DesignBuilder Modelado de ventilación natural
Existen dos enfoques generales para modelar la ventilación natural y la infiltración en DesignBuilder, según el ajuste de la opción de modelo de ventilación natural:
- Programada en el que la tasa de renovación de ventilación natural se define explícitamente para cada zona mediante un valor máximo de ACH y una programación, y la tasa de renovación por infiltración mediante un valor constante de ACH. Se ofrecen varias opciones de control.
- calculada en el que la ventilación natural y la infiltración se calculan a partir de aperturas de ventanas, grietas, flotabilidad, diferencias de presión provocadas por el viento, dimensiones de las grietas, etc. Se ofrecen opciones de control.
Puedes elegir ventilación natural programada si puedes estimar razonablemente los caudales de ventilación natural como la caudales de infiltración del edificio. Otros escenarios de flujo de aire son más difíciles de estimar y puede ser necesario calcularlos.
Ventilación natural programada e infiltración
Programada Ventilación natural y su programación se accede desde la pestaña HVAC. El flujo se detiene si la temperatura del aire de la zona cae por debajo de la temperatura de consigna de ventilación establecida en Control ambiental de la pestaña Actividad .
La infiltración se define mediante un valor ACH constante en Estanqueidad al aire de la pestaña Cerramientos .
El flujo de aire por Las ventanas, aberturas y puertas exteriores se consideran incluidas en el valor de ac/h de aire exterior por ventilación natural establecido en la pestaña HVAC.
Los flujos entre zonas pueden definirse mediante el cuadro de diálogo Flujo de aire entre zonas .
Además, el flujo de aire por interiores ventanas, aberturas y puertas puede modelarse mediante el concepto de mezcla, con transferencia de cantidades iguales de aire entre las zonas en ambos sentidos. El caudal es directamente proporcional al área de abertura mediante los datos de Caudal por área de abertura a los que se accede desde Opciones del modelo .
Ventilación natural calculada e infiltración
De forma predeterminada, ventilación natural calculada se controla mediante horario (datos de ventanas y aberturas en el encabezado Funcionamiento de la pestaña Aberturas) y mediante temperatura de consigna de ventilación en la pestaña Actividad.
El valor Los datos de grietas en Estanqueidad al aire de la pestaña Cerramientos se utilizan en EnergyPlus Airflow Network para calcular la infiltración.
Nota 1: El uso de la opción calculada aumenta la complejidad del modelo y ralentiza las simulaciones. Debes procurar simplificar el modelo según las necesidades del cálculo. Por ejemplo, en una simulación de verano de un edificio ventilado naturalmente podrías considerar desactivar el modelado de infiltración si el flujo de calor por infiltración representa una parte muy pequeña del balance térmico estival.
Nota 2: En la versión 1, los flujos calculados a través de ventanas, aberturas, puertas, huecos y grietas exteriores se agrupan en los datos de «Aire exterior» de la pantalla de resultados de simulación.
Cálculos
El caudal de ventilación (q) por cada abertura y grieta del modelo se calcula a partir de la diferencia de presión, utilizando los efectos de presión del viento y efecto chimenea:
q = C.(DP) n
Donde:
q es el flujo volumétrico por la abertura.
DP es la diferencia de presión a través de la abertura o grieta.
n es el exponente de flujo, que varía entre 0.5 para flujo totalmente turbulento y 1.0 para flujo totalmente laminar.
C es el coeficiente de flujo, relacionado con el tamaño de la abertura o grieta.
Ventilación impulsada por el viento
Cuando el viento incide sobre la superficie de un edificio rectangular, se induce una presión positiva en la fachada de barlovento. El flujo se separa en las esquinas y produce regiones de presión negativa en los laterales y una distribución de presión negativa en la fachada de sotavento. La distribución de presión sobre la cubierta varía con la pendiente: la presión en la cara de barlovento es negativa para pendientes de 30° y positiva para pendientes mayores.
La presión en cualquier punto de la fachada de un edificio puede representarse mediante:
Pw = 0.5 .rho. Cp . vz2
Donde:
Pw es la presión superficial debida al viento,
rho es la densidad del aire,
Cp es el coeficiente de presión del viento en una posición dada de la superficie y
vz es la velocidad media del viento a la altura z.
El coeficiente de presión del viento, Cp, depende de la dirección del viento, la posición en la superficie del edificio y la exposición de sus lados. Una publicación de AIVC, A guide to energy-efficient ventilation, proporciona valores típicos aproximados para edificios con distintos grados de protección y direcciones del viento. Estos datos también se citan en CIBSE A Guide. DesignBuilder los utiliza para rellenar las plantillas de coeficientes de presión y proporcionar coeficientes de presión predeterminados adecuados para cálculos básicos de diseño de edificios de hasta tres plantas.
Para análisis más detallados o edificios de 4 plantas o más, debes obtener datos específicos de coeficientes de presión mediante análisis CFD o mediciones en túnel de viento e introducirlos para cada superficie bajo el encabezado Coeficientes de presión de la pestaña Aberturas.
Exclusión de los efectos del viento
En cálculos de diseño conservadores puede ser preferible excluir o reducir los efectos del viento en la ventilación natural calculada. Para excluir completamente el flujo impulsado por el viento, establece el factor de viento en 0. Para considerar plenamente los efectos del viento, establécelo en 1; para un tratamiento intermedio, introduce un valor entre 0 y 1.
Limitaciones
DesignBuilder utiliza el método EnergyPlus Airflow Network para calcular los caudales de aire. Debes tener en cuenta que
las simulaciones de Airflow Network pueden tardar considerablemente más que las simulaciones equivalentes con ventilación natural programada.
Modulación
Puedes modular los tamaños de abertura para reducir las grandes oscilaciones de temperatura que se producen si las ventanas o puertas están demasiado abiertas durante la ventilación, especialmente cuando existe una gran diferencia de temperatura interior-exterior. Utiliza los ajustes de modulación de la pestaña pestaña Avanzado del cuadro de diálogo Opciones del modelo para controlar este comportamiento. De forma predeterminada, la modulación está activada y los tamaños de abertura se reducen al 5% de sus valores máximos cuando el exterior está 15°C o más por debajo de la temperatura interior. Esto modela que es poco probable que los ocupantes abran las ventanas de par en par cuando hace mucho frío fuera, en sistemas de control manual.
Modelado de infiltración
Normalmente, cuando la ventilación natural calculada está seleccionada, DesignBuilder incluye una única grieta en cada superficie de la simulación para representar la infiltración. El tamaño y las propiedades de esta grieta dependen del ajuste del control deslizante de estanqueidad al aire.
Consejo: Los efectos de la infiltración pueden ser pequeños en algunas zonas del edificio y en ciertos tipos de cálculo, por lo que es posible desactivarla para reducir el tiempo de simulación de los modelos de ventilación natural calculada. Para ello, desmarca la casilla Modelar infiltración en las zonas del edificio donde no se vaya a modelar infiltración. Por ejemplo, puedes desactivarla en bloques de cubierta e incluir la ventilación de la cámara mediante un número menor de aberturas o huecos, o desactivarla en todo el edificio para simulaciones estivales, donde sus efectos serían mínimos frente a los caudales mucho mayores de ventanas, aberturas, huecos y puertas abiertas.
Control deslizante de estanqueidad al aire
El ajuste del control deslizante de estanqueidad al aire indica la plantilla de grietas aplicada al definir sus propiedades:
- Muy deficiente
- Deficiente
- Media
- Buena
- Excelente
Consulta también Modo mixto.
Detalles técnicos
Puedes consultar más detalles técnicos de la red de flujo de aire utilizada en EnergyPlus, incluidos antecedentes, algoritmos, limitaciones y resultados de validación, en un artículo de Lixing Gu en: