4. Descripción de los casos estudiados

Capítulo 4: Descripción de los casos estudiados
4. DESCRIPCIÓN DE LÓS CASÓS
ESTUDIADÓS
Sobre el edificio con uso docente objeto de estudio, se evaluarán las siguientes estrategias de
eficiencia energética que conducen a un ahorro de energía mediante el empleo de un caudal
de aire de ventilación variable. Estas estrategias de eficiencia energética se resumen en dos en
función de si el sistema que se utiliza para extraer o impulsar el aire de ventilación es mecánico
–ventiladores en la impulsión, o extractores en el retorno-, o natural –rejillas o aireadores en la
entrada-; según la clasificación anterior, los casos más interesantes a priori, y por tanto, los
que se van a calcular en detalle son:
1. Entrada mecánica - Salida mecánica
2. Entrada natural - Salida mecánica
En la realidad ambas situaciones conseguirán el efecto de extracción mediante la diferencia de
presiones provocada por el extractor mecánico, la cual se verá incrementada por el efecto de
tiro térmico debida al efecto chimenea del hueco de las escaleras. A priori, dicho efecto de tiro
térmico puede ser evaluado, y comparado con el orden de magnitud de la extracción mecánica
se puede concluir que el primero es despreciable frente al segundo. De tal forma, que también
es despreciable el incremento de caudal provocado sobre el calculado teniendo en cuenta
únicamente el efecto del extractor.
A continuación se describirá él edificio docente y las dos estrategias mencionadas
anteriormente, indicando las variables a calcular en cada caso y las hipótesis que se tendrán
que asumir para realizar dichos cálculos.
4.1. DESCRIPCIÓN DEL CASO BASE
4.1.1. Situación
Se considera que el edificio docente simulado está situado en Sevilla. El motivo es que, además
de ser un importante emplazamiento desde el punto de vista demográfico, su zona climática
de acuerdo con el CTE es la B4, al igual que otras importantes capitales de provincia Andaluzas
como Huelva y Córdoba. Se considera que esta zona climática es la más representativa de las
condiciones climatológicas a las que están sometidos la mayor parte de los Andaluces y
consecuentemente, los centros docentes de la Comunidad Autónoma.
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4.1.2. Volumetría
Se ha simulado un edificio de tres plantas, compuesto en su mayor parte por aulas, que cuenta
además con un pequeño porcentaje de la superficie destinado a despachos, salas de reunión,
etc. Si bien un centro docente suele contar con más de un edificio, se considera que el edificio
simulado es suficientemente representativo de la tipología edificatoria analizada, tanto en
usos como en volumetría. El edificio simulado es un paralelepípedo de 35 metros de largo por
24 metros de ancho y 10.5 metros de alto (3 plantas). Las dos fachadas mayores tienen
orientación norte y sur. La superficie bruta del edificio es de 2500m2.
Figura 4.1: Representación 3D del centro docente simulado
4.1.3. Zonificación
Zonificar significa subdividir el edificio o espacio a estudio en pequeñas zonas donde se
considera que la temperatura es constante. Los tabiques y divisiones interiores modifican la
zonificación haciéndola coincidir en muchos casos con la subdivisión física real de las
particiones interiores, por lo que las zonas serán las distintas aulas que componen cada planta.
En la siguiente figura se muestra la zonificación considerada en el modelo computacional
simulado.
Zona
1
Escaleras
Zona
2
Zona
3
Pasillo
Zona
4
Zona
5
Zona
6
Figura 4.2: Zonificación del edificio simulado
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4.1.4. Envolvente
La permeabilidad del edificio será mejorada respecto al mínimo exigido en el CTE-HS3 [1]. Por
tanto se han utilizado ventanas con permeabilidad de 27m3/hm2 a 100Pa, mientras que los
opacos serán de 1m3/hm2 a 4Pa, que corresponde con un edificio de permeabilidad media.
El porcentaje de huecos de cada fachada es el siguiente.
Fachadas
Aulas
Pasillos
Escaleras
Porcentajes de huecos
36%
4%
0%
Tabla 4.1: Porcentaje de acristalamiento de la fachada
4.1.5. Niveles de ocupación
La densidad de concentración de personas es diferente en función de la zona del edificio. Se
han considerado los siguientes valores.
Tipo de zona
Aulas
Pasillos
Escaleras
Densidad de ocupación
(m2/persona)
3.72
1000
1000
Tabla 4.2: Inversa de la densidad de ocupación en función del tipo de zona
Con las anteriores tasas ponderadas con el perfil horario que se presenta en la siguiente figura
se determinará el número de personas que hay en cada hora en las diferentes zonas del
edificio, durante el periodo de ocupación. Fuera del periodo de ocupación se considera un
perfil mínimo de ocupación cuyo valor máximo es el 0.5% de la tasa de densidad.
Figura 4.3: Ponderación horaria de las cargas internas debidas a las personas
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4.2. ENTRADA MECÁNICA/SALIDA MECÁNICA
Esta estrategia se evaluará sobre un aula exclusivamente ya que lo que suceda en dicha aula
será extrapolable al resto. De forma que los resultados que sobre este aula se obtengan se
podrán considerar generalizables al resto de aulas del edificio base.
En este caso se evaluará la concentración de CO2 en el interior del aula en función del tiempo.
Para lo cual se considerará lo siguiente:
-
-
-
-
La variación de la ocupación en función del tiempo ha sido dada en la descripción del
edificio y sus condiciones operacionales. Se considerará una tasa de producción de CO2
por persona adecuada a su nivel metabólico.
Se supondrá una situación base en la cual el aire introducido es constante las 24 horas
del día e igual al valor recomendado por el Código Técnico de la Edificación en su
Documento Básico HE-2, Reglamento de Instalaciones Térmicas de los Edificios [19].
Para lo cual se aplicará el método indirecto para edificios de uso docente.
A continuación se calculará el mismo caso pero incluyendo sistemas de control del aire
introducido. De esta forma se podrá variar dicho caudal en función de la ocupación
interior, la concentración de CO2, o el nivel de humedad interior –concentración de
H2O-.
Posteriormente se compararán las concentraciones de CO2 alcanzadas y la influencia
sobre la carga de climatización de los sistemas de ventilación con control –ventilación
horaria variable- frente al caso base –ventilación constante-.
Para la realización de este escenario de ventilación, se ha desarrollado un programa con la
herramienta informática Matlab, y será explicado en el capítulo 5.
4.3. ENTRADA NATURAL/SALIDA MECÁNICA
En esta estrategia el objetivo es el diseño de las rejillas o aireadores de acceso del aire al
edificio y de paso del aire de las aulas al pasillo. Este diseño se basa en la elección de unos
elementos que no ocasionen una pérdida de carga muy elevada, de tal forma que el extractor
que se diseñe en la salida tenga un consumo de energía adecuado, en principio se barajan
pérdidas de carga totales del orden de 500Pa.
Para la realización de este escenario de ventilación, se ha desarrollado un software de
ventilación con la herramienta informática Fortran 5.0, y será explicado detalladamente en el
capítulo 6. Las hipótesis de cálculo serán las siguientes:
-
Se evaluarán los caudales para distintas velocidades de viento
Se evaluará la dirección de viento definiendo la envolvente de cada una de las zonas,
pudiendo estar a barlovento, sotavento y tangente.
La permeabilidad del edificio sobre el que se aplique esta medida será mejorada
respecto al mínimo exigido en el CTE-HS3 [4]. Por tanto, se han utilizado ventanas con
permeabilidad de 27 m3/hm2 a 100Pa. La permeabilidad de opacos será de 1 m3/hm2 a
4Pa que corresponde con un edificio de permeabilidad media.
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-
No se considerarán pérdidas debidas al movimiento del aire en el interior de los
espacios, ni en el hueco de la escalera.
El tiro térmico se despreciará dada su escasa influencia en comparación con la
extracción mecánica.
No se considerará pérdida de carga del aire a través de la abertura de salida hacia el
exterior.
Dichas hipótesis serán explicadas detalladamente en el capítulo 6, cuando se introduzca el
software de ventilación.
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