANEXO B: CÓDIGO EES MODELO UNIZONALCAUDAL DE AIRE IMPULSADO/EXTRAÍDO "Ejecución del VOLUMEN 1" L1=3,5 W1=1,25 H1=2 V1=L1*W1*H1 T_1=23 "En primer lugar calculamos el caudal de aire que entra y sale de dicho volumen, así como la permeabilidad de las paredes" "Superficie 6: Presenta cerramiento opaco y rejilla de ventilación" Vext1_6=(q50_6*(W1*H1) *(abs(varP6) /50) ^0,67*sg_varP6*0,5) "caudal a través de los defectos de la superficie 6 expuesta por infiltraciones" n50_6=(0,629*((Co_6*Ao_6) +(Ch_6*Ah_6)))/V1 "Edificio nuevo con permeabilidad mejorada" Co_6=12 Ao_6=(W1*H1)-Avent6 "Edificio situado en Bilbao, le corresponde clase C" Ch_6=9 Ah_6=0 V50_6=n50_6*V1 q50_6=V50_6/(W1*H1) varP6=(C_p6*0,5*1,2*v^2)-p_r1 "Incremento de presiones en la superficie 6 expuesta" sg_varP6=abs(varP6) /(varP6) "Signo del incremento de presiones en la superficie 6 expuesta" Avent6=0,6*0,4 C_p6 = 0,8 "coeficiente de presion del viento en la superficie 6 expuesta" Vven1_6=60*(abs(varP6) /20)^0,5*sg_varP6*0,5"caudal de ventilación a través de la rejilla de ventilación situada en la superficie 6" "Superficie 7: Presenta cerramiento opaco" Vext1_7=(q50_7*(W1*L1) *(abs(varP7) /50)^0,67*sg_varP7*0,5) "caudal a través de los defectos de la superficie 7 expuesta por infiltraciones" n50_7=(0,629*((Co_7*Ao_7) +(Ch_7*Ah_7)))/V1 "Edificio nuevo con permeabilidad mejorada" Co_7=12 Ao_7=(W1*L1) "Edificio situado en Bilbao, le corresponde clase C" Ch_7=9 Ah_7=0 V50_7=n50_7*V1 q50_7=V50_7/(W1*L1) varP7=(C_p7*0,5*1,2*v^2)-p_r1 "Incremento de presiones en la superficie 7 expuesta" sg_varP7=abs(varP7) /(varP7) "Signo del incremento de presiones en la superficie 7 expuesta" C_p7= 0,8 "coeficiente de presion del viento en la superficie 7 expuesta" Vven1_7=-60*(abs(varP7) /20)^0,5*sg_varP7*0,5"caudal de ventilación a través de la rejilla de ventilación situada en la superficie 7" "Superficie 5: Presenta cerramiento opaco" Vext1_5=(q50_5*(H1*L1) *(abs(varP5) /50)^0,67*sg_varP5*0,5) "caudal a través de los defectos de la superficie 5 expuesta por infiltraciones" n50_5=(0,629*((Co_5*Ao_5) +(Ch_5*Ah_5)))/V1 "Edificio nuevo con permeabilidad mejorada" Co_5=12 Ao_5=(H1*L1) Anexo B: Código EES modelo Unizonal- Caudal de aire impulsado/extraído 81 "Edificio situado en Bilbao, le corresponde clase C" Ch_5=9 Ah_5=0 V50_5=n50_5*V1 q50_5=V50_5/(H1*L1) varP5=(C_p5*0,5*1,2*v^2)-p_r1 "Incremento de presiones en la superficie 5 expuesta" sg_varP5=abs(varP5) /(varP5) "Signo del incremento de presiones en la superficie 5 expuesta" C_p5= 0,8 "coeficiente de presion del viento en la superficie 5 expuesta" "Superficie 1: Presenta cerramiento opaco" Vext1_1=(q50_1*(H1*L1) *(abs(varP1) /50)^0,67*sg_varP1*0,5) "caudal a través de los defectos de la superficie 1 no expuesta por infiltraciones" n50_1=(0,629*((Co_1*Ao_1) +(Ch_1*Ah_1)))/V1 "Edificio nuevo con permeabilidad mejorada" Co_1=12 Ao_1=(H1*L1) "Edificio situado en Bilbao, le corresponde clase C" Ch_1=9 Ah_1=0 V50_1=n50_1*V1 q50_1=V50_1/(H1*L1) varP1=(C_p1*0,5*1,2*v^2)-p_r1 "Incremento de presiones en la superficie 1 no expuesta" sg_varP1=abs(varP1) /(varP1) "Signo del incremento de presiones en la superficie 1 no expuesta" C_p1= -0,5 "coeficiente de presion del viento en la superficie 1 no expuesta" "Superficie 9: Presenta cerramiento opaco" Vext1_9=(q50_9*(W1*L1) *(abs(varP9) /50)^0,67*sg_varP9*0,5) "caudal a través de los defectos de la superficie 9 expuesta por infiltraciones" n50_9=(0,629*((Co_9*Ao_9) +(Ch_9*Ah_9)))/V1 "Edificio nuevo con permeabilidad mejorada" Co_9=12 Ao_9=(L1*W1) "Edificio situado en Bilbao, le corresponde clase C" Ch_9=9 Ah_9=0 V50_9=n50_9*V1 q50_9=V50_9/(L1*W1) varP9=0 "Impermeabilidad del suelo" sg_varP9=0 "Signo del incremento de presiones en la superficie 9 no expuesta" C_p9 = -0,5 "coeficiente de presion del viento en la superficie 9 no expuesta" "Superficie 11: Presenta cerramiento opaco" Vext_11=(q50_11*(H1*W1) *(abs(varP11) /50)^0,67*sg_varP11*0,5) "caudal a través de los defectos de la superficie 11 expuesta por infiltraciones" n50_11=(0,629*((Co_11*Ao_11) +(Ch_11*Ah_11)))/V1 "Edificio nuevo con permeabilidad mejorada" Co_11=12 Ao_11=(H1*W1) "Edificio situado en Bilbao, le corresponde clase C" Ch_11=9 Ah_11=0 V50_11=n50_11*V1 q50_11=V50_11/(H1*W1) varP11=(C_p11*0,5*1,2*v^2)-p_r1 "Incremento de presiones en la superficie 11 no expuesta" sg_varP11=abs(varP11) /(varP11) "Signo del incremento de presiones en la superficie 1 no expuesta" C_p11= -0,5 "coeficiente de presion del viento en la superficie 1 no expuesta" rho_1=Density (Air_ha;T=T_1;P=P_1) P_1=101325+p_r1 v=10 "Ecuación de balance volumen 1.1" (Vext1_6) +(Vext1_7) +(Vext1_5)+(Vext1_1)+(Vext1_9)+(Vven1_6)+Vext_11+(Vven1_7)=0 Anexo C: Código EES modelo Unizonal- Caudal de aire Extraído 82 ANEXO C: CÓDIGO EES MODELO UNIZONALCAUDAL DE AIRE EXTRAÍDO "Ejecución del VOLUMEN 1" L1=3,5 W1=1,25 H1=2 V1=L1*W1*H1 T_1=23 "Dicho volumen está formado por 11 superficies" "En primer lugar calculamos el caudal de aire que entra y sale de dicho volumen, asi como la permeabilidad de las paredes" "Superficie 6: Presenta cerramiento opaco y rejilla de ventilación" Vext1_6=(q50_6*(W1*H1) *(abs(varP6) /50)^0,67*sg_varP6*0,5) "caudal a través de los defectos de la superficie 6 expuesta por infiltraciones" n50_6=(0,629*((Co_6*Ao_6) +(Ch_6*Ah_6)))/V1 "Edificio nuevo con permeabilidad mejorada" Co_6=12 Ao_6=(W1*H1)-Avent6 "Edificio situado en Bilbao, le corresponde clase C" Ch_6=9 Ah_6=0 V50_6=n50_6*V1 q50_6=V50_6/(W1*H1) varP6=(C_p6*0,5*1,2*v^2)-p_r1 "Incremento de presiones en la superficie 6 expuesta" sg_varP6=abs(varP6) /(varP6) "Signo del incremento de presiones en la superficie 6 expuesta" Avent6=0,6*0,4 C_p6 = 0,8 "coeficiente de presion del viento en la superficie 6 expuesta" "Superficie 7: Presenta cerramiento opaco" Vext1_7=(q50_7*(W1*L1) *(abs(varP7) /50)^0,67*sg_varP7*0,5) "caudal a través de los defectos de la superficie 7 expuesta por infiltraciones" n50_7=(0,629*((Co_7*Ao_7) +(Ch_7*Ah_7)))/V1 "Edificio nuevo con permeabilidad mejorada" Co_7=12 Ao_7=(W1*L1) "Edificio situado en Bilbao, le corresponde clase C" Ch_7=9 Ah_7=0 V50_7=n50_7*V1 q50_7=V50_7/(W1*L1) varP7=(C_p7*0,5*1,2*v^2)-p_r1 "Incremento de presiones en la superficie 7 expuesta" sg_varP7=abs(varP7) /(varP7) "Signo del incremento de presiones en la superficie 7 expuesta" C_p7= 0,8 "coeficiente de presion del viento en la superficie 7 expuesta" Vven1_7=-60*(abs(varP7) /20) ^0,5*sg_varP7*0,5"caudal de ventilación a través de la rejilla de ventilación situada en la superficie 7" "Superficie 5: Presenta cerramiento opaco" Vext1_5=(q50_5*(H1*L1) *(abs(varP5) /50) ^0,67*sg_varP5*0,5) "caudal a través de los defectos de la superficie 5 expuesta por infiltraciones" n50_5=(0,629*((Co_5*Ao_5) +(Ch_5*Ah_5)))/V1 "Edificio nuevo con permeabilidad mejorada" Co_5=12 Ao_5=(H1*L1) "Edificio situado en Bilbao, le corresponde clase C" Anexo C: Código EES modelo Unizonal- Caudal de aire Extraído 83 Ch_5=9 Ah_5=0 V50_5=n50_5*V1 q50_5=V50_5/(H1*L1) varP5=(C_p5*0,5*1,2*v^2)-p_r1 "Incremento de presiones en la superficie 5 expuesta" sg_varP5=abs(varP5) /(varP5) "Signo del incremento de presiones en la superficie 5 expuesta" C_p5= 0,8 "coeficiente de presion del viento en la superficie 5 expuesta" "Superficie 1: Presenta cerramiento opaco" Vext1_1=(q50_1*(H1*L1) *(abs(varP1) /50)^0,67*sg_varP1*0,5) "caudal a través de los defectos de la superficie 1 no expuesta por infiltraciones" n50_1=(0,629*((Co_1*Ao_1) +(Ch_1*Ah_1)))/V1 "Edificio nuevo con permeabilidad mejorada" Co_1=12 Ao_1=(H1*L1) "Edificio situado en Bilbao, le corresponde clase C" Ch_1=9 Ah_1=0 V50_1=n50_1*V1 q50_1=V50_1/(H1*L1) varP1=(C_p1*0,5*1,2*v^2)-p_r1 "Incremento de presiones en la superficie 1 no expuesta" sg_varP1=abs(varP1) /(varP1) "Signo del incremento de presiones en la superficie 1 no expuesta" C_p1= -0,5 "coeficiente de presion del viento en la superficie 1 no expuesta" "Superficie 9: Presenta cerramiento opaco" Vext1_9=(q50_9*(W1*L1) *(abs(varP9) /50)^0,67*sg_varP9*0,5) "caudal a través de los defectos de la superficie 9 expuesta por infiltraciones" n50_9=(0,629*((Co_9*Ao_9) +(Ch_9*Ah_9)))/V1 "Edificio nuevo con permeabilidad mejorada" Co_9=12 Ao_9=(L1*W1) "Edificio situado en Bilbao, le corresponde clase C" Ch_9=9 Ah_9=0 V50_9=n50_9*V1 q50_9=V50_9/(L1*W1) varP9=0 "Impermeabilidad del suelo" sg_varP9=0 "Signo del incremento de presiones en la superficie 9 no expuesta" C_p9 = -0,5 "coeficiente de presion del viento en la superficie 9 no expuesta" "Superficie 11: Presenta cerramiento opaco" Vext_11=(q50_11*(H1*W1) *(abs(varP11) /50)^0,67*sg_varP11*0,5) "caudal a través de los defectos de la superficie 11 expuesta por infiltraciones" n50_11=(0,629*((Co_11*Ao_11) +(Ch_11*Ah_11)))/V1 "Edificio nuevo con permeabilidad mejorada" Co_11=12 Ao_11=(H1*W1) "Edificio situado en Bilbao, le corresponde clase C" Ch_11=9 Ah_11=0 V50_11=n50_11*V1 q50_11=V50_11/(H1*W1) varP11=(C_p11*0,5*1,2*v^2)-p_r1 "Incremento de presiones en la superficie 11 no expuesta" sg_varP11=abs(varP11) /(varP11) "Signo del incremento de presiones en la superficie 1 no expuesta" C_p11= -0,5 "coeficiente de presion del viento en la superficie 1 no expuesta" rho_1=Density (Air_ha;T=T_1;P=P_1) P_1=101325+p_r1 v=5 "Ecuación de balance volumen 1.1" (Vext1_6) +(Vext1_7) +(Vext1_5) +(Vext1_1) +(Vext1_9) +Vext_11+(Vven1_7) =0 Anexo E: Código EES modelo Multizonal- Cambio en el Sentido de Flujo 90 Ao_5=(H1*L1) "Edificio situado en Bilbao, le corresponde clase C" Ch_5=9 Ah_5=0 V50_5=n50_5*V1 q50_5=V50_5/(H1*L1) varP5=(C_p5*0,5*1,2*v^2)-p_r1 "Incremento de presiones en la superficie 5 expuesta" sg_varP5=abs(varP5) /(varP5) "Signo del incremento de presiones en la superficie 5 expuesta" C_p5= 0,8 "coeficiente de presion del viento en la superficie 5 expuesta" "Superficie 4: Presenta cerramiento opaco" Vext2_4=(q50_4*(H2*L2) *(abs(varP4) /50) ^0,67*sg_varP4*0,5) "caudal a través de los defectos de la superficie 4 expuesta por infiltraciones" n50_4=(0,629*((Co_4*Ao_4) +(Ch_4*Ah_4)))/V2 "Edificio nuevo con permeabilidad mejorada" Co_4=12 Ao_4=(H2*L2) "Edificio situado en Bilbao, le corresponde clase C" Ch_4=9 Ah_4=0 V50_4=n50_4*V2 q50_4=V50_4/(H2*L2) varP4=(C_p4*0,5*1,2*v^2)-p_r2 "Incremento de presiones en la superficie 4 expuesta" sg_varP4=abs(varP4) /(varP4) "Signo del incremento de presiones en la superficie 4 expuesta" C_p4= 0,8 "coeficiente de presion del viento en la superficie 4 expuesta" "Superficie 8: Presenta cerramiento opaco" Vext2_8=(q50_8*(W2*L2) *(abs(varP8) /50) ^0,67*sg_varP8*0,5) "caudal a través de los defectos de la superficie 8 expuesta por infiltraciones" n50_8=(0,629*((Co_8*Ao_8) +(Ch_8*Ah_8)))/V2 "Edificio nuevo con permeabilidad mejorada" Co_8=12 Ao_8=(W2*L2) "Edificio situado en Bilbao, le corresponde clase C" Ch_8=9 Ah_8=0 V50_8=n50_8*V2 q50_8=V50_8/(W2*L2) varP8=(C_p8*0,5*1,2*v^2)-p_r2 "Incremento de presiones en la superficie 8 expuesta" sg_varP8=abs(varP8) /(varP8) "Signo del incremento de presiones en la superficie 8 expuesta" C_p8= 0,8 "coeficiente de presion del viento en la superficie 8 expuesta" Vven2_8=-60*(abs(varP6) /20)^0,5*sg_varP6*0,5"caudal de ventilación a través de la rejilla de ventilación situada en la superficie 6" "Superficie 1: Presenta cerramiento opaco" Vext1_1=(q50_1*(H1*L1) *(abs(varP1) /50) ^0,67*sg_varP1*0,5) "caudal a través de los defectos de la superficie 1 no expuesta por infiltraciones" n50_1=(0,629*((Co_1*Ao_1) +(Ch_1*Ah_1)))/V1 "Edificio nuevo con permeabilidad mejorada" Co_1=12 Ao_1=(H1*L1) "Edificio situado en Bilbao, le corresponde clase C" Ch_1=9 Ah_1=0 V50_1=n50_1*V1 q50_1=V50_1/(H1*L1) varP1=(C_p1*0,5*1,2*v^2)-p_r1 "Incremento de presiones en la superficie 1 no expuesta" sg_varP1=abs(varP1) /(varP1) "Signo del incremento de presiones en la superficie 1 no expuesta" C_p1= -0,5 "coeficiente de presion del viento en la superficie 1 no expuesta" "Superficie 2: Presenta cerramiento opaco" Anexo E: Código EES modelo Multizonal- Cambio en el Sentido de Flujo 91 Vext2_2=(q50_2*(L2*H2) *(abs(varP2) /50)^0,67*sg_varP2*0,5) "caudal a través de los defectos de la superficie 2 expuesta por infiltraciones" n50_2=(0,629*((Co_2*Ao_2) +(Ch_2*Ah_2)))/V2 "Edificio nuevo con permeabilidad mejorada" Co_2=12 Ao_2=(L2*H2) "Edificio situado en Bilbao, le corresponde clase C" Ch_2=9 Ah_2=0 V50_2=n50_2*V2 q50_2=V50_2/(L2*H2) varP2=(C_p2*0,5*1,2*v^2)-p_r2 "Incremento de presiones en la superficie 2 no expuesta" sg_varP2=abs(varP2) /(varP2) "Signo del incremento de presiones en la superficie 2 no expuesta" C_p2 = -0,5 "coeficiente de presion del viento en la superficie 2 no expuesta" "Superficie 9: Presenta cerramiento opaco" Vext1_9=(q50_9*(W1*L1) *(abs(varP9) /50) ^0,67*sg_varP9*0,5) "caudal a través de los defectos de la superficie 9 expuesta por infiltraciones" n50_9=(0,629*((Co_9*Ao_9) +(Ch_9*Ah_9)))/V1 "Edificio nuevo con permeabilidad mejorada" Co_9=12 Ao_9=(L1*W1) "Edificio situado en Bilbao, le corresponde clase C" Ch_9=9 Ah_9=0 V50_9=n50_9*V1 q50_9=V50_9/(L1*W1) varP9=0 "Impermeabilidad del suelo" sg_varP9=0 "Signo del incremento de presiones en la superficie 9 no expuesta" C_p9 = -0,5 "coeficiente de presion del viento en la superficie 9 no expuesta" "Superficie 10: Presenta cerramiento opaco" Vext2_10=(q50_10*(W2*L2) *(abs(varP10) /50) ^0,67*sg_varP10*0,5) "caudal a través de los defectos de la superficie 10 expuesta por infiltraciones" n50_10=(0,629*((Co_10*Ao_10) +(Ch_10*Ah_10)))/V2 "Edificio nuevo con permeabilidad mejorada" Co_10=12 Ao_10=(L2*W2) "Edificio situado en Bilbao, le corresponde clase C" Ch_10=9 Ah_10=0 V50_10=n50_10*V2 q50_10=V50_10/(L2*W2) varP10=0 "Impermeabilidad del suelo" sg_varP10=0 "Signo del incremento de presiones en la superficie 10 no expuesta" C_p10 = -0,5 "coeficiente de presion del viento en la superficie 10 no expuesta" "Superficie 3: Presenta cerramiento opaco y rejilla de ventilación" Vext2_3=(q50_3*(W2*H2) *(abs(varP3)/50)^0,67*sg_varP3*0,5) "caudal a través de los defectos de la superficie 3 expuesta por infiltraciones" n50_3=(0,629*((Co_3*Ao_3) +(Ch_3*Ah_3)))/V2 "Edificio nuevo con permeabilidad mejorada" Co_3=12 Ao_3=(H2*W2) "Edificio situado en Bilbao, le corresponde clase C" Ch_3=9 Ah_3=0 V50_3=n50_3*V2 q50_3=V50_3/(H2*W2) varP3=(C_p3*0,5*1,2*v^2)-p_r2 "Incremento de presiones en la superficie 3 no expuesta" sg_varP3=abs(varP3) /(varP3) "Signo del incremento de presiones en la superficie 3 no expuesta" Anexo E: Código EES modelo Multizonal- Cambio en el Sentido de Flujo 92 C_p3 = -0,5 "coeficiente de presion del viento en la superficie 3 no expuesta" "Superficie 11: Pared interna con permeabilidad al aire y abertura grande" Vext_11=-(q50_11*Apint*(abs(varP11) /50)^0,67*sg_varP11*0,5) "caudal a través de los defectos de la superficie 11 expuesta por infiltraciones" Apint=Ao_11 VarP11=(p_r1-p_r2) "Incremento de presiones en la pared interna" sg_VarP11=abs(VarP11)/(VarP11) "signo del incremento de presiones en la pared interna" n50_11=(0,629*((Co_11*Ao_11) +(Ch_11*Ah_11)))/V11 V11=W1*H1*0,3 "Edificio nuevo con permeabilidad mejorada" Co_11=12 Ao_11=(W1*0,5) "Edificio situado en Bilbao, le corresponde clase C" Ch_11=9 Ah_11=0 V50_11=n50_11*V11 q50_11=V50_11/(H1*W1) zsup=1,75 zinf=0,25 rho_1=Density (Air_ha;T=T_1;P=P_1) rho_2=Density (Air_ha;T=T_2;P=P_2) P_1=101325+p_r1 P_2=101325+p_r2 v=10 "Cálculo de Z neutra" (P_2o-P_1o) =-((rho_1-rho_2) *9,81*z_neutra) P_1o=(P_1) -(rho_1*9,81*zinf) P_2o=(P_2) -(rho_2*9,81*zinf) Ap_neutra=(P_1o-P_2o) -((rho_1-rho_2) *9,81*z_neutra) "Si zneutra > 0,25 y <1,75. Se utiliza para velocidad por debajo de 0,87 m/s" "Ecuación de balance volumen 1.1" {Vab_11=(0,5*Vsup*(hijSup/hijtotal)*SigVarPsup) Vsup=(sqrt((2*(abs(VarPsup)))/rho_1))*Sij hijSup=(zsup-(z_neutra)) hijtotal=(zsup-zinf) Sij=W1*(zsup-zinf) VarPsup=((P_1o-P_2o)-((rho_1-rho_2)*9,81*zsup)) SigVarPsup=(abs(VarPsup))/VarPsup Vba_11=-(0,5*Vinf*(hijInf/hijtotal)*SigVarPinf) Vinf=(sqrt((2*(abs(VarPinf)))/rho_2))*Sij VarPinf=((P_1o-P_2o)-((rho_1-rho_2)*9,81*zinf)) hijInf=(z_neutra-zinf) SigVarPinf=(abs(VarPinf))/VarPinf (Vext1_6)+(Vext1_7)+(Vext1_5)+(Vext1_1)+(Vext1_9)+(Vext_11)+(Vab_11)+(Vba_11)=0 "Ecuación de balance volumen 1.2" (Vext2_8)+(Vext2_4)+(Vext2_2)+(Vext2_3)+(Vext2_10)=(Vba_11)+(Vab_11)+(Vext_11)} "Si zneutra < 0,25 " Vba_11=-(0,5*(Vinf+Vsup) *1) Vab_11=0 Vinf= (sqrt((2*(abs (VarPinf)))/rho_1))*Sij Anexo E: Código EES modelo Multizonal- Cambio en el Sentido de Flujo 93 VarPinf=((P_1o-P_2o)) Vsup=(sqrt((2*(abs (VarPsup)))/rho_1))*Sij VarPsup=((P_1o-P_2o) -((rho_1-rho_2)*9,81*zsup)) Sij=W1*(zsup-zinf) "Ecuación de balance volumen 1.1" (Vext1_6) +(Vext1_7) +(Vext1_5) +(Vext1_1) +(Vext1_9) +(Vab_11) +Vext_11+(Vba_11) =0 "Ecuación de balance volumen 1.2" (Vext2_8) +(Vext2_4) +(Vext2_2) +(Vext2_3) +(Vext2_10) +(Vven2_8) =(Vba_11) +(Vext_11) +(Vab_11) "Si zneutra > 1,75" {Vab_11=0 Vba_11=-(0,5*(Vinf+Vsup)*1) Vinf=(sqrt((2*(abs(VarPinf)))/rho_1))*Sij VarPinf=(P_1o-P_2o) Vsup=(sqrt((2*(abs(VarPsup)))/rho_1))*Sij VarPsup=((P_1o-P_2o)-((rho_1-rho_2)*9,81*zsup)) Sij=W1*(zsup-zinf) "Ecuación de balance volumen 1.1" (Vext1_6)+(Vext1_7)+(Vext1_5)+(Vext1_1)+(Vext1_9)+(Vab_11)+Vext_11+(Vba_11)+(Vven1_6)=0 "Ecuación de balance volumen 1.2" (Vext2_8)+(Vext2_4)+(Vext2_2)+(Vext2_3)+(Vext2_10)=(Vba_11)+(Vab_11)+(Vext_11)} Anexo F: Código EES modelo Unizonal- Concentración Co2. Extracción natural 94 ANEXO F: CÓDIGO EES MODELO UNIZONALCONCENTRACIÓN CO2. EXTRACCIÓN NATURAL "Ejecución del VOLUMEN 1" L1=3,5 W1=1,25 H1=2 V1=L1*W1*H1 T_1=23 "Dicho volumen está formado por 11 superficies" "En primer lugar calculamos el caudal de aire que entra y sale de dicho volumen, asi como la permeabilidad de las paredes" "Superficie 6: Presenta cerramiento opaco y rejilla de ventilación" Vext1_6=(q50_6*(W1*H1) *(abs(varP6) /50) ^0,67*sg_varP6*0,5) "caudal a través de los defectos de la superficie 6 expuesta por infiltraciones" n50_6=(0,629*((Co_6*Ao_6) +(Ch_6*Ah_6)))/V1 "Edificio nuevo con permeabilidad mejorada" Co_6=12 Ao_6=(W1*H1)-Avent6 "Edificio situado en Bilbao, le corresponde clase C" Ch_6=9 Ah_6=0 V50_6=n50_6*V1 q50_6=V50_6/(W1*H1) varP6=(C_p6*0,5*1,2*v^2)-p_r1 "Incremento de presiones en la superficie 6 expuesta" sg_varP6=abs(varP6) /(varP6) "Signo del incremento de presiones en la superficie 6 expuesta" Avent6=0,6*0,4 C_p6 = 0,8 "coeficiente de presion del viento en la superficie 6 expuesta" {Vven1_6=60*(abs(varP6) /20) ^0,5*sg_varP6*0,5"caudal de ventilación a través de la rejilla de ventilación situada en la superficie 6"} mext1_6k=Vext1_6*X1_6k {mven1_6k=Vven1_6*(X1_6k)} X1_6k=720 {Vimp1_6=135 mimp1_6k=Vimp1_6*(X1_6k)} "Superficie 7: Presenta cerramiento opaco" Vext1_7=(q50_7*(W1*L1) *(abs(varP7) /50) ^0,67*sg_varP7*0,5) "caudal a través de los defectos de la superficie 7 expuesta por infiltraciones" n50_7=(0,629*((Co_7*Ao_7) +(Ch_7*Ah_7)))/V1 "Edificio nuevo con permeabilidad mejorada" Co_7=12 Ao_7=(W1*L1) "Edificio situado en Bilbao, le corresponde clase C" Ch_7=9 Ah_7=0 V50_7=n50_7*V1 q50_7=V50_7/(W1*L1) varP7=(C_p7*0,5*1,2*v^2)-p_r1 "Incremento de presiones en la superficie 7 expuesta" sg_varP7=abs(varP7) /(varP7) "Signo del incremento de presiones en la superficie 7 expuesta" C_p7= 0,8 "coeficiente de presion del viento en la superficie 7 expuesta" "Evaluamos la conservación de la masa para el contaminante k en la superfice 7" mext1_7k=Vext1_7*X1_7k X1_7k=720 Anexo F: Código EES modelo Unizonal- Concentración Co2. Extracción natural 95 Vven1_7=-60*(abs(varP7) /20)^0,5*sg_varP7*0,5"caudal de ventilación a través de la rejilla de ventilación situada en la superficie 7" mven1_7k=Vven1_7*X1_k "Superficie 5: Presenta cerramiento opaco" Vext1_5=(q50_5*(H1*L1) *(abs(varP5) /50)^0,67*sg_varP5*0,5) "caudal a través de los defectos de la superficie 5 expuesta por infiltraciones" n50_5=(0,629*((Co_5*Ao_5) +(Ch_5*Ah_5)))/V1 "Edificio nuevo con permeabilidad mejorada" Co_5=12 Ao_5=(H1*L1) "Edificio situado en Bilbao, le corresponde clase C" Ch_5=9 Ah_5=0 V50_5=n50_5*V1 q50_5=V50_5/(H1*L1) varP5=(C_p5*0,5*1,2*v^2)-p_r1 "Incremento de presiones en la superficie 5 expuesta" sg_varP5=abs(varP5) /(varP5) "Signo del incremento de presiones en la superficie 5 expuesta" C_p5= 0,8 "coeficiente de presion del viento en la superficie 5 expuesta" "Evaluamos la conservación de la masa para el contaminante k en la superfice 5 teniendo en cuenta que todo el contaminante contenido en el aire se emite" mext1_5k=Vext1_5*X1_5k X1_5k=720 "Se ha considerado 400ppm de CO2 en el aire exterior y se pasa a mg/m3 de CO2" "Superficie 1: Presenta cerramiento opaco" Vext1_1=(q50_1*(H1*L1) *(abs(varP1) /50) ^0,67*sg_varP1*0,5) "caudal a través de los defectos de la superficie 1 no expuesta por infiltraciones" n50_1=(0,629*((Co_1*Ao_1) +(Ch_1*Ah_1)))/V1 "Edificio nuevo con permeabilidad mejorada" Co_1=12 Ao_1=(H1*L1) "Edificio situado en Bilbao, le corresponde clase C" Ch_1=9 Ah_1=0 V50_1=n50_1*V1 q50_1=V50_1/(H1*L1) varP1=(C_p1*0,5*1,2*v^2)-p_r1 "Incremento de presiones en la superficie 1 no expuesta" sg_varP1=abs(varP1) /(varP1) "Signo del incremento de presiones en la superficie 1 no expuesta" C_p1= -0,5 "coeficiente de presion del viento en la superficie 1 no expuesta" "Evaluamos la conservación de la masa para el contaminante k en la superfice 1 teniendo en cuenta que todo el contaminante contenido en el aire se emite" mext1_1k=Vext1_1*X1_1k X1_1k=720 "Superficie 9: Presenta cerramiento opaco" Vext1_9=(q50_9*(W1*L1) *(abs(varP9) /50) ^0,67*sg_varP9*0,5) "caudal a través de los defectos de la superficie 9 expuesta por infiltraciones" n50_9=(0,629*((Co_9*Ao_9) +(Ch_9*Ah_9)))/V1 "Edificio nuevo con permeabilidad mejorada" Co_9=12 Ao_9=(L1*W1) "Edificio situado en Bilbao, le corresponde clase C" Ch_9=9 Ah_9=0 V50_9=n50_9*V1 q50_9=V50_9/(L1*W1) varP9=0 "Impermeabilidad del suelo" sg_varP9=0 "Signo del incremento de presiones en la superficie 9 no expuesta" C_p9 = -0,5 "coeficiente de presion del viento en la superficie 9 no expuesta" "Evaluamos la conservación de la masa para el contaminante k en la superfice 9" Anexo F: Código EES modelo Unizonal- Concentración Co2. Extracción natural 96 mext1_9k=0 "Superficie 11: Presenta cerramiento opaco" Vext_11=(q50_11*(H1*W1) *(abs(varP11) /50) ^0,67*sg_varP11*0,5) "caudal a través de los defectos de la superficie 11 expuesta por infiltraciones" n50_11=(0,629*((Co_11*Ao_11) +(Ch_11*Ah_11)))/V1 "Edificio nuevo con permeabilidad mejorada" Co_11=12 Ao_11=(H1*W1) "Edificio situado en Bilbao, le corresponde clase C" Ch_11=9 Ah_11=0 V50_11=n50_11*V1 q50_11=V50_11/(H1*W1) varP11=(C_p11*0,5*1,2*v^2)-p_r1 "Incremento de presiones en la superficie 11 no expuesta" sg_varP11=abs(varP11) /(varP11) "Signo del incremento de presiones en la superficie 1 no expuesta" C_p11= -0,5 "coeficiente de presion del viento en la superficie 1 no expuesta" "Evaluamos la conservación de la masa para el contaminante k en la superfice 11" mext1_11k=Vext_11*(X1_11k) X1_11k=720 rho_1=Density (Air_ha;T=T_1;P=P_1) P_1=101325+p_r1 v=5 Xacuini1_k=0 macut_1k=V1*(((X1_k-Xacuini1_k))/1) "Ecuación de balance volumen 1.1" (Vext1_6) +(Vext1_7) +(Vext1_5) +(Vext1_1) +(Vext1_9) +Vext_11+Vven1_7=0 "Introducimos las ecuaciones de balance para la conservación de la masa para el contaminante k" macut_1k=mext1_1k+mext1_9k+mext1_11k+mext1_6k+mext1_7k+mext1_5k+mven1_7k Anexo G: Código EES modelo Unizonal- Concentración Co2. Ocupación 97 ANEXO G: CÓDIGO EES MODELO UNIZONALCONCENTRACIÓN CO2. OCUPACIÓN "Ejecución del VOLUMEN 1" L1=3,5 W1=1,25 H1=2 V1=L1*W1*H1 T_1=23 "Dicho volumen está formado por 11 superficies" "En primer lugar calculamos el caudal de aire que entra y sale de dicho volumen, asi como la permeabilidad de las paredes" "Superficie 6: Presenta cerramiento opaco y rejilla de ventilación" Vext1_6=(q50_6*(W1*H1) *(abs(varP6) /50) ^0,67*sg_varP6*0,5) "caudal a través de los defectos de la superficie 6 expuesta por infiltraciones" n50_6=(0,629*((Co_6*Ao_6) +(Ch_6*Ah_6)))/V1 "Edificio nuevo con permeabilidad mejorada" Co_6=12 Ao_6=(W1*H1)-Avent6 "Edificio situado en Bilbao, le corresponde clase C" Ch_6=9 Ah_6=0 V50_6=n50_6*V1 q50_6=V50_6/(W1*H1) varP6=(C_p6*0,5*1,2*v^2)-p_r1 "Incremento de presiones en la superficie 6 expuesta" sg_varP6=abs(varP6) /(varP6) "Signo del incremento de presiones en la superficie 6 expuesta" Avent6=0,6*0,4 C_p6 = 0,8 "coeficiente de presion del viento en la superficie 6 expuesta" {Vven1_6=60*(abs(varP6) /20)^0,5*sg_varP6*0,5"caudal de ventilación a través de la rejilla de ventilación situada en la superficie 6"} mext1_6k=Vext1_6*X1_6k {mven1_6k=Vven1_6*(X1_6k)} X1_6k=720 {Vimp1_6=135 mimp1_6k=Vimp1_6*(X1_6k)} "Superficie 7: Presenta cerramiento opaco" Vext1_7=(q50_7*(W1*L1) *(abs(varP7) /50)^0,67*sg_varP7*0,5) "caudal a través de los defectos de la superficie 7 expuesta por infiltraciones" n50_7=(0,629*((Co_7*Ao_7) +(Ch_7*Ah_7)))/V1 "Edificio nuevo con permeabilidad mejorada" Co_7=12 Ao_7=(W1*L1) "Edificio situado en Bilbao, le corresponde clase C" Ch_7=9 Ah_7=0 V50_7=n50_7*V1 q50_7=V50_7/(W1*L1) varP7=(C_p7*0,5*1,2*v^2)-p_r1 "Incremento de presiones en la superficie 7 expuesta" sg_varP7=abs(varP7) /(varP7) "Signo del incremento de presiones en la superficie 7 expuesta" C_p7= 0,8 "coeficiente de presion del viento en la superficie 7 expuesta" "Evaluamos la conservación de la masa para el contaminante k en la superfice 7" mext1_7k=Vext1_7*X1_7k X1_7k=720 Vven1_7=-60*(abs(varP7) /20) ^0,5*sg_varP7*0,5"caudal de ventilación a través de la rejilla de ventilación situada en la superficie 7" Anexo G: Código EES modelo Unizonal- Concentración Co2. Ocupación 98 mven1_7k=Vven1_7*X1_k "Superficie 5: Presenta cerramiento opaco" Vext1_5=(q50_5*(H1*L1) *(abs(varP5) /50) ^0,67*sg_varP5*0,5) "caudal a través de los defectos de la superficie 5 expuesta por infiltraciones" n50_5=(0,629*((Co_5*Ao_5) +(Ch_5*Ah_5)))/V1 "Edificio nuevo con permeabilidad mejorada" Co_5=12 Ao_5=(H1*L1) "Edificio situado en Bilbao, le corresponde clase C" Ch_5=9 Ah_5=0 V50_5=n50_5*V1 q50_5=V50_5/(H1*L1) varP5=(C_p5*0,5*1,2*v^2)-p_r1 "Incremento de presiones en la superficie 5 expuesta" sg_varP5=abs(varP5) /(varP5) "Signo del incremento de presiones en la superficie 5 expuesta" C_p5= 0,8 "coeficiente de presion del viento en la superficie 5 expuesta" "Evaluamos la conservación de la masa para el contaminante k en la superfice 5 teniendo en cuenta que todo el contaminante contenido en el aire se emite" mext1_5k=Vext1_5*X1_5k X1_5k=720 "Se ha considerado 400ppm de CO2 en el aire exterior y se pasa a mg/m3 de CO2" "Superficie 1: Presenta cerramiento opaco" Vext1_1=(q50_1*(H1*L1) *(abs(varP1) /50)^0,67*sg_varP1*0,5) "caudal a través de los defectos de la superficie 1 no expuesta por infiltraciones" n50_1=(0,629*((Co_1*Ao_1) +(Ch_1*Ah_1)))/V1 "Edificio nuevo con permeabilidad mejorada" Co_1=12 Ao_1=(H1*L1) "Edificio situado en Bilbao, le corresponde clase C" Ch_1=9 Ah_1=0 V50_1=n50_1*V1 q50_1=V50_1/(H1*L1) varP1=(C_p1*0,5*1,2*v^2)-p_r1 "Incremento de presiones en la superficie 1 no expuesta" sg_varP1=abs(varP1) /(varP1) "Signo del incremento de presiones en la superficie 1 no expuesta" C_p1= -0,5 "coeficiente de presion del viento en la superficie 1 no expuesta" "Evaluamos la conservación de la masa para el contaminante k en la superfice 1 teniendo en cuenta que todo el contaminante contenido en el aire se emite" mext1_1k=Vext1_1*X1_1k X1_1k=720 "Superficie 9: Presenta cerramiento opaco" Vext1_9=(q50_9*(W1*L1) *(abs(varP9) /50)^0,67*sg_varP9*0,5) "caudal a través de los defectos de la superficie 9 expuesta por infiltraciones" n50_9=(0,629*((Co_9*Ao_9) +(Ch_9*Ah_9)))/V1 "Edificio nuevo con permeabilidad mejorada" Co_9=12 Ao_9=(L1*W1) "Edificio situado en Bilbao, le corresponde clase C" Ch_9=9 Ah_9=0 V50_9=n50_9*V1 q50_9=V50_9/(L1*W1) varP9=0 "Impermeabilidad del suelo" sg_varP9=0 "Signo del incremento de presiones en la superficie 9 no expuesta" C_p9 = -0,5 "coeficiente de presion del viento en la superficie 9 no expuesta" "Evaluamos la conservación de la masa para el contaminante k en la superfice 9" mext1_9k=0 Anexo G: Código EES modelo Unizonal- Concentración Co2. Ocupación 99 "Superficie 11: Presenta cerramiento opaco" Vext_11=(q50_11*(H1*W1) *(abs(varP11) /50) ^0,67*sg_varP11*0,5) "caudal a través de los defectos de la superficie 11 expuesta por infiltraciones" n50_11=(0,629*((Co_11*Ao_11) +(Ch_11*Ah_11)))/V1 "Edificio nuevo con permeabilidad mejorada" Co_11=12 Ao_11=(H1*W1) "Edificio situado en Bilbao, le corresponde clase C" Ch_11=9 Ah_11=0 V50_11=n50_11*V1 q50_11=V50_11/(H1*W1) varP11=(C_p11*0,5*1,2*v^2)-p_r1 "Incremento de presiones en la superficie 11 no expuesta" sg_varP11=abs(varP11) /(varP11) "Signo del incremento de presiones en la superficie 1 no expuesta" C_p11= -0,5 "coeficiente de presion del viento en la superficie 1 no expuesta" "Evaluamos la conservación de la masa para el contaminante k en la superfice 11" mext1_11k=Vext_11*(X1_11k) X1_11k=720 rho_1=Density (Air_ha;T=T_1;P=P_1) P_1=101325+p_r1 v=10 mCo2_per=9,07*3600*nper qm_persona=12,5*3,6 Xco2_per=(mCo2_per) /qm_persona nper=2 Xacuini1_k=0 macut_1k=V1*(((X1_k-Xacuini1_k)) /1) "Ecuación de balance volumen 1.1" (Vext1_6) +(Vext1_7) +(Vext1_5) +(Vext1_1) +(Vext1_9) +Vext_11+Vven1_7=0 "Introducimos las ecuaciones de balance para la conservación de la masa para el contaminante k" macut_1k=mext1_1k+mext1_9k+mext1_11k+mext1_6k+mext1_7k+mext1_5k+mven1_7k Anexo I: Código EES modelo Multizonal- Concentración Co2. Extracción Forzada 106 C_p10 = -0,5 "coeficiente de presion del viento en la superficie 10 no expuesta" mext2_10k=0 "Superficie 3: Presenta cerramiento opaco y rejilla de ventilación" Vext2_3=(q50_3*(W2*H2)*(abs(varP3)/50)^0,67*sg_varP3*0,5) "caudal a través de los defectos de la superficie 3 expuesta por infiltraciones" n50_3=(0,629*((Co_3*Ao_3)+(Ch_3*Ah_3)))/V2 "Edificio nuevo con permeabilidad mejorada" Co_3=12 Ao_3=(H2*W2) "Edificio situado en Bilbao, le corresponde clase C" Ch_3=9 Ah_3=0 V50_3=n50_3*V2 q50_3=V50_3/(H2*W2) varP3=(C_p3*0,5*1,2*v^2)-p_r2 "Incremento de presiones en la superficie 3 no expuesta" sg_varP3=abs(varP3)/(varP3) "Signo del incremento de presiones en la superficie 3 no expuesta" C_p3 = -0,5 "coeficiente de presion del viento en la superficie 3 no expuesta" mext2_3k=Vext2_3*X2_3k X2_3k=720 "Superficie 11: Pared interna con permeabilidad al aire y abertura grande" Vext_11=-(q50_11*Apint*(abs(varP11)/50)^0,67*sg_varP11*0,5) "caudal a través de los defectos de la superficie 11 expuesta por infiltraciones" Apint=Ao_11 VarP11=(p_r1-p_r2) "Incremento de presiones en la pared interna" sg_VarP11=abs(VarP11)/(VarP11) "signo del incremento de presiones en la pared interna" n50_11=(0,629*((Co_11*Ao_11)+(Ch_11*Ah_11)))/V11 V11=W1*H1*0,3 "Edificio nuevo con permeabilidad mejorada" Co_11=12 Ao_11=(W1*0,5) "Edificio situado en Bilbao, le corresponde clase C" Ch_11=9 Ah_11=0 V50_11=n50_11*V11 q50_11=V50_11/(H1*W1) mext_11k=Vext_11*X1_k {X1_1k=720} "(Vab_11)^2=((2*VabP11)/rho_1)*(Sab_11)^2 VabP11=(p_r1-p_r2)-((rho_1-rho_2)*9,81*z)" zsup=1,75 zinf=0,25 rho_1=Density(Air_ha;T=T_1;P=P_1) rho_2=Density(Air_ha;T=T_2;P=P_2) P_1=101325+p_r1 P_2=101325+p_r2 v=5 "Calculo de Z neutra" (P_2o-P_1o)=-((rho_1-rho_2)*9,81*z_neutra) "P_1o=5,9528 P_2o=5,9749" P_1o=(P_1)-(rho_1*9,81*zinf) P_2o=(P_2)-(rho_2*9,81*zinf) Ap_neutra=(P_1o-P_2o)-((rho_1-rho_2)*9,81*z_neutra) "Si zneutra > 0,25 y <1,75. Se utiliza para velocidad por debajo de 0,87 m/s" Anexo I: Código EES modelo Multizonal- Concentración Co2. Extracción Forzada 107 "Ecuación de balance volumen 1.1" {Vab_11=(0,5*Vsup*(hijSup/hijtotal)*SigVarPsup) Vsup=(sqrt((2*(abs(VarPsup)))/rho_1))*Sij hijSup=(zsup-(z_neutra)) hijtotal=(zsup-zinf) Sij=W1*(zsup-zinf) VarPsup=((P_1o-P_2o)-((rho_1-rho_2)*9,81*zsup)) SigVarPsup=(abs(VarPsup))/VarPsup Vba_11=-(0,5*Vinf*(hijInf/hijtotal)*SigVarPinf) Vinf=(sqrt((2*(abs(VarPinf)))/rho_2))*Sij VarPinf=((P_1o-P_2o)-((rho_1-rho_2)*9,81*zinf)) hijInf=(z_neutra-zinf) SigVarPinf=(abs(VarPinf))/VarPinf (Vext1_6)+(Vext1_7)+(Vext1_5)+(Vext1_1)+(Vext1_9)+(Vext_11)+(Vab_11)+(Vba_11)=0 "Ecuación de balance volumen 1.2" (Vext2_8)+(Vext2_4)+(Vext2_2)+(Vext2_3)+(Vext2_10)=(Vba_11)+(Vab_11)+(Vext_11)} "Si zneutra < 0,25 " Vba_11=0 Vab_11=-(0,5*(Vinf+Vsup)*1) Vinf=(sqrt((2*(abs(VarPinf)))/rho_1))*Sij VarPinf=((P_1o-P_2o)) Vsup=(sqrt((2*(abs(VarPsup)))/rho_1))*Sij VarPsup=((P_1o-P_2o)-((rho_1-rho_2)*9,81*zsup)) Sij=W1*(zsup-zinf) mab_11k=Vab_11*X1_k {X2_3k=720} mba_11k=0 "Ecuación de balance volumen 1.1" (Vext1_6)+(Vext1_7)+(Vext1_5)+(Vext1_1)+(Vext1_9)+(Vab_11)+Vext_11+(Vba_11)=0 "Ecuación de balance volumen 1.2" (Vext2_8)+(Vext2_4)+(Vext2_2)+(Vext2_3)+(Vext2_10)+(Vven2_8)=(Vba_11)+(Vext_11)+(Vab_11) "Introducimos las ecuaciones de balance para la conservación de masa para el contaminante k" mCo2_per1=9,07*3600*nper1 qm_persona1=12,5*3,6 Xco2_per1=(mCo2_per1)/qm_persona1 nper1=1 mCo2_per2=9,07*3600*nper2 qm_persona2=12,5*3,6 Xco2_per2=(mCo2_per2)/qm_persona2 nper2=1 Xacuini1_k=Xco2_per1 macut_1k=V1*(((X1_k-Xacuini1_k))/1) Xacuini2_k=Xco2_per2 macut_2k=V2*(((X2_k-Xacuini2_k))/1) "Ecuación de balance volumen 1.1" macut_1k=mCo2_per1+mext1_6k+mext1_7k+mext1_5k+mext1_1k+mext1_9k+mext_11k+mba_11k+ma b_11k "Ecuación de balance volumen 1.2" Anexo I: Código EES modelo Multizonal- Concentración Co2. Extracción Forzada 108 macut_2k=mCo2_per2+mext2_8k+mext2_4k+mext2_2k+mext2_3k+mext2_10k+mven2_8k+mba_11k+m ab_11k+mext_11k "Si zneutra > 1,75" {Vab_11=0 Vba_11=-(0,5*(Vinf+Vsup)*1) Vinf=(sqrt((2*(abs(VarPinf)))/rho_1))*Sij VarPinf=(P_1o-P_2o) Vsup=(sqrt((2*(abs(VarPsup)))/rho_1))*Sij VarPsup=((P_1o-P_2o)-((rho_1-rho_2)*9,81*zsup)) Sij=W1*(zsup-zinf) "Ecuación de balance volumen 1.1" (Vext1_6)+(Vext1_7)+(Vext1_5)+(Vext1_1)+(Vext1_9)+(Vab_11)+Vext_11+(Vba_11)+(Vven1_6)=0 "Ecuación de balance volumen 1.2" (Vext2_8)+(Vext2_4)+(Vext2_2)+(Vext2_3)+(Vext2_10)=(Vba_11)+(Vab_11)+(Vext_11)}