¿Qué es la ventilación natural?
Contexto general
La ventilación natural de los edificios es un método que utiliza las fuerzas naturales del viento y la flotabilidad (la diferencia de densidad entre el aire frío y el caliente) para introducir aire fresco y distribuirlo eficazmente, a fin de garantizar un ambiente interior sano, fresco y confortable para los ocupantes. Proporcionaaire respirable adecuado, ventilación de contaminantes, acondicionamiento térmico y disipación de la humedad, al tiempo que favorece el bienestar.
Para que la ventilación natural sea eficaz, es esencial establecer una estrecha relación entre la arquitectura del edificio y el sistema de circulación del aire. Esto incluye tener en cuenta la forma del edificio, el entorno del emplazamiento en un lugar concreto, así como la distribución interior.
La ventilación natural ofrece una serie de ventajas, ya que aprovecha fuerzas naturales como el viento, la temperatura exterior y la luz solar para ventilar y enfriar los espacios ocupados. También ayuda a reducir la huella medioambiental de los edificios, fomentando un uso más eficiente de los recursos y reduciendo las necesidades energéticas.
Sin embargo, la llegada de la ventilación mecánica controlada ha ido relegando a la ventilación natural a un segundo plano. Sin duda, los sistemas mecánicos ofrecen ventajas en cuanto a la gestión precisa de los flujos de aire y el control de las condiciones interiores, pero también requieren un consumo eléctrico importante y no siempre son adecuados para todo tipo de edificios y climas.
Ante estos retos, es importante replantearse el papel de la ventilación natural en los nuevos proyectos arquitectónicos. Aprovechando los conocimientos tradicionales y la experiencia de los arquitectos del pasado, así como los avances tecnológicos actuales, es posible desarrollar soluciones innovadoras y sostenibles que aprovechen al máximo las ventajas de la ventilación natural. Este planteamiento permite conciliar el confort, la calidad del aire y el respeto al medio ambiente, proporcionando al mismo tiempo espacios de vida y de trabajo agradables y saludables para los ocupantes.
Nuestros proyectos de climatización :
Los distintos tipos de ventilación natural
Ventilación de ventanas
Los dos sistemas presentados en esta sección (ventilación simple y ventilación pasante) se basan en el principio de convección natural, por el que el aire fresco entra para sustituir al aire caliente, creando un movimiento continuo de aire a través del edificio.
Ventilación de exposición única
La ventilación de exposición única es un sistema de ventilación que aprovecha una sola fachada o exposición del edificio para favorecer el movimiento del aire. Este sistema se basa en la diferencia de temperatura y presión entre el interior y el exterior del edificio para crear un flujo natural de aire. Normalmente, este método consiste en la instalación de ventanas, aberturas o paneles en la fachada expuesta a los vientos dominantes, que permiten que elaire fresco entre en el interior por la parte inferior de la ventana, mientras queel aire viciado se evacua por la parte superior de la ventana (efecto de flotación).
Por eso, para este tipo de ventilación, se recomiendan aberturas verticales que garanticen una diferencia de calidad del aire entre la parte superior y la inferior. Además, los espacios demasiado grandes no son compatibles con este tipo de ventilación: de hecho, se suele recomendar una profundidad de sala inferior o igual a 2 veces la altura del techo para sentir los efectos de la ventilación monoexposición (según AREC Ile de France).
El mayor inconveniente de este tipo de ventilación es que depende mucho de la temperatura exterior. Como consecuencia, su eficacia se reduce durante los periodos de tiempo cálido y tranquilo, cuando las diferencias de temperatura y presión entre el interior y el exterior del edificio son mínimas. En estas condiciones, puede ser necesario utilizar sistemas de ventilación mecánica para garantizar una renovación adecuada del aire del interior del edificio: por tanto, la ventilación ya no es natural en esta fase.
La ventilación natural monoexpuesta se utiliza a menudo en edificios residenciales y comerciales donde no es posible tener aberturas en varias fachadas por limitaciones de diseño o espacio. Sin embargo, este tipo de ventilación natural suele ser muy poco eficaz.
Ventilación pasante
La ventilación pasante es un sistema de ventilación que utiliza las diferencias de presión naturales entre dos aberturas opuestas de un edificio para permitir que el aire fresco pase del exterior al interior y el aire viciado salga del interior al exterior.
La ventilación pasante suele favorecerse en climas donde los vientos dominantes son regulares y fuertes, ya que permite renovar eficazmente el aire interior al tiempo que evacua el exceso de calor, humedad y contaminantes. También se utiliza para maximizar los beneficios de las brisas naturales, aprovechando las diferencias de temperatura y presión entre el interior y el exterior del edificio.
Los edificios diseñados para la ventilación pasante suelen estar orientados para captar los vientos dominantes y tienen aberturas estratégicamente situadas en las fachadas opuestas para permitir el paso del aire. Este método de ventilación puede ser eficaz para mantener un ambiente interior confortable y, al mismo tiempo, reducir la dependencia de los sistemas de ventilación mecánica, lo que puede suponer un importante ahorro de energía. Sin embargo, su eficacia puede variar según las condiciones meteorológicas y las características específicas del edificio.
Ventajas e inconvenientes
Las ventajas de estos dos tipos de ventilación son las siguientes:
- Reducción de la dependencia de los sistemas mecánicos
- Renovación eficaz del aire (para la ventilación pasante)
- Mejorar la calidad del aire y el confort térmico
Sin embargo, también hay desventajas:
- Control limitado: es difícil controlar el flujo de aire en el edificio, lo que puede provocar fluctuaciones de aire. Además, la ventilación puede depender de la información de los ocupantes del edificio si implica abrir ventanas. Si estas ventanas no se abren nunca, no hay ventilación natural.
- Infiltración de contaminantes externos: si el edificio está situado en una zona contaminada, por ejemplo junto a una carretera muy transitada, existe el riesgo de que el sistema de ventilación contamine a los ocupantes del edificio. Además, si tomamos el ejemplo del edificio situado al borde de una carretera muy transitada, el problema del ruido de los coches no es compatible con la ventilación natural mediante la apertura de ventanas.
- Por último, estos dos tipos de ventilación dependen mucho de las condiciones meteorológicas. Si no hay viento, no habrá ventilación.
Atrio
La ventilación de atrio es un aspecto específico de la ventilación natural de los edificios. Los atrios son espacios interiores abiertos, que a menudo abarcan varias plantas y sirven como pozos de luz y zonas de reunión. La ventilación del atrio se basa en los principios de la ventilación natural para garantizar una circulación de aire adecuada.
La ventilación del atrio se basa en el fenómeno del tiro térmico. Elaire caliente asciende de forma natural hacia la parte superior del atrio debido a la diferencia de densidad con el aire más frío de la parte inferior. El aire caliente se evacua a través de las aberturas o ventanas situadas en alto, creando una corriente de aire que atrae aire fresco del exterior a través de las aberturas situadas más abajo. Esta circulación de aire creauna ventilación natural en el atrio, renovando el aire y mejorando la calidad del aire interior.
La ventilación del atrio ofrece una serie de ventajas:
- Mejora de la calidad del aire: la ventilación natural de los atrios renueva el aire interior eliminando los contaminantes e introduciendo aire fresco del exterior. Esto ayuda a mantener un ambiente interior sano y confortable.
- Iluminación natural: Los atrios están diseñados para dejar pasar la luz natural, reduciendo la dependencia de la iluminación artificial y creando un ambiente agradable para los ocupantes.
- Estética y convivencia: los atrios ofrecen un espacio abierto y acogedor, creando una sensación de conexión con el mundo exterior y fomentando los intercambios entre los ocupantes.
Sin embargo, la ventilación de atrio puede tener varios inconvenientes:
- Dependencia de las condiciones meteorológicas: Como ocurre con toda ventilación natural, la eficacia de la ventilación de atrio depende de las condiciones meteorológicas, sobre todo de la fuerza del viento. Los atrios pueden ser menos eficaces en climas con vientos débiles o poco constantes.
- Control de la temperatura: Los atrios pueden provocar fluctuaciones de temperatura en el interior del edificio, debido al aporte de aire caliente en verano o a la pérdida de calor en invierno. Es necesario un diseño cuidadoso, con sistemas de control adecuados, para mantener un confort térmico óptimo.
- Estas estructuras pueden plantear un problema para la extracción de humos porque, en caso de incendio, el humo puede propagarse rápidamente.
Por tanto, ventilar los atrios ofrece importantes ventajas en términos de calidad del aire, iluminación natural y facilidad de uso. A pesar de algunas limitaciones, sigue siendo una solución eficaz para proporcionar ventilación natural a los edificios y crear espacios interiores agradables y saludables. El diseño y la regulación adecuados son esenciales para optimizar el rendimiento y adaptarse a las condiciones climáticas específicas.
Ventilación natural por chimenea
La ventilación natural a través de chimeneas es un método antiguo pero potencialmente eficaz de promover la circulación del aire en el interior de los edificios. Las chimeneas son conductos verticales que permiten que elaire caliente salga de forma natural del edificio, creando un efecto de succión que permitela entrada de aire fresco por las aberturas inferiores. Este fenómeno se conoce como tiro térmico. La ventilación natural mediante chimeneas funciona según el principio de las diferencias de temperatura y densidad del aire. Cuando el aire del interior del edificio se calienta, se vuelve menos denso que el aire frío del exterior. Cuandoel aire fresco entra en el edificio por una aberturabaja, empuja el aire caliente por el conducto de la chimenea hasta la salida, una abertura más alta.
Elaire caliente y viciado se expulsa de forma natural por las chimeneas, mientras que elaire fresco entra por las aberturas inferiores. Este proceso de ventilación natural renueva el aire y elimina los contaminantes, ayudando a mantener un ambiente interior sano y confortable para los ocupantes.
Las chimeneas pueden diseñarse de distintas formas en función de las necesidades específicas del edificio y de las condiciones ambientales. Pueden integrarse en las paredes exteriores o ser elementos independientes del edificio. También pueden adaptarse a diferentes formas y tamaños para maximizar la eficacia de la ventilación.
La ventilación natural a través de chimeneas es un método antiguo pero potencialmente eficaz de promover la circulación del aire en el interior de los edificios. Las chimeneas son conductos verticales que permiten que elaire caliente salga de forma natural del edificio, creando un efecto de succión que permitela entrada de aire fresco por las aberturas inferiores. Este fenómeno se conoce como tiro térmico. La ventilación natural mediante chimeneas funciona según el principio de las diferencias de temperatura y densidad del aire. Cuando el aire del interior del edificio se calienta, se vuelve menos denso que el aire frío del exterior. Cuandoel aire fresco entra en el edificio por una aberturabaja, empuja el aire caliente por el conducto de la chimenea hasta la salida, una abertura más alta.
A menudo, además de la ventilación natural, la instalación de los conductos también debe ser compatible con las cuestiones de incendios yacústica.
También debemos mencionar las desventajas de la ventilación de chimeneas:
- Depende de las condiciones meteorológicas: puede no ser muy eficaz cuando las diferencias de temperatura son mínimas.
- La ventilación de la chimenea puede provocar pérdidas de calor, lo que a veces no es deseable en determinadas épocas del año.
Torre de ventilación natural
Las torres de ventilación natural son un ingenioso método de ventilación que se inspira en las tradiciones arquitectónicas de Oriente Medio (por ejemplo, el badguir de Irán). Estas estructuras, a menudo en forma de torres o chimeneas montadas en el tejado, aprovechan hábilmente las corrientes de aire en altura, donde la velocidad del viento es mayor. Al captar este aire fresco y canalizarlo hacia el interior de los edificios, las torres de ventilación natural crean un movimiento de aire que favorece una circulación natural y eficaz.
Las torres de ventilación natural funcionan según el principio del diferencial de presión creado por el viento. Al actuar como colectores de aire fresco, estas estructuras inducen un flujo de aire a través del edificio, permitiendo la ventilación natural sin necesidad de sistemas mecánicos de aire acondicionado. El lado de barlovento de la torre capta el aire fresco del viento y lo difunde por todo el edificio. El aire caliente es empujado por el aire frío y escapa por el lado opuesto al viento. Los sistemas actuales son menos imponentes que los badguirs iraníes, y se conocen como torretas de ventilación natural.
Este planteamiento tiene una serie de ventajas, como una menor dependencia energética de los dispositivos de refrigeración artificial, lo que supone un ahorro de energía yuna reducción de la huella de carbono. Además, las torres de ventilación natural favorecen un ambiente interior más saludable al garantizar una renovación constante del aire, lo que puede contribuir a mejorar el confort de los ocupantes y reducir los riesgos asociados a la calidad del aire interior. Estas torres eólicas tampoco dependen de la dirección del viento, pueden captar el viento sea cual sea su dirección y evacuarlo siempre por la abertura opuesta.
Sin embargo, a pesar de sus muchas ventajas, las torres de ventilación natural también tienen algunos inconvenientes potenciales. Su eficacia depende en gran medida de las condiciones meteorológicas, sobre todo de la velocidad y dirección del viento. En consecuencia, en zonas con vientos escasos o irregulares, estos sistemas pueden no funcionar de forma óptima. Además, es esencial tener en cuenta las variaciones de presión y las condiciones locales al diseñar e instalar torres de ventilación natural para garantizar su eficacia y fiabilidad a largo plazo.
Ventilación natural asistida y controlada (VCNC)
Entre las distintas opciones disponibles que acabamos de mencionar, la ventilación natural asistida y controlada (VCNC) se perfila como una solución interesante, que combina las ventajas de la ventilación natural y la mecánica.
La VNAC pretende optimizar la ventilación combinando la ventilación natural y la ventilación mecánica controlada. Se basa en el uso de sensores inteligentes que miden las condiciones climáticas exteriores (velocidad del viento, temperatura, presión atmosférica, luz solar), así como las condiciones interiores (temperatura, niveles de CO2, presencia de personas). Estos sensores pueden utilizarse para adaptar la ventilación en función de estas distintas variables.
Cuando las condiciones son favorables, como viento suficiente o ventanas abiertas, el VNAC detiene la ventilación mecánica para aprovechar la ventilación natural disponible. Por otra parte, cuando el aire interior se vuelve viciado o las condiciones ya no son propicias para una ventilación natural eficaz, el VNAC activa la ventilación mecánica para renovar el aire.
Las ventajas del VNAC son :
- Ahorro de energía: VNAC ahorra energía utilizando la ventilación natural cuando las condiciones son óptimas. Esto reduce el consumo de electricidad asociado a la ventilación mecánica.
- Calidad del aire interior: Gracias a la combinación de los dos tipos de ventilación, VNAC garantiza larenovación regular del aire interior, eliminando los contaminantes y los olores indeseables.
- Confort térmico: Los sensores inteligentes del VNAC regulan la temperatura interior en función de las condiciones exteriores. De este modo, favorece un confort térmico óptimo.
También hay desventajas:
- Mayor coste inicial: La instalación de un sistema VNAC puede ser más compleja y requerir los servicios de un profesional, lo que supone costes adicionales en comparación con la ventilación natural convencional.
- Dependencia de los sensores: Como el VNAC depende de sensores inteligentes, cualquier fallo o mal funcionamiento de éstos puede afectar al rendimiento de la ventilación.
- Consumo de energía variable: Aunque el VNAC puede ahorrar energía ajustando la ventilación según las condiciones, su funcionamiento puede provocar un aumento del consumo de energía cuando es necesario compensar una ventilación insuficiente.
En Saint-Nazaire, Loira Atlántico, se ha creado un ejemplo concreto de VNAC. Este sistema de ventilación se basa en el concepto de ventilación autorregulada de flujo único, pero con extracción independiente para cada vivienda. Elaire viciado se extrae mediante torretas montadas en el tejado, que utilizan tanto el tiro térmico como la energía eólica para optimizar el flujo de aire.
Las entradas de aire fresco están situadas en las salas principales, y están diseñadas para mantener un caudal constante incluso con pequeñas diferencias de presión. Elaire viciado se extrae de las estancias húmedas, como cocinas, baños y aseos, y se expulsa al exterior mediante conductos individuales que conducen al tejado. Una característica notable de este sistema es la presencia de grandes chimeneas en el tejado. Estas chimeneas reúnen las salidas de los conductos de extracción individuales y también sirven de base para las torretas de ventilacióndiseñadas específicamentepara aprovechar las condiciones ventosas de Saint Nazaire. Las torretas pivotantes tienenaberturas para una entrada de aire adicional. Esto crea un exceso de presión y mejora el flujo de aire.
Además de ayudar a extraer el aire viciado, estas torretas también funcionan como chimeneas solares. Están equipados con marcos acristalados queelevan temporalmente la temperatura a la salida de los conductos de extracción, mejorando así el tiro. Se ha instalado un sistema completo de regulación en cada vivienda para ajustar los índices de ventilación según las necesidades y las condiciones climáticas. Esto permite reducir los caudales de aire cuando es necesario, garantizando una ventilación óptima y optimizando al mismo tiempo el consumo de energía. Este ejemplo concreto de VNAC en Saint Nazaire demuestra la eficacia de este sistema de ventilación, que utiliza torretas de ventilación y regulación inteligente para optimizar el flujo de aire. También ilustra cómo el VNAC puede adaptarse a las condiciones locales, aprovechando las condiciones ventosas para mejorar la ventilación natural. Con esta solución, Saint Nazaire apuesta por un enfoque sostenible de la ventilación, proporcionando a sus residentes un ambiente interior saludable y energéticamente eficiente.
Dimensionamiento y estudios CFD
Los retos de los estudios CFD
En esta sección, detallamos cómo Eolios se compromete a proporcionar conocimientos especializados en el dimensionamiento y diseño CFD (Dinámica de Fluidos Computacional) de conductos y chimeneas para ventilación natural. Nuestros servicios están diseñados para satisfacer con precisión las necesidades de nuestros clientes, utilizando herramientas avanzadas de modelización numérica para optimizar el rendimiento y la eficacia de los sistemas de ventilación. Ya sea para el diseño inicial, el análisis del rendimiento o la optimización de sistemas existentes, nuestro equipo de expertos está preparado para ayudarte en cada paso del camino, garantizando resultados fiables adaptados a cada proyecto.
Estudio de los distintos tipos de chimenea
Aquí tienes un ejemplo de los estudios CFD que se han realizado para determinar qué tipo de chimenea es más eficaz para la ventilación natural. Tras dimensionar los conductos de la chimenea, teniendo en cuenta el caudal de aire a evacuar y los volúmenes del edificio, se probaron distintos tipos de salida de aire. Además, antes de realizar cualquier simulación, se lleva a cabo un estudio climático del lugar del proyecto para estimar las fuentes de viento más frecuentes y su intensidad. Es importante realizar este estudio antes de cualquier simulación para obtener resultados lo más próximos posible a la realidad.
Como se muestra en la figura anterior, las distintas salidas de la chimenea se modelan en 3D para las pruebas CFD. El objetivo es determinar la forma más adecuada para un proyecto dado comparando los caudales extraídos por las pilas en distintas configuraciones. Las superficies de los colectores y el tamaño de los conductos son equivalentes en cada estudio para comparar sólo la eficiencia del tiro natural.
Según las necesidades del proyecto y las condiciones climáticas, unas chimeneas son más adecuadas que otras. Por tanto, una de las funciones deEolios es estimar qué salida de aire será la más adecuada para un proyecto de ventilación natural en un edificio, y dimensionar los conductos para satisfacer las necesidades del proyecto.
Estudio CFD de la ventilación natural mediante conductos individuales
En este estudio de ventilación natural, Eolios diseñó conductos individuales para ventilar eficazmente cada planta. La figura siguiente muestra las velocidades del aire en el edificio estudiado, y en particular en los conductos, para dos tipos de chimenea: una fija y otra móvil.
En este estudio, el aire exterior entra en el edificio a través de aberturas en la fachada, como muestra la figura siguiente, que muestra las corrientes de aire de ventilación pasante en el edificio.
Finalmente, la última figura muestra las líneas de flujo de las partículas de aire que contribuyen a la ventilación natural del edificio a través de las chimeneas.
Síntesis
La ventilación natural ofrece soluciones eficaces y sostenibles para garantizar una circulación adecuada del aire en el interior de los edificios. Cada uno de estos sistemas tiene sus propias ventajas e inconvenientes, pero todos contribuyen a crear un ambiente interior sano y confortable para los ocupantes. Mejora la calidad del aire interior sin perder eficiencia energética, por lo que es respetuoso con el medio ambiente.
La ventilación natural forma parte de un enfoque sostenible de la construcción, ya que utiliza los recursos naturales disponibles para garantizar el bienestar de los ocupantes, y prácticamente no requiere mantenimiento. Reduce la dependencia de las tecnologías eléctricas y contribuye a reducir la huella de carbono de los edificios. Sin embargo, es importante tener en cuenta que la ventilación natural también tiene desventajas potenciales, sobre todo su dependencia de las condiciones climáticas. La ventilación natural está muy influida por las condiciones meteorológicas, como la fuerza del viento. En consecuencia, su eficacia puede variar según el clima y la geografía del lugar.
Por eso Eolios puede aportar su experiencia en la materia ayudando a dimensionar y, más en general, a instalar la ventilación natural. De hecho, la simulación CFD es una solución sencilla de aplicar en las fases de diseño y permite elegir el sistema más eficiente.
