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.
14
!
(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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