Informe de Revisión_Optivent

UNIVERSIDAD DEL B´IO-B´IO ˜ DE APOYO A LA INNOVACION ´ EN EDUCACION ´ CONVENIO DE DESEMPENO SUPERIOR PROYECTO OPTIVENT: Desarrollo de una herramienta de an´alisis de estrategias de ventilaci´on natural en edificaciones

´ DEL PROGRAMA OPTIVENT INFORME DE REVISION

Realizado por EMILY VARGAS SOTO

22 Octubre 2014

UNIVERSIDAD DEl B´IO-B´IO ˜ DE APOYO A LA INNOVACION ´ EN EDUCACION ´ CONVENIO DE DESEMPENO SUPERIOR PROYECTO OPTIVENT: Desarrollo de una herramienta de an´alisis de estrategias de ventilaci´on natural en edificaciones ´ DEL PROGRAMA OPTIVENT INFORME DE REVISION

GRUPO DE TRABAJO Dra. Maureen Trebilcock Kelly

:

Investigador responsable

Arq. Muriel D´ıaz Cisternas

:

Investigadora encargada

Ing. Rodrigo Figueroa San Mart´ın

:

Coinvestigador

Ing. Rodrigo Espinoza Maldonado

:

Coinvestigador

Ing. Reinaldo S´anchez Arriagada

:

Coinvestigador

Arq. Emily Vargas Soto

:

Coinvestigador - Alumna de Doctorado

Arq. Nelson Arias Jim´enez

:

Coinvestigador - Alumno de Doctorado

INFORME DE AVANCE 1

´ CHILE CONCEPCION, OCTUBRE 2014

´Indice general

1. Presentaci´ on

1

1.1. Introducci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Revisi´ on del Programa OPTIVENT por secciones

1

2

2.1. Secci´on 1: Informaci´on del Proyecto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2

2.1.1. Datos del edificio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2

2.1.2. Condiciones de dise˜ no . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2

2.1.3. Descripci´on de la zona a calcular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3

2.2. Secci´on 2: Datos de las ganancias t´ermicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3

2.2.1. Ganancias internas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3

2.2.2. Ganancias solares (directas y por conducci´on) . . . . . . . . . . . . .

5

2.2.3. Ganancias T´ermicas Totales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8

2.3. Secci´on 3: Resultados del c´alculo del efecto stack . . . . . . . . . . . . . . . .

8

2.3.1. Resultados del c´alculo del caudal de aire (m3/s) [Air Flow Rate] . . .

8

2.3.2. Cambios de aire por hora (ac/h) [Air Changes/Hour] . . . . . . . . .

10

2.3.3. Enfriamiento por efecto stack (kW) [Cooling by Stack Ventilation] . .

11

2.3.4. Velocidad del aire en aperturas (m/s) [Air Velocity at Openings] . . .

12

2.4. Secci´on 4: Datos de ventilaci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

13

i

2.4.1. C´alculo de viento - supuestos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

13

2.4.2. C´alculo del ´area de apertura requerida bajo condiciones de viento . .

14

3. Acr´ onimos utilizados para ecuaciones (por orden de aparici´ on)

ii

15

Cap´ıtulo 1 Presentaci´ on 1.1.

Introducci´ on OPTIVENT: An´alisis del Contenido del Programa

El presente trabajo tiene como objetivo revisar los contenidos del programa Optivent, desarrollado por Brian Ford y Asociados en Nottingham, Reino Unido. Lo anterior con el fin de definir los datos que el programa solicita al usuario, los resultados que genera y las f´ormulas que utiliza para desarrollar gr´aficas y crear el resumen final.

Para conseguir este objetivo, el trabajo consisti´o en revisar la plantilla Excel en que fue desarrollado el programa Optivent y las casillas correspondientes a los datos requeridos y los datos generados. Revisar las rutas con las que se ingresaron las f´ormulas y poder hacer un inventario de las que fueron utilizadas. Lo anterior, con el fin de compararlas con las f´ormulas utilizadas por ASHRAE u otras normativas y definir los datos con lo que se trabajar´a en el nuevo programa a desarrollar.

El resultado final es un informe que re´ une los formularios utilizados para desarrollar el OPTIVENT y una revisi´on por cada una de las partes de la plantilla. Esto facilita el entendimiento de la plataforma de trabajo y permite, posteriormente, continuar con la toma de decisiones de los sistemas de f´ormulas a utilizar para el c´alculo de ventilaci´on inicial.

OPTIVENT es una plantilla de Excel desarrollada para el c´alculo inicial de los caudales de ventilaci´on en un recinto espec´ıfico y facilitar el desarrollo de estrategias de ventilaci´on, como el efecto stack; para mejorar el desarrollo del dise˜ no arquitect´onico. El estudio de su estructura y formulaci´on permitir´a su mejora y la creaci´on de herramientas revisadas y adecuadas al mercado latinoamericano, siempre partiendo de los contenidos y fines iniciales del Optivent.

1

Cap´ıtulo 2 Revisi´ on del Programa OPTIVENT por secciones 2.1.

2.1.1.

Secci´ on 1: Informaci´ on del Proyecto Datos del edificio

En esta secci´on el programa solicita que el usuario ingrese los siguientes datos: 1. Nombre de la edificaci´on 2. Nombre del consultor o desarrollador del proyecto 3. Fecha en que se desarrolla la evaluaci´on en Optivent

2.1.2.

Condiciones de dise˜ no

Esta secci´on toma como condiciones de dise˜ no, u ´nicamente, la temperatura exterior y la temperatura interior promedio en relaci´on al recinto a evaluar. Los datos se solicitan en grados Celsius. Adem´as la plantilla realiza el c´alculo del diferencial de temperatura entre el interior y el exterior, con el fin de utilizarlo posteriormente en los resultados del efecto stack.

Para que el programa pueda calcular correctamente esa condici´on la temperatura interior deben ser mayor a la temperatura exterior, sino los datos obtenidos no son utilizables. Lo anterior debe tomarse en cuenta para el desarrollo de la nueva plantilla o programa. El Optivent actual no indica actualmente que se requiere esas condiciones de dise˜ no para que el efecto stack funcione como estrategia a utilizar.

2

2.1.3.

Descripci´ on de la zona a calcular

En esta parte se describen las condiciones del espacio a calcular. Todos los datos son entradas que se solicitan al usuario del Optivent. Para ingresar estos datos debe tenerse un conocimiento previo de las dimensiones del espacio y de las aperturas que se van est´an planteando para el ingreso y salida del aire (pensando en efecto stack), por tanto se debe contar con un dise˜ no previo del recinto o una tipolog´ıa espec´ıfica para comenzar el uso del programa. Se resumen los datos solicitados: ´ 1. Area de piso (m2). ´ 2. Area de techo (m2): posee una nota explicativa que indica que solo se toma en cuenta si las ganancias a trav´es de la cubierta (techo) opaco son considerables. Se indica que es relevante cuando se calculan recintos en niveles superiores y las cubiertas son ligeras.

3. Altura de cielo (m). ´ 4. Area estructural de la entrada (de aire) - (m2). ´ 5. Area estructural de la salida (de aire) - (m2).

6. Porcentaje de apertura libre en el ´area de entrada (de aire) ( %): posee nota explicativa que indica que es el porcentaje de apertura estructural que se encuentra libre para la entrada de flujo de aire.

7. Porcentaje de apertura libre en el a´rea de salida (de aire) ( %): posee nota explicativa que indica que es el porcentaje de apertura estructural que se encuentra libre para la salida de flujo de aire.

8. Altura del efecto stack: posee nota explicativa que aclara que es la distancia vertical entre el centro de la entrada (de aire) y el centro de la salida (de aire) propuesta.

9. Volumen (m3): el programa lo calcula multiplicando el a´rea de piso (punto 1), por el altura de cielo (punto 3).

2.2.

2.2.1.

Secci´ on 2: Datos de las ganancias t´ ermicas Ganancias internas

En esta secci´on el usuario debe ingresar algunos de los datos (lo cu´al requiere una investigaci´on previa) y los totales son calculados por la plantilla de acuerdo a los datos que van siendo colocados. A continuaci´on se enumeran los datos correspondientes a esta parte: 1. Equipo (w/m2): el usuario ingresa el promedio de watts por metro cuadrado dependiendo de bibliograf´ıa, normativa u otra investigaci´on previa.

3

2. Iluminaci´on (w/m2): el usuario ingresa el promedio de watts por metro cuadrado correspondientes a iluminaci´on dependiedo de la bibliograf´ıa, normativa u otra investigaci´on previa.

3. Ocupantes (unidad): se ingresan la cantidad de personas divididas de acuerdo a la actividad realizada. El programa indica como opciones de actividades: ocupantes en descanso (76w), ocupantes que realizan trabajo de oficina (85w), ocupantes caminando (100w) u ocupantes ejercit´andose (120w). Una nota indica que el n´ umero de personas es usado para calcular la ventilaci´on m´ınima requerida para brindar aire fresco, y s´olo se utiliza para ganancias internas. S´olo se llenan los espacios de acuerdo a las personas y actividades que utuliza el recinto, las otras casillas se colocan en 0.

4. Total de ocupantes: la plantilla suma la cantidad total de personas que se colocaron en cada espacio de la secci´on anterior.

5. Ganacias por ocupantes (w/m2): el programa lo calcula multiplicando los watts correspondientes a cada actividad por el n´ umero de personas y dividiendo el total por ´area total de piso del recinto.(2.1) P4

OHG =

i=1

·

noai

wai

(2.1)

At

Donde, OHG: (Ocupants Heat Gains,por sus siglas en ingl´es),Ganacias t´ermicas por ocupantes. noai : n´ umero de ocupantes que realizan actividad i (con i definido del rango 1 a 4) wa1 : ganancias en watts al realizar la actividad i (con i definido del rango 1 a 4) At : ´ area total del recinto a calcular.

6. Total de Ganancias internas / ´area de piso (w/m2): el programa suma los w/m2 correspondientes a equipamiento, iluminaci´on y ocupantes para establecer las ganancias totales por metro cuadrado. Suma lo obtenido en la ecuaci´on (2.1), junto a los datos ingresados en el punto 1 (equipo) y punto 2 (iluminaci´on). (2.2) T GI

2

/m

P4

=

i=1

·

noai

!

wai

•

At

w

/m2 eq

+

w

/m2 il

(2.2) Donde, TIG: (Total Internal Gains, por sus siglas en ingl´es), Ganacias internas totales. w: watts o: ganancias por ocupantes eq: ganancias por equipos il: ganancias por iluminaci´ on

4

7. Total de Ganacias Internas en kW: el programa toma lo calculado en el punto anterior (punto 6) y lo divide entre el a´rea total del reciento (m2) y lo divide entre 1000. (2.3)

T IG

=

w

/m2 o

+

w

/m2 eq

+

w

/m2 il

•

At

1000

(2.3)

Donde, TIG: (Total Internal Gains, por sus siglas en ingl´es), Ganacias internas totales. w: watts. o: ganancias por ocupantes. eq: ganancias por equipos. il: ganancias por iluminaci´ on.

At : ´ area total del recinto a calcular.

2.2.2.

Ganancias solares (directas y por conducci´ on)

Esta secci´on corresponde al c´alculo de las ganancias solares que son parte de las ganancias t´ermicas totales que influyen en el c´alculo del caudal de ventilaci´on en el recinto.

1. Factor de Ganancias Solares o Factor (SHG) ( %): Para calcular este factor el programa utiliza el coeficiente de absorci´on de la superficie de techo, el valor U del material de ´ cubierta y la conductancia de la superficie exterior del techo. Estos datos los debe ingresar el usuario mediante investigaci´on previa. La plantilla indica que este factor solo se calcula o es necesario si las ganancias solares por conducci´on est´an inclu´ıdas en el c´alculo.(2.4)

F actor

SHG =

•

αst

Cset

Ut

•

100

(2.4)

Donde, SHG: (Solar Heat Gains, por sus siglas en ingl´es), Factor de Ganancias Solares Totales. αst : coeficiente de absorci´ on de la superficie de techo.

Ut : valor U del material de cubierta o techo.

Cset : conductancia de la superficie exterior del techo.

2. Ganancias Conductoras (por conducci´on del calor) en cubierta (kW): En este caso la plantilla toma el Factor de Ganancias Solares (calculado en el punto anterior) y lo multiplica por la sumatoria de la Radiacion Solar en la superficie vertical y de la Radiacion Solar en la superficie horizontal (ambas en w/m2), luego se divide por 100 y el total se multiplica por el a´rea de techo en m2. Para pasarlo a kW el programa toma el resultado total anterior y lo divide entre 1000.(2.5) Los datos de radiaci´on solar en 5

las superficies deben ser agregados por el usuarios, lo que requiere de una investigaci´on previa. (2.5)

CG

=

•

( F actorSHG

(Rssv

+ Rssh 1000

) / 100)

•

At

(2.5)

Donde, CG: (Conductive Gains, por sus siglas en ingl´es), Ganacias por conducci´on.

FactorSHG : Factor de Ganancias Solares Totales.

Rssv : Radiaci´ on solar en superficie vertical.

Rssh : Radiaci´ on solar en superficie horizontal.

At : ´ area total del recinto a calcular.

3. Ganacias Solares Directas (kW): El programa calcula las ganancias solares directas de la suma de las ganancias solares verticales con las ganacias solares horizontales y las divide entre 1000 para obtener el resultado en kW.(2.6) GS D

=

( GS v

+ GS h 1000

)

(2.6)

Donde, GSD : Ganancias Solares Directas.

GSv : Ganancias Solares verticales.

GSh : Ganancias Solares horizontales.

Las Ganancias Solares verticales [(GSv )] las calcula de la multiplicaci´on de la radiaci´on vertical, en w/m2; por el ´area de vidriado vertical del recinto, en m2; por el Factor de Transmitancia vertical del material de vidriado; por el Coeficiente de Sombreado vertical (este coeficiente depende del % de sombreado en la superficie de vidriado vertical). (2.7) GS v

=

(Rsv

•

Av v

•

FTv

•

Csv )

(2.7)

Donde, GSv : Ganancias Solares verticales.

Rsv : Radiaci´ on solar vertical. ´ Avv : Area de vidriado vertical del recinto.

FTv : Factor de Transmitancia vertical del material.

Csv : Coeficiente de sombreado vertical del acristalamiento.

Las Ganancias Solares horizontales [(GSv )] las calcula de la multiplicaci´on de la radiaci´on horizontal, en w/m2; por el a´rea de vidriado horizontal del recinto, en m2; por el Factor de Transmitancia horizontal del material de vidriado; por el Coeficiente de 6

Sombreado horizontal (este coeficiente depende del % de sombreado en la superficie de vidriado horizontal). (2.8) GS h

=

(Rsh

•

Av h

•

FTh

•

Csh )

(2.8)

Donde, GSh : Ganancias Solares horizontales.

Rsh : Radiaci´ on solar horizontal. ´ Avh : Area de vidriado horizontal del recinto.

FTh : Factor de Transmitancia horizontal del material.

Csh : Coeficiente de sombreado horizontal del acristalamiento.

Los datos de radiaci´on solar se obtienen de tablas que resumen los datos para la localidad. La plantilla cuenta con una notas explicativas que indican que el a´rea vidriada corresponde al total de vidrio que es expuesto a la radiaci´on solar, el Factor de Transmitancia es la proporci´on de la radiaci´on solar que pasa a trav´es del vidrio, lo que depende del tipo de vidrio; y por u ´ltimo indica que la proporci´on de sombreado del vidrio es la proporci´on del acristalamiento que est´a sombreado dada en procentaje y se utiliza para representar el sombreado externo u ´nicamente. El usuario debe contar con todos estos datos de manera previa al c´alculo y colocarlos en las casillas que indica el programa.

4. Ganancias Solares Totales (kW): corresponden a la suma de las Ganancias Conductoras o por conducci´on, m´as las Ganancias Solares Directas calculadas en el punto anterior.

(2.9) GS T

=

( CG

+

GS D

)

(2.9)

Donde, GST : Ganancias Solares Totales.

CG: (Conductive Gains, por sus siglas en ingl´es), Ganacias por conducci´on.

GSD : Ganancias Solares Directas.

5. Total de Ganancias Solares por ´area de piso (w/m2): la plantilla divide las Ganancias Solares Totales, calculadas en el punto anterior, pero pasadas a watts; por el ´area total del recinto que dispuso el usuario en la primera secci´on. (2.10) GS T

/ m2

=

Donde, GST : Ganancias Solares Totales.

At : ´ area total del recinto a calcular.

7

(GS T

• At

1000)

(2.10)

2.2.3.

Ganancias T´ ermicas Totales

Como resumen de Ganancias T´ermicas el programa calcula: 1. Total de Ganancias T´ermicas en kW: lo que corresponde a la suma del Total de Ganancias Solares, m´as el Total de Ganancias Internas.2.11 T Gt

= ( GS T

+

T IG )

(2.11)

Donde, TGt: Total de Ganancias t´ermicas.

GST : Ganancias Solares Totales.

TIG: (Total Internal Gains, por sus siglas en ingl´es), Ganacias internas totales.

2. Total de Ganancias T´ermicas en watts por superficie (w/m2): lo que corresponde al Total de Ganancias T´ermicas entre el a´rea total del recinto por 1000, para pasarlo a watts.2.12 T Gt / m2

=

T Gt At

•

1000

(2.12)

Donde, TGt /m2 : Total de Ganancias t´ermicas por metro cuadrado de superficie.

TGt: Total de Ganancias t´ermicas.

At : ´ area total del recinto a calcular.

2.3.

Secci´ on 3: Resultados del c´ alculo del efecto stack

2.3.1.

Resultados del c´ alculo del caudal de aire (m3/s) [Air Flow Rate]

1. Requerido para aire fresco: Para lo anterior el programa utiliza los cambios de aire por hora requeridos para brindar aire fresco (ach/h), esto lo calcula de acuerdo a 2.13: Ac/haf

=

•

( np

0, 008 Vt

Donde, Ac/haf : Cambios de aire por hora para brindar aire fresco np : N´ umero de personas.

8

•

3600 )

(2.13)

Vt : Volumen total del recinto.

Luego de calculados los cambios de aire por hora para aire fresco se utilizan en la siguiente f´ormula para calcular el caudal 2.14 Ac/haf • 3600

Caaf =

Vt

!

(2.14)

Donde, Caaf : Caudal de aire requerido para brindar aire fresco en metros c´ ubicos por segundo.

Ac/haf : Cambios de aire por hora para brindar aire fresco Vt : Volumen total del recinto.

2. Requerido para enfriamiento: Para lo anterior el programa utiliza los cambios de aire por hora necesarios para brindar enfriamiento (ach/h), esto lo calcula de acuerdo a 2.15: Ac/he

=

T Gt • 0, 33 • Vt

1000 • 4Ti−e

!

(2.15)

Donde, Donde, Ac/he : Cambios de aire por hora requeridos para enfriamiento TGt: Total de Ganancias t´ermicas Vt : Volumen total del recinto.

4 Ti−e : Diferencial entre temperatura interior y al exterior del recinto a calcular.

Luego de calculados los cambios de aire por hora requeridos para enfriamiento se utilizan se utilizan en la sigueinte f´ormula para calcular el caudal 2.16 Ac/he • 3600

Cae =

Vt

!

)

(2.16)

Donde, Cae : Caudal de aire requerido para brindar aire fresco en metros c´ ubicos por segundo.

Ac/he : Cambios de aire por hora para brindar aire fresco Vt : Volumen total del recinto.

3. Flujo de Aire logrado (por efecto stack): Para esto el programa utiliza el c´alculo de la cantidad de aire que accesa por el a´rea de entrada 2.17, la cantidad de aire que sale por el ´area de salida 2.18 y la presi´on del aire por el efecto 2.19, de acuerdo a las siguiente f´ormulas : Ale =

( Aee

Donde, 9

• Aape 1000

)

(2.17)

Ale : F´ ormula de entrada libre de aire ´ Aee : Area estructural de entrada (m2) ´ Aape : Area libre en apertura de entrada de aire (m2)

( Aes

Als =

• Aaps 1000

)

(2.18)

Donde, Als : F´ ormula de salida libre de aire ´ Aes : Area estructural de salida (m2) ´ Aaps : Area libre en apertura de salida de aire (m2)

P ast

=

1, 2

•

•

9, 81

(Ti + 273)

•

•

hst

1 1 − Te + 273 Ti + 273 (2.19)

Donde, Past : Presi´ on del aire por efecto stack.

Ti : Temperatura interior del recinto en grados cent´ıgrados.

Te : Temperatura al exterior del recinto en grados cent´ıgrados. hst : Altura del stack, diferencia de altura entre la entrada y la salida de aire.

Tomando los datos calculados con las anteriores f´ormulas calcula el Flujo de Aire Logrado por stack con la siguiente ecuaci´on 2.20



F alst

=

0, 65

•

Ale

q

Ale 2

•

Als

+

Als 2

 

•

q

P ast

•

√

2

÷

q

1, 2

(2.20) Donde, Falst : Flujo de aire logrado por efecto stack.

Ale : F´ ormula de entrada de aire libre.

Als : F´ ormula de salida de aire libre.

Past : Presi´ on del aire por efecto stack.

2.3.2.

Cambios de aire por hora (ac/h) [Air Changes/Hour]

1. Requeridos para aire fresco: Corresponden a la cantidad de cambios de aire necesarios para brindar aire fresco.2.21 10

Ac/haf

=

( np

•

•

0, 008 Vt

3600 )

(2.21)

Donde, Ac/haf : Cambios de aire por hora para brindar aire fresco np : N´ umero de personas.

Vt : Volumen total del recinto.

2. Requeridos para enfriamiento: Corresponden a la cantidad de cambios de aire necesarios para obtener enfriamiento. 2.22 Ac/he

T Gt • 0, 33 • Vt

=

1000 • 4Ti−e

!

(2.22)

Donde, Ac/he : Cambios de aire por hora requeridos para enfriamiento TGt: Total de Ganancias t´ermicas Vt : Volumen total del recinto.

4 Ti−e : Volumen total del recinto.

3. Flujo de aire logrado (en cambios de aire): Corresponde al flujo de aire logrado calculado en cambios de aire.2.23 F alac/h

F alst Vt

=

•

3600

(2.23)

Donde, Falac/h : Flujo de aire logrado en cambios de aire.

Falst : Flujo de aire logrado por efecto stack.

Vt : Volumen total del recinto.

2.3.3.

Enfriamiento por efecto stack (kW) [Cooling by Stack Ventilation]

1. Enfriamiento requerido para p´erdida de calor: para esto utiliza los cambios de aire por enfriamiento, el volumen total del recinto y el diferencial entre la temperatura interna y externa del recinto.2.24 Enr =

(0, 33

•

Vt

Donde, 11

•

Ac/he

)

•

4Ti−e 1000

(2.24)

Enr : Enfriamiento requerido para p´erdida de calor.

Vt : Volumen total del recinto.

Ac/he : Cambios de aire necesarios para lograr enfriamiento.

4 Ti−e : Diferencial de temperaturas entre el interior y exterior del recinto.

2. Enfriamiento logrado para p´erdida de calor: para esto utiliza los cambios de aire logrados por efecto stack, el volumen total del recinto y el diferencial entre la temperatura interna y externa del recinto.2.25 Enl =

(0, 33

•

Vt

•

Ac/hst

)

•

4Ti−e 1000

(2.25)

Donde, Enl : Enfriamiento logrado para p´erdida de calor.

Vt : Volumen total del recinto.

Ac/he : Cambios de aire necesarios logrados por efecto stack.

4 Ti−e : Diferencial de temperaturas entre el interior y exterior del recinto.

2.3.4.

Velocidad del aire en aperturas (m/s) [Air Velocity at Openings]

1. Requerida para aire fresco: Utiliza el c´alculo del caudal de flujo de aire para brindar aire fresco (m3/s) y lo divide entre la entrada de aire libre.2.26 V aaf =

Caaf Ale

(2.26)

Donde, Vaaf : Velocidad del aire en aperturas requerido para lograr aire fresco.(m/s) Caaf : Caudal de flujo de aire para aire fresco (m3/s) Ale : F´ ormula de entrada de aire libre.

2. Requerida para enfriamiento: Utiliza el c´alculo del caudal de flujo de aire para remoci´on de calor (m3/s) y lo divide entre la entrada de aire libre.2.27 V ae =

Cae Ale

Donde, Vae : Velocidad del aire en aperturas requerido para lograr enfriamiento.(m/s) Cae : Caudal de flujo de aire para remoci´on de calor (enfriamiento) (m3/s) Ale : F´ ormula de entrada de aire libre.

12

(2.27)

3. Velocidad de aire lograda: Utiliza el c´alculo del caudal de flujo de aire logrado por efecto stack (m3/s) y lo divide entre la entrada de aire libre.2.28 V alst =

Cast Ale

(2.28)

Donde, Valst : Velocidad del aire logrado por efecto stack.(m/s) Cast : Caudal de flujo de aire para logrado por efecto stack (m3/s) Ale : F´ ormula de entrada de aire libre.

2.4.

2.4.1.

Secci´ on 4: Datos de ventilaci´ on C´ alculo de viento - supuestos

Esta secci´on se utiliza para calcular datos de ventilaci´on natural. Dentro de la plantilla se suponen los siguientes aspectos: 1. Las a´reas resultantes que se dan son las ´areas de apertura necesarias para cumplir los requisitos de p´erdida de calor definidos para el rango del recinto a calcular.

2. Este c´alculo representa solo la fuerza de viento y no incluye el efecto stack. La mitad de la c´aida de presi´on es en la entrada y la otra mitad en la salida. El coeficiente de descarga tomado en cuenta es de 0,6.

3. Los coeficientes de presi´on (Cp) se calculan de acuerdo al gr´afico brindado por el programa.

El programa le solicita al usuario, en esta secci´on, agregar algunos datos para calcular los referente a ventilaci´on natural: 1. Velocidad del viento en m/s 2. Cp de entrada: Coeficiente de presi´on de entrada 3. Cp de salida: Coeficiente de presi´on de salida 4. La plantilla realiza la diferencia (resta) entre Cp de entrada y Cp de salida, y coloca el resultado en una de las casillas de c´alculo.

5. Pav : La plantilla calcula la presi´on de viento con la siguiente f´ormula2.29: P av =

( Cpe

•

0, 5

Donde, 13

•

1, 2

•

Vv

)

(2.29)

Pav : Presi´ on por viento.

Cpe : Coeficiente de presi´ on de entrada de viento.

Vv : Velocidad del viento en m/s.

2.4.2.

C´ alculo del ´ area de apertura requerida bajo condiciones de viento

Esta secci´on calcula el a´rea de apertura sugerida para remoci´on de alor y para brindar aire fresco en el recinto a calcular. ´ 1. Area de apertura para remoci´on de calor (m2): para este c´alculo utiliza datos del caudal de flujo de aire para remoci´on de calor (m3/s), el coeficiente de descarga, el diferencial entre Cp de entrada y Cp de salida; y la velocidad del viento. La ecuaci´on se resume a continuaci´on 2.30: Aarc =

Cae Coef d

s

•

Vv 2

•

2 (Cpi − Cpe )

!

(2.30)

Donde, ´ Aarc : Area de apertura para remoci´on de calor.

Cae : Caudal de flujo de aire para remover calor en m/s.

Vv : Velocidad del viento en m/s. on de entrada de viento.

Cpe : Coeficiente de presi´ Cps : Coeficiente de presi´ on de salida de viento.

´ 2. Area de apertura para aire fresco (m2): para este c´alculo utiliza datos del caudal de flujo de aire para brindar aire fresco (m3/s), el coeficiente de descarga, el diferencial entre Cp de entrada y Cp de salida; y la velocidad del viento. La ecuaci´on se resume a continuaci´on 2.31: Aaaf =

Caaf Coef d

s

•

Vv 2

•

2 (Cpi − Cpe )

Donde, ´ Aaaf : Area de apertura para brindar aire fresco.

Caaf : Caudal de flujo de aire para brindar aire fresco en m/s.

Vv : Velocidad del viento en m/s.

Cpe : Coeficiente de presi´ on de entrada de viento.

Cps : Coeficiente de presi´ on de salida de viento.

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!

(2.31)

Cap´ıtulo 3 Acr´ onimos utilizados para ecuaciones (por orden de aparici´ on) OHG: (Ocupants Heat Gains,por sus siglas en ingl´es),Ganacias t´ermicas por ocupantes. noai : n´ umero de ocupantes que realizan actividad i (con i definido del rango 1 a 4) wa1 : ganancias en watts al realizar la actividad i (con i definido del rango 1 a 4) At : ´area total del recinto a calcular.

TIG: (Total Internal Gains, por sus siglas en ingl´es), Ganacias internas totales. w: watts o: ganancias por ocupantes eq: ganancias por equipos il: ganancias por iluminaci´ on SHG: (Solar Heat Gains, por sus siglas en ingl´es), Factor de Ganancias Solares Totales. αst : coeficiente de absorci´ on de la superficie de techo.

Ut : valor U del material de cubierta o techo.

Cset : conductancia de la superficie exterior del techo.

CG: (Conductive Gains, por sus siglas en ingl´es), Ganacias por conducci´on.

Rssv : Radiaci´ on solar en superficie vertical.

Rssh : Radiaci´ on solar en superficie horizontal.

GSD : Ganancias Solares Directas.

GSv : Ganancias Solares verticales.

GSh : Ganancias Solares horizontales. ´ Avv : Area de vidriado vertical del recinto.

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FTv : Factor de Transmitancia vertical del material.

Csv : Coeficiente de sombreado vertical del acristalamiento. ´ Avh : Area de vidriado horizontal del recinto.

FTh : Factor de Transmitancia horizontal del material.

Csh : Coeficiente de sombreado horizontal del acristalamiento.

GST : Ganancias Solares Totales.

TGt: Total de Ganancias t´ermicas.

TGt /m2 : Total de Ganancias t´ermicas por metro cuadrado de superficie.

Ac/haf : Cambios de aire por hora para brindar aire fresco np : N´ umero de personas.

Vt : Volumen total del recinto.

Caaf : Caudal de aire requerido para brindar aire fresco en metros c´ ubicos por segundo.

Ac/he : Cambios de aire por hora requeridos para enfriamiento 4 Ti−e : Diferencial entre temperatura interior y al exterior del recinto a calcular.

Cae : Caudal de aire requerido para brindar aire fresco en metros c´ ubicos por segundo.

Ale : F´ormula de entrada libre de aire ´ Aee : Area estructural de entrada (m2) ´ Aape : Area libre en apertura de entrada de aire (m2) Als : F´ormula de salida libre de aire ´ Aes : Area estructural de salida (m2) ´ Aaps : Area libre en apertura de salida de aire (m2) Past : Presi´ on del aire por efecto stack.

Ti : Temperatura interior del recinto en grados cent´ıgrados.

Te : Temperatura al exterior del recinto en grados cent´ıgrados. hst : Altura del stack, diferencia de altura entre la entrada y la salida de aire.

Falst : Flujo de aire logrado por efecto stack.

Falac/h : Flujo de aire logrado en cambios de aire.

Enr : Enfriamiento requerido para p´erdida de calor.

Enl : Enfriamiento logrado para p´erdida de calor.

Vaaf : Velocidad del aire en aperturas requerido para lograr aire fresco.(m/s) Vae : Velocidad del aire en aperturas requerido para lograr enfriamiento.(m/s)

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Valst : Velocidad del aire logrado por efecto stack.(m/s) Cast : Caudal de flujo de aire para logrado por efecto stack (m3/s) Pav : Presi´ on por viento.

Cpe : Coeficiente de presi´ on de entrada de viento.

Vv : Velocidad del viento en m/s. ´ Aarc : Area de apertura para remoci´on de calor.

Cps : Coeficiente de presi´ on de salida de viento. ´ Aaaf : Area de apertura para brindar aire fresco.

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