23
Mayo
2019

Ventilación + recursos adicionales

En ocasiones las estrategias de ventilación cruzada y vertical, descritas previamente, no son suficientes para lograr adecuadas tasas de ventilación, por ejemplo cuando no hay vientos suficientemente fuertes y constantes. Además, es frecuente que el aire exterior presente condiciones poco favorables en lo que respecta a su temperatura, su humedad relativa e incluso su pureza. Se requiere entonces de estrategias adicionales para que la ventilación pueda ser aprovechada realmente como un medio de enfriamiento pasivo. En esta sección analizaremos tres recursos adicionales ligados a la ventilación natural: el enfriamiento evaporativo, la masa térmica interna y la radiación solar.


Ventilación + enfriamiento evaporativo

El enfriamiento evaporativo puede ser un excelente recurso para mejorar las condiciones del aire que ingresa a los edificios por medio de los sistemas de ventilación natural. Dicha mejoría se refiere principalmente a la disminución de su temperatura, pero como veremos más adelante, en determinadas circunstancias ofrece beneficios adicionales como la eliminación de impurezas y la humidificación ambiental.

Como su nombre lo indica, el enfriamiento evaporativo se produce cuando un líquido, en este caso el agua, pasa del estado líquido al gaseoso. Dado que se trata de un fenómeno que exige una determinada cantidad de energía calorífica, y que dicha energía sólo puede ser tomada del entorno inmediato, provoca que el aire circundante ceda parte de su calor y disminuya su temperatura. La energía absorbida por el vapor de agua permanecerá en un estado conocido como calor latente hasta que vuelva a condensarse.

La cantidad generada de “energía de enfriamiento” dependerá de las tasas de evaporación, las cuales a su vez dependen, entre otras cosas, del nivel de humedad ambiental. Mientras más seco es el aire, más eficientes son los procesos de evaporación, ya que puede admitir una mayor cantidad de vapor de agua con facilidad. Esa es la razón por la cual el enfriamiento evaporativo es más efectivo en los climas secos que en los húmedos. En estos últimos los procesos evaporativos se dificultan, aunque es importante considerar que la ventilación puede seguir siendo un factor importante en la sensación de confort de las personas. No es de extrañar entonces que el uso intencional de esta estrategia se dé preferentemente en las zonas cálido-áridas.

Nota: Cuando es eficiente, el enfriamiento evaporativo puede reducir la temperatura del aire a valores cercanos a la temperatura de bulbo húmedo. Visto de otra manera, cuando la temperatura de bulbo húmedo es muy inferior a la temperatura de bulbo seco en el sitio, significa que el enfriamiento evaporativo tiene buen potencial.

Ahora bien, existen distintas formas de propiciar el enfriamiento evaporativo para mejorar las condiciones de confort en los edificios. Entre las principales se encuentran las que describiremos a continuación.

Patios húmedos

Una de las formas más antiguas y sencillas (y bellas, además) de propiciar el enfriamiento evaporativo, es la creación de patios “húmedos”. En esencia se trata de espacios abiertos que ocupan una posición más o menos central en los edificios (aunque también pueden ser patios frontales, laterales o posteriores) y que contienen vegetación abundante. En ocasiones también albergan elementos con agua, como fuentes, estanques o acequias.

Patios Vegetacion Agua

Figura 1. Patios con vegetación y agua en la arquitectura tradicional.

Cuando el aire pasa por las superficies de los cuerpos de agua, o atraviesa zonas con rocío generadas por éstos, se genera el proceso de evaporación que provoca la disminución de su temperatura. Algo similar sucede con la vegetación, ya que a través de sus hojas la mayoría de las plantas liberan humedad hacia el ambiente en forma constante. Algunos estudios indican que, de esa forma, un árbol con una copa de unos 14 metros puede generar el equivalente a 600 Watts de energía de enfriamiento.

En el caso de la vegetación, debemos considerar al menos otros dos factores que amplifican el potencial de los procesos de enfriamiento:

  • La superficie de las hojas de las plantas suele tener una emisividad baja. Debido a ello son capaces de absorber una buena cantidad de radiación solar sin reemitir mucha radiación de onda larga. En términos generales esto reduce la temperatura radiante media del espacio, y por lo tanto contribuye a disminuir la transmisión de energía calorífica hacia el aire.
  • Cuando la vegetación es suficientemente profusa proporciona una buena cantidad de sombra al suelo debajo de ella e incluso a algunos cerramientos verticales. Esto reduce la temperatura superficial de los elementos construidos y se suma al efecto señalado en el punto anterior.

La ubicación de los patios húmedos debe ser estudiada cuidadosamente para que el aire que ingresa a los espacios interiores pase previamente por ellos. De lo contrario su efecto de enfriamiento en el interior del edificio se verá reducido drásticamente.

Enfriamiento evaporativo en torres captadoras

Las torres captadoras, diseñadas expresamente para atrapar y conducir las brisas de aire presentes en el sitio, pueden ser mucho más eficientes cuando se combinan con mecanismos de enfriamiento evaporativo. En algunas culturas del Medio Oriente esto se logra mediante vasijas de barro llenas de agua, colocadas justo en la trayectoria de los flujos de aire que descienden por las torres (y antes de que éste ingrese a los espacios habitables). Al evaporarse el agua en las superficies porosas de las vasijas se producen el efecto de enfriamiento descrito anteriormente. En ocasiones sólo de esa manera es posible reducir la temperatura del cálido aire exterior, y con ello aprovecharlo como recurso de enfriamiento pasivo.

Una alternativa a las vasijas de barro son las colchonetas de paja humedecida, si bien esta solución implica algún sistema para mantener el flujo de humedad. Por otro lado, es posible pensar en torres de enfriamiento modernas que empleen aspersores o pulverizadores de agua (ver punto siguiente) para lograr el efecto deseado.

Nota: Estos sistemas constituyen los antecedentes históricos de los modernos sistemas mecánicos de enfriamiento evaporativo. Dichos sistemas, si bien implican el uso de energía para el funcionamiento de las bombas de agua y los ventiladores, resultan mucho más eficientes que los sistemas de refrigeración tradicionales. Debido a ello suelen considerarse como sistemas semi-pasivos, aunque también es necesario tomar en cuenta el consumo de agua.

Dispositivos aspersores

Otro mecanismo que ha sido empleado para generar y aprovechar el enfriamiento evaporativo es la pulverización de agua justo en la trayectoria de los flujos de aire. Para ello se utilizan sistemas especiales (algunos de ellos derivados de las tecnologías de riego) como los micro aspersores y los nebulizadores. En esencia se trata de aparatos que pulverizan el agua y la emiten en forma de partículas muy pequeñas.

Mientras mayor sea el efecto de pulverización (más pequeñas las partículas de agua) mayor será potencial de enfriamiento evaporativo y menor el consumo de agua. Sin embargo, es importante tomar en cuenta que los sistemas más efectivos pueden requerir elevadas presiones en el suministro de agua, lo cual los puede hacer inviables para la mayoría de los proyectos domésticos.

Como en el caso de los patios húmedos, los dispositivos aspersores deben ubicarse en zonas que sean atravesadas por los flujos de aire antes de que estos ingresen a los espacios habitables. De otra manera el enfriamiento tendría efecto solamente en dicha zona (lo cual desde luego puede ser una estrategia en sí, por ejemplo cuando solo se desea acondicionar espacios exteriores).


Ventilación + masa térmica

La ventilación natural puede emplearse en conjunto con cerramientos de elevada masa térmica para mejorar su efecto de enfriamiento. Esta estrategia es especialmente efectiva en lugares con importantes oscilaciones diarias de temperatura, es decir, donde se tienen temperaturas muy elevadas durante el día (por lo regular cercanas o superiores a los 40°C) y relativamente bajas durante la noche, pero no tanto como para generar problemas serios de disconfort (20-25°C). En términos generales podemos afirmar que la ventilación + masa térmica es una estrategia de enfriamiento efectiva en climas cálidos en los que se tienen oscilaciones térmicas diarias de alrededor de 15°C.

En cierta forma, la estrategia de ventilación nocturna + masa térmica involucra el traslado del efecto de enfriamiento desde los horarios en que esté es más fácil de conseguir hacia los horarios en los que es más necesario. Para comprender como funciona analicemos los mecanismos que se ponen en juego:

Durante la noche la ventilación natural es permitida y potenciada, en la medida de lo posible, en el interior del edificio. Los flujos de aire fresco provenientes del exterior contribuyen a enfriar los cerramientos de elevada masa térmica, de tal manera que éstos descargan su energía calórica y disminuyen su temperatura. La efectividad de este proceso dependerá de factores como los siguientes:

  • Flujos de aire provenientes del exterior intensos y constantes.
  • Cerramientos con elevada masa térmica suficientemente expuestos. Cuando éstos son cubiertos con objetos, alfombras o amueblado excesivo, el efecto se ve disminuido.
  • Configuración espacial abierta, de tal manera que los flujos de aire incidan sobre la mayor cantidad posible de superficies.

Al día siguiente, ya descargados de buena parte de su energía calórica, los cerramientos con elevada masa térmica pueden funcionar como una especie de “esponja térmica”, es decir, son capaces de absorber una parte significativa del calor que se genera en el interior del edificio. En resumen este proceso genera un efecto de enfriamiento diurno, al contribuir a mantener unas temperaturas interiores relativamente bajas durante los periodos en los que las temperaturas exteriores son elevadas.

Las gráficas de la Figura 2 muestran las temperaturas en el espacio principal de una vivienda, durante una semana relativamente cálida, considerando el uso intensivo de la ventilación natural ante dos escenarios: uso de cerramientos con masa térmica muy baja (gráfica de la izquierda) y con masa térmica muy elevada (expuesta al espacio interior).

Ventilacion Natural Masa Termica Comparacion Temperaturas

Figura 2. Comparación de temperaturas en una vivienda con ventilación natural, con masa térmica muy baja (izquierda) y muy elevada (derecha).

Se observa claramente que los cerramientos con elevada masa térmica permiten reducir en gran medida las oscilaciones térmicas, debido a los procesos explicados previamente. De esa manera, las temperaturas internas se mantienen dentro de rangos de confort adecuados durante toda la semana, mientras que en el caso de la vivienda con masa térmica muy baja se tienen picos de temperatura en torno a los 20 ºC y los 28 ºC.

Nota: En este estudio se consideran las condiciones climáticas de Tarragona, que es una ciudad con veranos relativamente suaves pero en la cual se puede tener fácilmente sobrecalentamiento.

Cabe señalar que en algunas zonas climáticas esta estrategia no solo es bastante efectiva, sino que es prácticamente la única viable, además del enfriamiento evaporativo, para aprovechar la ventilación natural como recurso de enfriamiento pasivo. Es el caso de las zonas desérticas en las cuales durante el día se alcanzan temperaturas cercanas a los 50°C. Con esas temperaturas resultaría contraproducente permitir la ventilación natural, por lo que las aberturas suelen cerrarse durante el día o al menos durante las horas de más calor. Así, si se emplea correctamente, la estrategia de ventilación nocturna + masa térmica permite aprovechar el potencial de enfriamiento de la ventilación natural aún durante los periodos más calurosos.


Ventilación + radiación solar (chimeneas solares)

Parecería un contrasentido, pero la radiación solar, el recurso de calefacción pasiva por excelencia, puede ser empleada para hacer más eficiente el uso de la ventilación natural como medio de enfriamiento. Es la estrategia implementada en dispositivos conocidos como chimeneas solares.

Las chimeneas solares son fundamentalmente una variación de las torres de extracción. Sin embargo, se diferencian en que las chimeneas solares emplean la radiación solar para hacer más eficiente su funcionamiento, o bien para reducir la altura necesaria de las torres. La estrategia consiste en hacer que la parte superior de la torre tenga la capacidad de absorber importantes cantidades de radiación solar. Entre las variaciones básicas para conseguir esto se encuentra el uso de superficies vidriadas y/o láminas delgadas pintadas de color negro. Estas superficies, al absorber la radiación solar y transmitir la energía calórica al interior de la chimenea, calientan aún más el aire que asciende por ella, reforzando sus movimientos convectivos por diferencia de presiones. El resultado final puede ser una extracción más eficiente del aire.

En estos sistemas resulta crucial garantizar que los flujos de aire no se inviertan, es decir que el aire calentado en la parte superior no fluya hacia los espacios habitables. En otras palabras, las chimeneas siempre deben funcionar en verano como torres extractoras, nunca como torres captadoras. Para ello se debe poner especial cuidado en el diseño de la salida de aire, de tal manera que incluso vientos fuertes no puedan provocar este fenómeno. Para mayor seguridad, se puede disponer de medios de control manuales o automáticos.

Por otro lado, como en el caso de las torres de extracción, las chimeneas solares pueden habilitarse aprovechando espacios como los huecos de escaleras. Para ello es recomendable que dichos espacios cumplan con las siguientes características:

  • Que la disposición de descansos y peldaños permitieran, tanto como sea posible, los flujos verticales de aire.
  • Que en la parte superior cuenten con una extensión lo suficientemente grande para reforzar el carácter de torre.
  • Que la zona de captación solar no afecte a las personas que hacen uso del espacio.

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Última actualización Viernes, 24 Mayo 2019 Categories: Ventilación natural, Estrategias de diseño

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