Estudio CFD del confort frente al viento de los espacios exteriores y de circulación de un colegio en Île-de-France, en el marco de un proyecto de renovación.
En el marco de un proyecto de renovación, EOLIOS analizó el impacto del viento sobre el confort peatonal en un colegio en Île-de-France. El objetivo: asegurarse de que las modificaciones introducidas durante las renovaciones no alteren el confort de los usuarios, en todas las estaciones.
Se seleccionaron dos configuraciones tras el estudio de las condiciones meteorológicas, correspondientes a las dos orientaciones de viento más frecuentes del año. La simulación CFD permitió evaluar la distribución de las velocidades alrededor de los edificios para esas dos direcciones.
El análisis se centró en la identificación de las zonas de sobrevelocidad vinculadas a la disposición de los edificios, y en los efectos de los materiales empleados en la construcción.
Lo esencial. Estudio CFD del confort frente al viento de un colegio en Île-de-France, en el marco de una renovación: dos direcciones de viento (suroeste dominante, noreste secundario, de 3,3 a 5,5 m/s) y tres materiales modelizados (hormigón, celosías, mallas metálicas) mediante su índice de paso de aire. Resultado: patios globalmente confortables, pero un efecto Venturi en algunos pasillos y balcones, corregido reconfigurando los cerramientos calados, sin alterar la arquitectura.
El colegio está constituido por dos partes distintas, unidas por una galería en espiral que da acceso a todos los edificios. Abierta al viento exterior a la vez que protege de la lluvia, conecta edificios que albergan aulas, espacios de descanso y zonas de restauración, en dos plantas, algunas de ellas con corredores abiertos.
La caracterización de los materiales y de las estructuras es esencial: la rugosidad, la porosidad y la permeabilidad influyen directamente en las pérdidas de carga y en la interacción del fluido con las superficies. Se modelizaron tres materiales: el hormigón (opaco al aire), las celosías de los balcones y unas mallas metálicas en algunos pasillos, estos dos últimos mediante un índice de paso de aire específico.
Tener en cuenta con precisión estas características es primordial, ya que influyen en la distribución de las velocidades del aire y en el nivel de confort percibido por los usuarios.
Cerramiento calado (aquí en los balcones) que deja pasar una parte del aire según un índice de porosidad dado. Filtra el viento, pero al reducir la sección de paso también puede acelerarlo localmente, de ahí el interés de modelarla con detalle en CFD.
Cuando el viento choca contra un edificio, aparecen tres zonas de perturbación: un vórtice turbulento en la parte delantera (flujo descendente), una zona de turbulencia en cavidad de baja presión en la parte trasera, y una estela de fuerte turbulencia. Estos fenómenos influyen en el confort por el aumento local de las velocidades y su imprevisibilidad.
La arquitectura del colegio, con múltiples edificios unidos por pasillos y galerías abiertas, crea condiciones propicias para el efecto Venturi: canalizado en un paso estrecho, el viento se acelera localmente. Las simulaciones CFD identifican con precisión estas zonas de aceleración para tenerlas en cuenta en los acondicionamientos.
Cuando un pasillo o un paso estrecho reduce la sección ofrecida al viento, el aire se acelera para conservar su caudal. En un colegio con múltiples circulaciones abiertas, este fenómeno crea corrientes de aire más intensas, localizadas pero molestas.
Los datos anemométricos de una estación reconocida ponen de manifiesto un viento del suroeste dominante en todas las estaciones, y un viento del noreste secundario (sobre todo en primavera y verano), con velocidades comprendidas entre 3,3 y 5,5 m/s. Por tanto, se estudiaron dos casos distintos.
El nivel de velocidad y la turbulencia son determinantes para el confort: las fuerzas inducidas por el viento pueden dificultar el avance del peatón, y los efectos convectivos modificar los intercambios térmicos (sensaciones de frío). La escala de Beaufort aporta una caracterización cualitativa útil, que hay que ponderar según la actividad y la estación.
La atención se centró en los pasillos, corredores y balcones, y patios. A escala del emplazamiento, tanto en la planta baja como en la primera planta, la configuración del colegio atenúa globalmente las velocidades del aire, creando condiciones favorables al confort.
Los pasillos orientados paralelamente al viento crean zonas de sobrevelocidad por efecto Venturi. Del mismo modo, los cerramientos de celosía de los balcones reducen la sección de paso y aceleran el flujo, generando una incomodidad local, al tiempo que reducen ligeramente las velocidades en el extremo del balcón.
El patio grande presenta un buen confort global. Se observan dos fenómenos: el paso del aire de los pasillos a través de la galería, y la desviación hacia el suelo del viento bloqueado por el edificio central, cuya interacción crea una zona de incomodidad moderada. En el patio pequeño, unas recirculaciones acentúan la incomodidad en invierno pero aportan un frescor bienvenido en verano.
Bucle de aire cerrado (remolino) que se forma cuando el flujo se desprende de un obstáculo y regresa sobre sí mismo. En el patio atrapa el aire: molesto en invierno, procura un frescor apreciado en verano.
El análisis identificó zonas de incomodidad localizadas, principalmente en los pasillos del noreste, vinculadas a la orientación de las circulaciones respecto al viento dominante. Los patios y la mayor parte de la galería ofrecen un confort satisfactorio.
EOLIOS propuso varias vías sin alterar la calidad arquitectónica: reposicionar o reconfigurar las celosías más expuestas, optimizar la permeabilidad de los cerramientos calados (índice de vacío), y estudiar la incorporación de elementos cortavientos en los pasos sensibles.
Para recordar. la incomodidad es muy localizada (pasillos del noreste, algunos balcones) mientras que patios y galería siguen siendo confortables. Las correcciones propuestas actúan sobre la porosidad de los cerramientos calados, sin tocar la calidad arquitectónica del emplazamiento.
Las simulaciones CFD identificaron con precisión las zonas de incomodidad vinculadas a la configuración del emplazamiento (aceleraciones locales en algunos pasos estrechos y galerías abiertas), mientras que los espacios exteriores principales presentan condiciones favorables. Las estructuras caladas y los materiales porosos influyen notablemente en la distribución de los flujos.
Se propusieron mejoras para reducir el efecto Venturi y las sobrevelocidades. El estudio confirma la pertinencia de la modelización CFD para evaluar el confort peatonal y la importancia de integrar la aeráulica desde el diseño arquitectónico, para una mejor integración climática de la edificación.
Confort frente al viento, celosías y efecto Venturi en las circulaciones de un colegio.
Una renovación modifica las circulaciones y la exposición al viento. La simulación verifica que los cambios no introduzcan corrientes de aire molestas en los pasillos, corredores y patios, en todas las estaciones. Consulta nuestro dosier criterio y cartografía del confort peatonal.
Estos cerramientos calados filtran el aire según un índice de porosidad. Reducen ligeramente las velocidades en el extremo del balcón, pero al estrechar el paso también pueden acelerar el flujo, de ahí el interés de modelarlos con detalle.
Un pasillo orientado paralelamente al viento actúa como un conducto: la sección se reduce, el aire se acelera y crea una zona de sobrevelocidad. Son estos sectores, sobre todo al noreste, los que el estudio busca mejorar para el confort.
No sistemáticamente: en el patio pequeño, los remolinos acentúan la incomodidad en invierno pero aportan un frescor bienvenido en verano. Se trata de dosificar, no de suprimirlo todo.
Anticipar los efectos del viento evita correcciones costosas y preserva la coherencia arquitectónica del emplazamiento.
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Estudio CFD del confort aeráulico de un colegio: flujos de aire, zonas de sobrevelocidad y confort de los espacios exteriores.
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