Estudio CFD de la Galería Paleontológica – MNHN
Estudio CFD de la Galería Paleontológica - MNHN
Año
2025
Cliente
Museo de Historia Natural de París
Ubicación
París
Tipología
HVAC
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La misión llevada a cabo por EOLIOS ingénierie: experiencia en simulación CFD y confort aeráulico en edificios patrimoniales
Los ingenieros de EOLIOS son expertos en confort termoaerotérmico en grandes edificios patrimoniales.
La experiencia deEOLIOS en simulación CFD(Dinámica de Fluidos Computacional) y optimización de ambientes interiores desempeñó un papel clave en el análisis y la mejora del confort de la climatización de la Galería de Paleontología del Museo Nacional de Historia Natural. Nuestra experiencia nos permitió caracterizar con precisión el comportamiento termo-aerodinámico de este excepcional edificio patrimonial y proponer soluciones concretas de optimización, conciliando el confort de los ocupantes, la conservación de las colecciones y el cumplimiento de las limitaciones arquitectónicas.
EOLIOS es una empresa líder en simulación CFD aplicada a edificios patrimoniales y grandes instalaciones culturales. Nuestros estudios se basan en los resultados de campañas de medición en condiciones reales y en una experiencia reconocida en la modelización de volúmenes complejos con grandes desafíos térmicos.
Galería paleontológica del MNHN: los retos del confort térmico en un edificio patrimonial
Grandes volúmenes, fachadas catalogadas, visitantes y colecciones: por qué el confort de la climatización es un reto de ingeniería en sí mismo
Los edificios culturales y patrimoniales presentan un reto especial en cuanto a confort del aire. La Galería de Paleontología del Museo Nacional de Historia Natural es un ejemplo perfecto, con sus techos altos, volúmenes abiertos en varios niveles y grandes superficies acristaladas.
Estas características generan fenómenos que se amplifican en comparación con los edificios estándar, en particular una marcada estratificación térmica en la que el aire caliente se acumula en altura, creando diferencias verticales de varios grados. Además, existen fuertes limitaciones patrimoniales, ya que las fachadas catalogadas limitan el número de intervenciones que pueden realizarse en la envolvente del edificio, así como una ocupación doble y variable entre el público fluctuante y el personal permanente, que tiene necesidades diferentes.
Por último, a la necesidad de conservar las colecciones se añade la necesidad de confort humano, que requiere condiciones ambientales estables. Estas particularidades hacen del confort aeráulico en este tipo de edificios un complejo problema de ingeniería en el que los enfoques empíricos muestran rápidamente sus límites.
CFD en museos: visualizar y controlar los flujos de aire allí donde los métodos convencionales llegan a sus límites
Dada esta complejidad, la CFD(Dinámica Computacional de Fluidos) parece ser la herramienta más adecuada por una serie de razones complementarias. A diferencia de los métodos simplificados que calculan caudales globales sin representar la realidad física local, la CFD ofrece una visión tridimensional completa que permite visualizar con precisión la trayectoria de las venas de aire, las zonas de recirculación y los gradientes de temperatura, identificando así los puntos críticos de incomodidad que los enfoques globales no consiguen abordar.
También permite probar virtualmente múltiples escenarios -comparación existente/planificada, modificación de la geometría, variación de los parámetros de regulación- sin coste material ni interrupción del funcionamiento, evitando costosos errores de diseño que haya que corregir a posteriori. El CFD también integra de forma nativa los acoplamientos térmicos entre radiación solar, conducción y convección, que son esenciales para evaluar el confort térmico real que experimentan los ocupantes.
Por último, las visualizaciones en color que produce son una herramienta eficaz para la comunicación entre las partes implicadas en el proyecto, facilitando la comprensión compartida de los problemas y la justificación técnica de las opciones. En el contexto de esta fase DCE, es por tanto un requisito previo esencial para cualquier trabajo sobre el sistema de ventilación.
La simulación CFD no se limita a analizar los flujos de aire existentes: es, ante todo, una herramienta para optimizar el confort. Al modelizar con precisión las condiciones experimentadas por los ocupantes -velocidad del aire, temperatura ambiente, estratificación térmica – puedeidentificar las zonas de incomodidad y probar soluciones correctoras antes de emprender ninguna obra. En zonas públicas como la Galería Paleontológica, donde conviven visitantes ocasionales y personal permanente, esta capacidad de anticipar y perfeccionar las condiciones ambientales es una baza decisiva para orientar las opciones de diseño hacia soluciones eficientes y sostenibles.
Comprender, analizar y optimizar: los tres pilares del estudio termo-aerodinámico CFD en el MNHN
El estudio CFD realizado por EOLIOS sobre la Galería Paleontológica tiene tres objetivos complementarios.
El primero pretende comprender los fenómenos termoaerodinámicos adquiriendo un conocimiento detallado del comportamiento del aire tanto en la configuración existente como en la proyectada tras las obras: caracterizar los campos de velocidad y las distribuciones de temperatura, identificar los mecanismos de transferencia dominantes según las zonas y poner de relieve las interacciones entre los distintos niveles del edificio.
El segundo objetivo es analizar la eficacia del sistema de ventilación evaluando su rendimiento técnico: comprobando el equilibrio entre los caudales de aire de impulsión y de retorno y la ausencia de cortocircuitos, cuantificando los índices reales de renovación de aire en comparación con los valores teóricos, detectando posibles fallos de funcionamiento y comparando laeficiencia energética de las distintas configuraciones simuladas.
El tercer objetivo esidentificar los riesgos de incomodidad con el fin de proporcionar elementos concretos para el bienestar de los ocupantes: cartografiar las zonas críticas en las que las velocidades superan los 0,4 m/s o las temperaturas se sitúan fuera de la franja de 18-25°C, evaluar el confort térmico global, formular recomendaciones técnicas específicas y priorizar las acciones según el impacto esperado y la viabilidad.
Estos tres temas estructuran todo el trabajo presentado en este resumen y reflejan el deseo de proporcionar al propietario del proyecto una visión clara, fundamentada y operativa de los problemas de flujo de aire de la Galería.
El método EOLIOS: del campo a la simulación, un enfoque basado en la realidad
Mediciones in situ y pruebas con humo: la auditoría de campo como base esencial
Se realizó una auditoría en profundidad directamente en la Galería Paleontológica para caracterizar los fenómenos termoaerodinámicos en condiciones reales de funcionamiento. Se realizaron campañas de medición en todos los niveles para cuantificar las velocidades, temperaturas y caudales de aire en los terminales del sistema de ventilación, proporcionando un estado inicial fiable y representativo del funcionamiento de la instalación. También se realizaron visualizaciones cualitativas de las trayectorias del flujo de aire para identificar zonas de recirculación, corrientes parásitas y disfunciones en los sistemas de difusión existentes.
Además de recoger datos, esta auditoría in situ es una etapa clave para comprender el comportamiento real del edificio en su entorno patrimonial, a menudo complejo y limitado. Permite comparar los diagramas teóricos y los planos de climatización existentes con la realidad sobre el terreno, y tener en cuenta los efectos de las prácticas operativas, las limitaciones arquitectónicas, las condiciones meteorológicas y el uso real de los espacios, todo lo cual rara vez se documenta por completo en los expedientes técnicos. Este conocimiento detallado del lugar es esencial para evitar supuestos simplificadores de modelización muy alejados del funcionamiento real.
Las observaciones sobre el terreno resultantes de la auditoría constituyeron una base esencial para alimentar, calibrar y validar el modelo digital CFD. Garantizan la coherencia entre la simulación y el comportamiento real del sistema, reforzando la fiabilidad de los resultados y la pertinencia de las soluciones propuestas. La auditoría es, por tanto, un requisito previo esencial para cualquier planteamiento de análisis y optimización sostenible de los problemas de confort del aire en este edificio excepcional.
50 millones de elementos fluidos: un modelo CFD 3D de alta fidelidad de la Galería Paleontológica
La modelización CFD 3D desarrollada por EOLIOS se basa en un fundamento geométrico riguroso, elaborado a partir de los planos de construcción existentes y completado con las lecturas y observaciones realizadas durante laauditoría in situ. Esta etapa es crucial: la calidad y la representatividad del modelo afectan directamente a la pertinencia de los resultados obtenidos.
A partir de los datos recogidos, EOLIOS desarrolló un modelo detallado que integraba la geometría completa de la Galería Paleontológica en todos sus niveles -desde el Nivel Jardín hasta el tejado-, así como todos los equipos que influyen en la aeráulica del recinto: unidades de tratamiento de aire y su red de distribución, rejillas de impulsión y retorno de aire, fuentes de calor internas y solares, así como todos los elementos arquitectónicos que guían los flujos, como las ventanas de exposición, los tabiques y las balaustradas de los pasillos.
El nivel de detalle geométrico se elige cuidadosamente para representar fielmente los elementos que influyen significativamente en los campos de velocidad y temperatura, racionalizando al mismo tiempo los detalles secundarios. Con una malla de unos 50 millones de elementos de fluido, este equilibrio entre precisión y simplificación garantiza la robustez numérica de las simulaciones y unos resultados que pueden utilizarse directamente para elanálisis y la ayuda a la toma de decisiones.
Calibración digital: cuando la simulación se encuentra con la realidad del edificio
En la práctica, el enfoque CFD forma parte de un proceso iterativo estructurado en varias etapas sucesivas: construcción del modelo geométrico, definición de las condiciones de contorno y de las propiedades termofísicas, resolución numérica y, a continuación,análisis detallado de los campos de flujo y temperatura. Este ciclo se completa con una fase de calibración basada en mediciones sobre el terreno, antes de iniciar iteraciones dedicadas al estudio de configuraciones de mejora.
La fase de calibración es una etapa clave en el enfoque CFD: garantiza la coherencia entre los resultados de la simulación y el comportamiento real del sistema. Concretamente, consiste en ajustar las condiciones de contorno y las hipótesis de modelización -flujos de aire de impulsión y retorno, temperaturas superficiales de paredes y ventanas, condiciones meteorológicas, ganancia solar, fuentes internas de calor relacionadas con la ocupación y los equipos- para obtener una correspondencia satisfactoria entre los valores calculados y las mediciones realizadas in situ durante la auditoría.
Una vez calibrado y validado el modelo, con una convergencia de los cálculos atestiguada por un criterio residual inferior al 10-⁴, se convierte en una herramienta de predicción fiable para estudiar el impacto de diversas modificaciones -cambios en los caudales, la geometría de los difusores, la configuración del sistema de ventilación- y analizar la nueva dinámica del flujo y la distribución térmica en apoyo de la toma de decisiones técnicas.
Resultados CFD: cartografía de los flujos de aire y las temperaturas en condiciones de invierno y verano
Verano, invierno, ola de calor: simulación de escenarios críticos para anticipar el confort de los visitantes
La simulación digital CFD permite reproducir virtualmente el comportamiento del aire en el interior de la Galería de Paleontología en condiciones realistas, sin tener que esperar a las estaciones correspondientes ni realizar costosas y largas mediciones in situ. Definiendo condiciones de contorno representativas basadas en los datos meteorológicos de la estación más cercana -temperaturas exteriores, insolación, funcionamiento de los sistemas de ventilación- es posible explorar el comportamiento del edificio en situaciones tan variadas como las olas de calor estivales o el frío extremo invernal.
Se estudiaron dos escenarios críticos para definir el radio de acción real de la galería:
- El escenario invernal, correspondiente a las condiciones exteriores más frías, se utiliza para comprobar que el sistema de calefacción por ventilación es capaz de mantener un ambiente confortable para los visitantes y el personal, limitando al mismo tiempo el derroche de energía asociado a la estratificación excesiva del aire caliente en altura.
- El objetivo del escenario de verano, representativo de periodos de mucho calor, es evaluar la capacidad del sistema de refrigeración para combinar las elevadas ganancias solares que penetran por las cubiertas acristaladas y las ventanas, y garantizar unas condiciones soportables a pesar de la elevada carga térmica.
Este doble enfoque proporciona al cliente una imagen completa del rendimiento esperado de la instalación, destacando no sólo el comportamiento medio, sino también las situaciones potencialmente desfavorables que deben tratarse con prioridad.
Isosuperficies, dibujos seccionales, zonas de incomodidad: leer los resultados CFD para tomar mejores decisiones
Las simulaciones producen mapas tridimensionales de las variables físicas estudiadas -velocidad del aire, temperatura- que permiten localizar visualmente las zonas conformes y las que presentan riesgos de incomodidad. Estas representaciones, en forma deisosuperficies coloreadas o dibujos seccionales, son una herramienta de comunicación directa entre los ingenieros y los responsables de la toma de decisiones.
El análisis de los campos de velocidad revela un patrón de flujo heterogéneo en función de los niveles y zonas considerados. En general, se observan velocidades bajas en los grandes volúmenes de la galería, que favorecen la calma y una atmósfera estable, pero hay algunas zonas singulares donde laaceleración del aire crea el riesgo de corrientes de aire perceptibles.
En verano, aparece una dinámica particular: elaire frío inyectado a nivel del suelo tiende a extenderse en forma de lámina antes de subir por las paredes, creando corrientes ascendentes que a veces resultan molestas al pasar por las rejillas de impulsión. Este fenómeno, típico de los volúmenes climatizados con poca descarga de aire, contrasta con el comportamiento invernal, en el que el aire caliente asciende de forma natural y más uniforme.
En invierno, la estratificación térmica actúa a favor del confort: el aire caliente se acumula en la parte superior (bajo la bóveda y el tejado), mientras que la zona ocupada permanece en un ambiente templado. La configuración proyectada reduce esta diferencia vertical respecto a la situación existente, mejorandola eficiencia energética y launiformidad del confort.
La comparación de los dos escenarios arroja una valoración global positiva de la configuración: mientras que el funcionamiento en invierno parece satisfactorio, con unas condiciones de confort bien controladas en todos los niveles, el escenario de verano revela ciertas limitaciones relacionadas con lainercia térmica del edificio y el tamaño de sus superficies acristaladas. Estas observaciones, objetivamente puestas de manifiesto por la simulación, justifican las propuestas de optimización complementarias que se exponen en el apartado siguiente.
Áreas de optimización: boquillas direccionales, regulación por ocupación y redistribución de caudales
Las simulaciones nos permitieron identificar una serie de palancas concretas de optimización para mejorar el confort térmico-aéreo de la Galería Paleontológica.
La instalación deelementos intermedios de difusión garantiza una distribución más uniforme de los flujos de aire antes de que lleguen a los espacios ocupados, limitando las zonas de incomodidad ligadas a velocidades de aire excesivas.
Sustituir los equipos de difusión existentes por modelos de orientación ajustable proporciona flexibilidad estacional, permitiendo ajustar con precisión la distribución del aire a las condiciones exteriores.
Los techos altos y la comunicación entre los niveles de la galería llevaron a recomendar el barrido controlado de las partes superiores de los volúmenes. Este principio, que favorece la mezcla de las capas de aire sin perturbar la zona ocupada, resulta especialmente eficaz en el periodo intermedio, cuando la ventilación natural asistida puede bastar para mantener unas condiciones de confort satisfactorias.
Por último, al regular los índices de ventilación en función de la frecuentación real del museo, se puede optimizar la relación entre confort y consumo de energía, evitando tanto la ventilación insuficiente como la excesiva, que pueden provocar corrientes de aire no deseadas.
Sustituir los equipos de difusión existentes por modelos con orientación ajustable también ofrecería flexibilidad de uso según la estación.
Auditoría de campo y simulación digital: CFD como herramienta de toma de decisiones para la renovación sin reforma
Este estudio CFD realizado por EOLIOS en la Galería Paleontológica del MNHN utilizó la simulación digital para objetivar el comportamiento termoaerodinámico de un edificio patrimonial complejo. Combinando una auditoría de campo en profundidad con una modelización de alta fidelidad, el análisis puso de manifiesto la dinámica del flujo de aire y las distribuciones térmicas características de este edificio, tanto en condiciones invernales comoestivales.
Los resultados obtenidos proporcionan al propietario del proyecto elementos de reflexión al identificar áreas que requieren especial atención y sugerir posibles áreas de mejora, e ilustran la contribución de la simulación como herramienta de toma de decisiones: ofrece una visión anticipada del funcionamiento de la instalación prevista, ayudando a asegurar las elecciones de diseño y a clarificar las compensaciones entre rendimiento, activos e inversión.
La experiencia de EOLIOS ingénierie en la resolución de problemas térmico-aéreos en edificios patrimoniales
Recomendaciones adaptadas a cada proyecto
Aprovechando su experiencia en simulación numérica aplicada a grandes edificios patrimoniales, EOLIOS pudo proponer una serie de soluciones de optimización concretas y priorizadas para mejorar el confort termo-aerodinámico de la Galería de Paleontología del MNHN. Se identificaron palancas directamente accionables, como la instalación deelementos intermedios de difusión, la sustitución de los equipos existentes por modelos con orientación ajustable, o la regulación del caudal indexada al número real de visitantes. También se han estudiado medidas adicionales, como el barrido controlado de las partes superiores de los volúmenes, para periodos intermedios.
Las soluciones seleccionadas se simularon y evaluaron rigurosamente, lo que nos permitió cuantificar con precisión su impacto en el confort de los visitantes y el personal, así como en el consumo energético de las instalaciones. Este enfoque iterativo, que combina una auditoría sobre el terreno y una modelización de alta fidelidad, garantiza que las recomendaciones estén ancladas en la realidad del edificio y puedan utilizarse directamente en la fase de DCE.
Gracias a este estudio, EOLIOS pudo objetivar los retos aeráulicos de la Galería y aclarar las compensaciones entre rendimiento, patrimonio e inversión. Este enfoque contribuye a afianzar las opciones de diseño elegidas, al tiempo que proporciona al cliente una visión anticipada y fiable del funcionamiento de la instalación prevista, al servicio de un patrimonio excepcional abierto a todos.
Vídeo resumen del estudio
Resumen del estudio
El estudio realizado por EOLIOS ingénierie se centra en laoptimización térmica-aire de la Galería de Paleontología del Museo Nacional de Historia Natural, mediante simulaciones CFD(Dinámica de Fluidos Computacional). Este enfoque permite visualizar y analizar la distribución del aire y los campos de temperatura dentro de este excepcional edificio patrimonial, repartido en varios niveles, desde el nivel del jardín hasta la azotea. El vídeo sumerge al espectador en un modelo 3D de alta fidelidad de la galería, que muestra las isosuperficies de temperatura características de los distintos escenarios simulados -invierno y verano-, revelando la dinámica de la estratificación térmica y las zonas de incomodidad identificadas. EOLIOS combinó una auditoría de campo en profundidad, que incluía campañas de medición in situ y pruebas de humos, con una modelización digital calibrada que incluía casi 50 millones de elementos fluidos, lo que garantizaba una representación fiel de los fenómenos reales. Este enfoque permitió identificar varias palancas concretas de optimización -elementos intermedios de difusión, equipos con orientación ajustable, regulación por frecuentación- al servicio de la comodidad de los visitantes y el personal, respetando al mismo tiempo las limitaciones patrimoniales de este edificio protegido. Este estudio demuestra la contribución decisiva de la simulación CFD como herramienta de decisión para la renovación y optimización de grandes instalaciones del patrimonio cultural.
Vídeo resumen de la misión
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