¿Qué es la ventilación natural?

Contexto general

La ventilación natural en los edificios es un método que utiliza las fuerzas naturales del viento y de la flotabilidad (diferencia de densidad entre aire frío y aire caliente) para introducir aire fresco y distribuirlo eficazmente, con el fin de garantizar un ambiente interior sano, fresco y confortable.

Permite asegurar el aporte de aire respirable adecuado, la ventilación de los contaminantes, el acondicionamiento térmico y la disipación de la humedad, favoreciendo al mismo tiempo el bienestar. Para que sea eficaz, es esencial establecer una relación estrecha entre la arquitectura del edificio y el sistema de circulación del aire: forma del edificio, entorno del sitio, distribución interior.

La ventilación natural aprovecha fuerzas como el viento, la temperatura exterior y la luz del sol para ventilar y refrescar los espacios. Contribuye a reducir la huella medioambiental de los edificios, favoreciendo un uso eficaz de los recursos y disminuyendo las necesidades de energía.

Sin embargo, la llegada de la ventilación mecánica controlada la relegó progresivamente a un segundo plano: los sistemas mecánicos ofrecen una gestión precisa de los flujos, pero requieren un consumo de electricidad importante y no siempre se adaptan a todos los edificios y climas.

Ante estos retos, es importante repensar el lugar de la ventilación natural en los nuevos proyectos. Inspirándose en los saberes tradicionales y en los avances tecnológicos actuales, se pueden desarrollar soluciones innovadoras y sostenibles que concilian confort, calidad del aire y respeto del medio ambiente.

La ventilación por apertura de ventana

Los dos sistemas presentados aquí (monofachada y cruzada) se basan en el principio de la convección natural: el aire fresco entra para sustituir al aire caliente, creando un movimiento de aire continuo a través del edificio.

Ventilación monofachada

La ventilación monofachada aprovecha una sola fachada para favorecer el movimiento del aire. Se basa en la diferencia de temperatura y de presión entre interior y exterior: ventanas o paneles en la fachada expuesta a los vientos dominantes dejan que el aire fresco penetre por abajo mientras que el aire viciado se evacúa por arriba (efecto de flotabilidad).

Se recomiendan, por tanto, aberturas verticales para asegurar una diferencia de calidad del aire entre la parte baja y la alta. Los espacios demasiado grandes no son compatibles: se recomienda en general una profundidad de estancia ≤ 2 veces la altura de techo para notar los efectos (según AREC Île-de-France).

Su principal inconveniente es que depende fuertemente de las temperaturas exteriores: su eficacia se reduce durante los periodos cálidos y en calma, cuando las diferencias de temperatura y de presión son mínimas. Puede entonces ser necesario recurrir a una ventilación mecánica. A menudo utilizada en los edificios residenciales y comerciales donde no son posibles aberturas en varias fachadas, sigue siendo en general poco eficaz.

Ventilación cruzada

La ventilación cruzada utiliza las diferencias de presión entre dos aberturas opuestas para hacer entrar el aire fresco y evacuar el aire viciado. Se ve favorecida en los climas donde los vientos dominantes son regulares y fuertes, ya que permite una renovación eficaz evacuando al mismo tiempo calor, humedad y contaminantes.

Los edificios diseñados para la ventilación cruzada se orientan de manera que capturen los vientos dominantes, con aberturas posicionadas estratégicamente en fachadas opuestas. Este método puede ser eficaz para mantener un interior confortable reduciendo al mismo tiempo la dependencia de la ventilación mecánica — de ahí un ahorro de energía — pero su eficacia varía según las condiciones meteorológicas y las características del edificio.

Ventajas e inconvenientes

Ventilación por atrio y por chimenea

El atrio

Los atrios son espacios interiores abiertos, a menudo en varias plantas, que sirven de lucernario y de zonas de encuentro. Su ventilación se apoya en el fenómeno del tiro térmico: el aire caliente se eleva naturalmente hacia la parte alta del atrio debido a la diferencia de densidad, y se evacúa por las aberturas situadas en altura, creando una succión de aire que aspira el aire fresco por las aberturas inferiores.

Ventilación natural por chimenea

Método antiguo pero eficaz: las chimeneas son conductos verticales que permiten al aire caliente escapar naturalmente, creando una aspiración que provoca la entrada de aire fresco por las aberturas inferiores — es el tiro térmico. Cuando el aire interior se calienta, se vuelve menos denso que el aire exterior; el aire fresco que entra por una abertura baja expulsa el aire caliente por el conducto hasta una abertura más alta.

Las chimeneas pueden estar integradas en los muros exteriores o ser elementos independientes, adaptadas a distintas formas y tamaños para maximizar la eficacia. Su ejecución debe ser también compatible con las problemáticas de incendio y acústica.

Torre de ventilación natural y VNAC

La torre de ventilación natural

Las torres de ventilación natural se inspiran en las tradiciones arquitectónicas de Oriente Medio (los badgires en Irán). En forma de torres o de chimeneas montadas sobre el tejado, aprovechan las corrientes de aire en altura, donde la velocidad del viento es más elevada: al captar este aire fresco y canalizarlo hacia el interior, crean un movimiento de aire que favorece una circulación natural y eficaz.

El lado de la torre de cara al viento capta el aire fresco, propagado por el recinto del edificio; el aire caliente es expulsado y escapa por el lado opuesto al viento. Hoy en día, los dispositivos son menos imponentes que los badgires: se habla de torreta de ventilación natural.

Ventajas: reducción de la dependencia energética de los dispositivos de refrigeración (ahorro de energía, huella de carbono reducida), renovación constante del aire, y capacidad de captar el viento sea cual sea su dirección. En cambio, su eficacia depende fuertemente de la velocidad y de la dirección del viento: en las zonas con vientos débiles o irregulares, pueden no funcionar de manera óptima, y su diseño debe tener en cuenta las variaciones de presión y las condiciones locales.

Ventilación natural asistida y controlada (VNAC)

La VNAC concilia las ventajas de la ventilación natural y mecánica. Se basa en sensores inteligentes que miden las condiciones exteriores (viento, temperatura, presión, soleamiento) e interiores (temperatura, CO₂, presencia). Cuando las condiciones son favorables, pone en pausa la ventilación mecánica para aprovechar la ventilación natural; en caso contrario, activa la ventilación mecánica para asegurar la renovación del aire.

En Saint-Nazaire (Loira Atlántico), se implantó un ejemplo concreto de VNAC: una ventilación de simple flujo autorregulable, con una extracción independiente por vivienda. El aire viciado se extrae de las estancias húmedas (cocina, baño, aseo) y se evacúa por conductos individuales que desembocan en la cubierta, mediante grandes chimeneas que sirven de base a torretas de ventilación orientables que aprovechan el tiro térmico y la energía del viento. Estas torretas también hacen las veces de chimeneas solares (marcos acristalados que aumentan la temperatura en la salida para mejorar el tiro), y un sistema de regulación por vivienda ajusta los caudales según las necesidades y el clima.

Dimensionamiento y estudios CFD

Retos de los estudios CFD

EOLIOS aporta una pericia especializada en el dimensionamiento y el estudio mediante CFD de los conductos y chimeneas para la ventilación natural. Nuestros servicios — diseño inicial, análisis de rendimiento u optimización de sistemas existentes — utilizan herramientas avanzadas de modelización numérica para optimizar el rendimiento y la eficacia de los sistemas de ventilación.

Estudio de distintos tipos de chimeneas

He aquí un ejemplo de estudios CFD realizados para determinar qué tipo de chimenea es el más eficaz. Tras un dimensionamiento de los conductos (teniendo en cuenta el caudal de aire que hay que evacuar y los volúmenes del edificio), se probaron distintos tipos de salida de aire. Antes de cualquier simulación, se realiza un estudio climático del sitio para estimar los orígenes de vientos más frecuentes y su intensidad — esencial para obtener resultados conformes a la realidad.

Las distintas salidas de chimeneas se modelizan en 3D para ser probadas mediante CFD: el objetivo es determinar la forma más pertinente comparando los caudales extraídos según las configuraciones. Las superficies de captación y el tamaño de los conductos son equivalentes para cada estudio, con el fin de comparar únicamente el rendimiento de tiro natural.

En función de las necesidades del proyecto y de las condiciones climáticas, algunas chimeneas son más adecuadas que otras. El papel de EOLIOS es estimar qué salida de aire será la más adecuada, con un dimensionamiento de conductos que corresponda a las necesidades del proyecto.

Ventilación natural por conductos individuales

En este estudio, EOLIOS dimensionó conductos individuales para ventilar cada planta eficazmente. Las figuras siguientes presentan las velocidades de aire en el edificio y en los conductos, para dos tipos de chimeneas (fija clásica y móvil), así como la ventilación cruzada por las aberturas en fachada.

Síntesis

La ventilación natural ofrece soluciones eficaces y sostenibles para asegurar una circulación de aire adecuada. Cada sistema presenta sus propias ventajas e inconvenientes, pero todos contribuyen a crear un ambiente interior sano y confortable. Mejora la calidad del aire manteniéndose sobria energéticamente, por tanto respetuosa con el medio ambiente.

Se inscribe en un enfoque sostenible de la construcción, utilizando los recursos naturales disponibles y sin requerir casi ningún mantenimiento; reduce la dependencia de las tecnologías eléctricas y la huella de carbono de los edificios. Su principal inconveniente sigue siendo la dependencia de las condiciones climáticas (en particular la fuerza del viento), de ahí una eficacia variable según el clima y la geografía.

Por eso EOLIOS aporta su pericia al dimensionamiento y a la implantación de la ventilación natural: la simulación CFD, sencilla de aplicar desde el diseño, permite elegir el sistema más eficaz.