Definición de la metodología para la verificación del cumplimiento

Definición de la metodología para la verificación
del cumplimiento del Documento Básico de
Salubridad HS 3
Odriozola Maritorena, M.1, García Gáfaro, C.2, Sala Lizarraga, J.M.2, Erkoreka González, A.2, Urbikain Pelayo,
M.K.2
1
Dpto. de Máquinas y Motores Térmicos, Escuela Universitaria Técnica de Ingeniería de Minas y Obras Públicas, Universidad del País
Vasco/Euskal Herriko Unibertsitatea. Colina de Beurko s/n, 48902, Barakaldo, España. Tel: +34 94 601 7269; Fax: +34 94 601 4283; Email: [email protected]
2
Dpto. de Máquinas y Motores Térmicos, Escuela Superior de Ingeniería de Bilbao, Universidad del País Vasco/Euskal Herriko
Unibertsitatea. Alameda Urquijo s/n, 48013, Bilbao, España. Tel: +34 94 601 7269; Fax: +34 94 601 4283; E-mail:
[email protected]
RESUMEN
La entrada en vigor en España del Código Técnico de la
Edificación (CTE) ha traído consigo cambios importantes. La
nueva normativa implica a todos los edificios de nueva
construcción y aquellas reformas donde sea aplicable. Dicho
documento trata de garantizar la seguridad y el bienestar de
las personas protegiendo el medio ambiente, ya que el sector de
la edificación absorbe el 40% del consumo de energía en la UE
y se encuentra en fase de expansión. El Código Técnico de la
Edificación está basado en el enfoque prestacional, por lo que
indica los objetivos a conseguir, dejando total libertad al
diseñador de cómo cumplirlos. Este nuevo enfoque se ajusta al
resto de códigos internacionales existentes en materia de
edificación. Siendo esto así, el Código Técnico de la Edificación
en su Documento Básico de Salubridad HS 3 incluye una
novedad importante con respecto a la normativa anterior, se
exige la ventilación de los locales que componen la vivienda,
siendo el caudal de ventilación dependiente del uso de cada
local. Esto ha creado preocupación en la comunidad
instaladora por la incertidumbre que supone el cumplimiento y
verificación de la exigencia. En este trabajo, se presenta una
metodología para resolver este problema, indicando una serie
de métodos para determinar el caudal de ventilación en los
locales de la vivienda analizada, y para ampliar este estudio a
lo largo de un año típico de la zona climática en la que se ubica
la vivienda mediante software de ventilación.
Palabras Clave: Código Técnico, Puerta Ventilador, Gas
Trazador, Modelo de Ventilación.
ABSTRACT
Since the new Technical Building Code (Código Técnico de la
Edificación, CTE) came into effect in Spain, the main
differences in respect to the previous code has to be taken into
consideration. The new rules imply all the new buildings and
those reforms where it is applicable. Taking into consideration
that the building sector accounts for the 40% of energy
consumption in the EU and that it is under expansion, this
document seeks to ensure the safety and welfare of people
considering the protection of the environment. The basics of
this Technical Building Code are some features to be ensured.
The code indicates the features to be achieved and allows the
designer complete freedom on how to meet them. This new
approach is in line with the rest of existing international
building codes. The HS 3 document (Documento Básico de
Salubridad HS 3) of the CTE introduces one main new feature
comparing to the previous code: ventilation is required in all
the premises that constitute the housing and this ventilation air
flow is dependant on the use of the premise. The performance
and checking of these new features have created a concern
between installers community. This work presents a
methodology to solve this problem, indicating a range of
methods to determine the flow of ventilation in the analyzed
housing premises. Finally, through ventilation software, a
whole typical climatic year study of the housing performance is
proposed.
Keywords: Blower
Ventilation Model.
Door,
Building
Code,
Tracer
Gas,
I. INTRODUCCIÓN
Desde 1957 la preparación de la Normativa Básica de la
Edificación (Normas MV) ha sido competencia del
Ministerio de la Vivienda, siguiendo con la tarea
desarrollada hasta entonces por la Dirección General de
Arquitectura del Ministerio de Gobernación. En 1977 el
Gobierno aprueba un marco unificado para la Normativa de
la Edificación compuesto por las Normas Básicas de la
Edificación (NBE), las Normas Tecnológicas de la
Edificación (NTE) y las Soluciones Homologadas de la
Edificación (SHE), estas últimas no habiendo sido
desarrolladas [1].
Las NBE eran de obligado cumplimiento, y mediante las
mismas se definían los requerimientos mínimos a cumplir
por un edificio. Entre las mismas, las que hacen referencia o
pueden afectar a aspectos relacionados con las condiciones
térmicas en el interior del edificio, la ventilación y la calidad
del aire interior son las siguientes:
•
•
NBE CT-79. Condiciones térmicas en los edificios
[3].
NBE CPI-96. Condiciones de protección contra
incendios en los edificios [4].
En la primera de ellas se establecen las condiciones
térmicas exigibles a los edificios, y se definen o establecen
los datos que condicionan su determinación. La segunda de
ellas afecta indirectamente a las condiciones térmicas, la
ventilación y la calidad del aire interior, ya que exige una
serie de sistemas que garanticen ventilar diferentes partes
del edificio.
En cuanto a las NTE, éstas no eran de carácter obligatorio,
pero servían como desarrollo operativo de las Normas
Básicas de la Edificación. Entre las mismas destacan, dentro
de Instalaciones de Salubridad, las normas “ISH Humos y
Gases” y “ISV Ventilación” [5]. En ellas se describen las
instalaciones (aberturas, conductos, etc.) que se recomiendan
incluir para cumplir las exigencias de las Normas Básicas.
El 6 de mayo de 2000 entra en vigor la Ley de Ordenación
de la Edificación, Ley 38/1999 del 5 de noviembre [6]. Esta
ley tiene como objetivo regular los aspectos esenciales del
proceso de edificación. Básicamente, se establecen las
garantías necesarias para el correcto desarrollo del proceso
de edificación, y garantizar la calidad del edificio mediante
el cumplimiento de los requisitos básicos de los edificios. En
la disposición final segunda, la Ley de Ordenación de la
Edificación autoriza al Gobierno para la aprobación de un
Código Técnico de la Edificación [7]. Este documento debe
establecer las exigencias que deben cumplir los edificios en
cuantos a aspectos referentes a la seguridad y habitabilidad.
El último Reglamento de Instalaciones Térmicas de los
Edificios, antes del Código Técnico de la Edificación, se
aprobó el 31 de julio de 1998 mediante el Real Decreto
1751/1998 [8]. Con este reglamento se pretendía establecer
las condiciones que deben cumplir las instalaciones térmicas
de los edificios, los cuales tienen como objetivo mantener el
bienestar térmico e higiene demandados mediante un uso
sostenible de la energía, teniendo en cuenta tanto aspectos
económicos como medioambientales.
II. NUEVA NORMATIVA
El Código Técnico de la Edificación (en adelante CTE) se
aprueba mediante el Real Decreto 314/2006, modificado por
el Real Decreto 1371/2007 y corregido por la publicación
realizada en el Boletín Oficial del Estado (B.O.E.) del 25 de
enero de 2005.
Con esta norma se renueva el marco legal, ya obsoleto,
vigente en el Estado español buscando integrarse dentro del
contexto Europeo. Este documento se plantea con un
enfoque basado en objetivos o prestaciones, siendo estos las
exigencias que han de cumplir el edificio o sus partes y las
características de sus materiales, productos o sistemas. Este
nuevo enfoque corresponde al empleado por los principales
organismos oficiales internacionales relacionados con los
códigos de edificación.
Dentro de este nuevo marco normativo, el CTE es la
piedra angular de cualquier proyecto de edificación para
cumplir con los requisitos básicos de la edificación
establecidos por la Ley de Ordenación de la Edificación
(LOE), y garantizar la seguridad y bienestar de las personas
y proteger el medio ambiente.
El Reglamento de Instalaciones Térmicas de los Edificios
de 2007 (en adelante RITE 2007) es un documento asociado
al CTE, con el que se completa la normativa correspondiente
a la ventilación y calidad del aire interior, además de otros
aspectos que no se desarrollan en este trabajo. Cabe señalar
que en el RITE 2007 se hace referencia a normas
complementarias y que son también de obligado
cumplimiento.
III. EXIGENCIAS DEL CÓDIGO TÉCNICO DE LA EDIFICACIÓN Y
RITE 2007
A continuación se describen los principales puntos
relativos a la ventilación y la calidad del aire interior tanto
del CTE como del RITE 2007.
A. Exigencias del Código Técnico de
CTE.
la
Edificación
Los procedimientos para la acreditación del cumplimiento
de las exigencias hechas por el CTE están especificados en
unos apartados del mismo denominados “Documentos
Básicos”. Entre estos, el “Documento Básico HS de
Salubridad” en su Sección 3 define precisamente el
procedimiento de verificación para determinar el
cumplimiento de las exigencias en cuanto a calidad del aire
en edificios de viviendas:





Cumplimiento de los caudales exigidos en la tabla
1.
Cumplimiento de las condiciones de diseño del
sistema de ventilación.
Cumplimiento de las condiciones de dimensionado
relativos a los elementos constructivos.
Cumplimiento de las condiciones de los productos
de construcción.
Cumplimiento de las condiciones de construcción.
CCIA’2008
3
Tabla 1. Caudales de ventilación mínimos exigidos por CTE.

Cumplimiento de las condiciones de mantenimiento
y conservación.
Entre estos requisitos, exceptuando el primero de ellos y
gran parte del segundo, el resto puede ser comprobado
mediante inspecciones rutinarias. En cambio, el
cumplimiento de los caudales exigidos en la tabla 1 es un
problema que se presenta complicado de resolver, creando
una gran incertidumbre en la determinación del
cumplimiento de esta sección del CTE. Además, con el
agravante del enfoque prestacional, ya que pudieran
adoptarse distintas soluciones para un mismo problema
aumentando aún más la incertidumbre del cumplimiento de
esta sección. Hay que tener en cuenta que, la exigencia de
estos caudales de ventilación supone una gran novedad
dentro de la normativa española con respecto a la situación
anterior, por lo que ha creado una gran preocupación en la
comunidad de proyectistas e instaladores de sistemas de
ventilación.
Además de los caudales exigidos, el segundo de los
requisitos impone una serie de aberturas para comunicar los
locales que componen la vivienda entre si, y en el caso de
utilizar ventilación híbrida, también con el exterior,
definiendo unas aberturas de admisión. Con ello, se define el
movimiento del aire desde la impulsión o aberturas de
admisión (depende si se trata de ventilación mecánica o
híbrida) hasta las aberturas de extracción a través de las
aperturas de paso. El aire de renovación se introducirá en la
vivienda en los locales limpios, realizándose la extracción en
los locales sucios (cocina y baños). El correcto
funcionamiento del sistema de ventilación supone un
importante reto, que debe comprobarse para determinar el
cumplimiento de esta sección del CTE.
B.
Exigencias del RITE 2007.
En el RITE 2007 se definen exigencias para mantener
unas adecuadas condiciones térmicas del ambiente. Se
considera que se cumple la exigencia de calidad térmica del
ambiente si los parámetros que definen el bienestar térmico
se mantienen, en la zona ocupada, dentro de los valores que
se presentan a continuación:

Temperatura operativa y humedad relativa
Los valores de diseño para la temperatura operativa y
humedad relativa se fijan en base a la actividad metabólica,
el grado de vestimenta de las personas y el porcentaje
estimado de insatisfechos (PPD) de acuerdo a los valores
listados en la tabla 2.
TABLA 2. VALORES DE DISEÑO PARA LA TEMPERATURA OPERATIVA Y HUMEDAD RELATIVA
SEGUN EL RITE 2007
Estación
Temperatura
operativa
Humedad
relativa
°C
%
Verano
23...25
45...60
Invierno
21...23
40...50
Para otros valores de estos tres parámetros que los listados
en la tabla 2, se propone el procedimiento de cálculo
presentado en la norma UNE-EN ISO 7730 [9] de la
temperatura operativa y humedad relativa como válido.

Velocidad media del aire
La velocidad del aire debe mantenerse dentro de los
límites de bienestar en la zona ocupada. Para ello, debe
tenerse en cuenta la actividad de las personas, su vestimenta,
la temperatura del aire y la intensidad de la turbulencia. La
velocidad media admisible se calcula de la siguiente forma,
para valores “t” de la temperatura entre 20ºC y 27ºC.
a)
Con difusión por mezcla, intensidad de la
turbulencia del 15% y PPD por corrientes de aire
menor que el 15%
CCIA’2008
V =
t
− 0 ,07
100
(m / s)
(1)
b) Con difusión por desplazamiento, intensidad de la
turbulencia del 15% y PPD por corrientes de aire
menor que el 10%
V =
t
− 0 ,10
100
(m / s)
(2)
Para valores distintos de PPD por corrientes de aire, se
considera válido el método de cálculo de las normas UNEEN ISO 7730 y UNE-EN 13779, y el informe CR 1752.

Calidad del aire
En el RITE se definen como válidos los requisitos
definidos en la Sección HS 3 del Código Técnico de la
Edificación.
4
El segundo de los métodos se aplica midiendo la velocidad
del aire en difusores, en base a esta velocidad se calcula el
caudal de ventilación. Para medir la velocidad del aire se
puede utilizar un anemómetro de hilo caliente. Para que este
método sea preciso es importante medir correctamente la
velocidad del aire en los difusores, ya que si ésta no es
uniforme en toda la sección del difusor se produce una gran
incertidumbre en el cálculo del caudal de ventilación. Este
problema se puede resolver de distintas formas. La primera
de ellas es dividir la sección total del difusor en secciones
más pequeñas, medir la velocidad del aire y calcular el
caudal en cada una de estas subsecciones, de esta forma se
reduce el error en el cálculo. También se puede utilizar un
tubo Venturi (figura 1), que consiste en una tobera
convergente-divergente la cual relaciona el caudal de aire
que la atraviesa con las presiones aguas arriba y abajo de la
garganta. El propio tubo Venturi provoca una pérdida de
presión en el aire que lo atraviesa introduciendo un error en
la medición, por lo que se pueden utilizar pequeños
ventiladores para compensar este hecho (figura 2). Se trata
de un método más preciso que el anterior.
En cuanto a las instalaciones térmicas, sus parámetros de
funcionamiento deben ser ajustados a los valores indicados
en la memoria del proyecto. El cumplimiento de las fichas
técnicas de los equipos, aparatos y accesorios que componen
los circuitos de la instalación garantiza que estos han sido
ajustados y equilibrados. Para ajustar el sistema de
automatización y control es de obligado cumplimiento la
norma UNE-EN ISO 16484.
IV. METODOLOGÍA E INSTRUMENTACIÓN PARA LA
VERIFICACIÓN DEL CUMPLIMIENTO DE LA NUEVA NORMATIVA
Debido al gran cambio que supone la obligación de
ventilar según los caudales indicados para cada local que
componen la vivienda, y tener que incluir aberturas que
conectan locales entre si, existe una gran incertidumbre a la
hora de garantizar que la normativa a aplicar sea cumplida.
Figura 1. Tubos de Venturi para la medición del caudal de aire en
conductos. a) para entradas y b) para salidas de aire.
En cuanto al nuevo RITE, las exigencias que se presentan
en la misma no suponen un gran cambio con respecto a la
normativa anterior, si se exceptúan las referencias al CTE
que ya han sido comentadas.
Por lo tanto, el punto más importante y que más
problemas causa al diseñador-proyectista de sistemas de
ventilación es el que se refiere al CTE en su Documento
Básico de Salubridad HS 3.
Existen diferentes métodos [10] para determinar el caudal
de ventilación en un local, el más simple de ellos, y por lo
tanto el más inexacto, es el método de la rendija. Se trata del
método que se utiliza si ninguno de los demás métodos que
se presentan en este texto es aplicable. Es un método
numérico que consiste en determinar el caudal de ventilación
en base a la longitud y grosor de las rendijas del local y a la
velocidad y orientación del movimiento del aire en los
cerramientos que limitan el local.
Figura 2. Tubo de Venturi con compensación de pérdida de presión.
El tercero de los métodos se denomina el método de la
medición de velocidad del aire en conductos de impulsión, se
trata del método más preciso entre los presentados hasta el
momento. Se basa igualmente en la medición de la velocidad
del aire mediante anemómetros, pero estas mediciones se
realizan en conductos de ventilación, por lo que en una
vivienda normal, en general no es aplicable. El caudal de
CCIA’2008
ventilación se calcula mediante el mismo procedimiento
descrito anteriormente.
El método mediante la utilización de gases trazadores es el
método más preciso para medir la ventilación de un local.
Además de caudales de ventilación, se pueden determinar
parámetros como la edad media del aire en un punto o en el
local entero, entre otros. Básicamente, consiste en la
dispersión del gas trazador en el local y la medición de la
evolución de su concentración en tiempo real en diferentes
puntos del mismo. Mediante desarrollos matemáticos se
relacionan las mediciones de concentraciones del gas
trazador durante el periodo de muestreo, con el caudal de
ventilación durante ese mismo periodo. El gas trazador
utilizado debe cumplir una serie de requisitos, los más
importantes son los siguientes:





Tiene que ser químicamente estable.
Su uso no debe ser peligroso para la salud y
seguridad de las personas, t tampoco debe causar
disconfort.
No debe ser un constituyente normal del aire, para
que las lecturas de concentración no se vean
alteradas.
Debe ser fácil de medir a bajas concentraciones en
periodos cortos de tiempo.
Bajo costo.
La precisión del caudal de ventilación obtenido se define
en un 10% del valor real, si se sigue el procedimiento
establecido y se cumplen los requisitos necesarios [11].
A partir de las descripciones de los métodos presentados
se concluye que, el método preferible es el método de gases
trazadores, ya que se trata del más preciso, permite
determinar una serie de parámetros adicionales que permiten
completar la información sobre la ventilación del local y
además se tiene en cuenta la contribución de las filtraciones
de aire que pudieran producirse en la vivienda. Siendo esto
así, cabe señalar el elevado precio de este tipo de equipos,
por lo que cuando no se disponga del mismo se aconseja
utilizar el método de velocidad del aire en difusores de aire,
quedando fuera del alcance de este la capacidad de
determinar el flujo por filtración.
El método mediante gases trazadores presentado en la
norma UNE-EN ISO 12569 es aplicable para un único local.
No obstante, el CTE exige, además de caudales de
ventilación en cada local, la presencia de aberturas que
conectan los distintos locales que componen una vivienda y
que el movimiento de aire del aire se produzca en un sentido
determinado a través de los mismos. Para verificar todo esto,
es necesario evaluar la ventilación de los locales en su
conjunto. Esto se puede llevar a cabo mediante la utlización
del método mediante gases trazadores aplicando varias zonas
simultaneamente. Este método se basa en el mismo
fundamento descrito anteriormente, la diferencia está en que
es necesario utilizar un gas trazador distinto para cada uno
de los locales que componen la vivienda [12].
5
Estas mediciones se realizan en un periodo determinado
del año, y tienen una duración determinada. Esto hace que
los valores de caudales de ventilación que se obtienen
dependan de las condiciones metereológicas, de la actividad
y las condiciones de operación de la vivienda en el periodo
en el que se realizen las mediciones.
Las condiciones metereológicas tienen una gran
influencia, tanto en el valor del caudal de ventilación como
en el sentido del movimiento del aire a través de aberturas a
colocar en cada uno de los locales de la vivienda. Por ello, es
necesario registrar las condiciones ambientales durante el
periodo en el que se realizan las mediciones para interpretar
las mediciones.
Las condiciones ambientales afectan sobre el edificio en
cuanto a la fuerza de la incidencia del viento y su dirección,
así como la diferencia de temperaturas entre el interior y el
exterior del edificio. Durante el año existen épocas de más o
menos viento, con una u otra orientación, lo cual hace que su
efecto sea variable a lo largo del año, pudiendo favorecer la
ventilación durante ciertos meses del año e ir en contra de la
misma en otros. Debe tenerse en cuenta incluso la altura de
la vivienda en el edificio analizado, ya que la capa límite del
viento hace que su velocidad sea variable con la altura,
dependiendo ésta de la rugosidad y la densidad del
construcción del terreno.
En cuanto a la diferencia de temperaturas, a mayor
diferencia mayores son la fuerzas de flotación que se
presentan, aumentando el movimiento de aire. Obviamente
la diferencia de temperaturas depende del clima de la zona
en la que se ubica la vivienda. En zonas climáticas con
grandes cambios de temperatura invierno/verano más
intensa será la variación del comportamiento del aire en la
vivienda largo del año.
Es por tanto importante extender la información recogida
durante el periodo de mediciones al resto del año, ya que no
es viable realizar mediciones durante periodos lo
suficientemente largos como para contemplar todas las
situaciones climáticas posibles, y es necesario comprobar que
las exigencias del CTE en su DB HS 3 son cumplidas bajo
cualquier condición. Para remediar esto, se pueden
programar mediciones durante distintas estaciones del año,
pero se trata de un trabajo igualmente incompleto, además
de ser necesario disponer de la vivienda durante el periodo
de mediciones, con el perjuicio que supone al propietario del
mismo, el cual difícilmente estará dispuesto a ello.
Para resolver este problema existen diferentes modelos de
ventilación implementados en softwares que mediante la
definición de la geometría de la vivienda, la zona climática
en la que se sitúa, la orientación de la vivienda, tipo de
contrucción, etc., permiten ampliar el estudio para el
periodo de tiempo definido por el usuario.
En este tipo de modelos existe una gran incertidumbre a la
hora de definir los parámetros de entrada que necesita el
modelo, por lo que es necesario utilizar mediciones
experimentales para tal fin. Una vez ajustado el modelo y
haber logrado reproducir el comportamiento de la vivienda
CCIA’2008
en cuanto a la ventilación según esas mediciones, se podrá
ampliar el estudio definiendo un año tipo para las
condiciones climáticas.
Este tipo de software dispone de los elementos necesarios
para poder realizar el ajuste y equilibrado de los caudales de
ventilación. Por lo tanto, nos permite completar la
verificación del correcto funcionamiento del sistema de
ventilación e incluso es una herramienta muy útil para el
diseño del mismo.
V. DISTINTOS MODELOS DE VENTILACIÓN Y SU
APLICABILIDAD
Básicamente se pueden clasificar en modelos de
ventilación empíricos, modelos de red, modelos zonales y
modelos basados en la dinámica de fluidos computacional
(CFD). Considerando el orden de citación se puede decir
que, están enunciados según su grado de precisión, así como
según su grado de complejidad. La utilización de cada uno
de ellos dependerá de las necesidades en cuanto a precisión
del usuario.
Modelos empíricos: son modelos que consideran una única
zona (o nodo de presión) para cada vivienda o edificio, lo
cual significa que dicho modelo sólo es capaz de determinar
el caudal de ventilación de la vivienda en su conjunto con
respecto al exterior, sin considerar particiones internas.
Modelos de red: están basados en modelos teóricos que
describen matemáticamente los fenómenos que intervienen
en la ventilación de una vivienda o edificio, lo que los hace
más rigurosos. Existen los llamados modelos unizona y los
modelos multizona que consideran la vivienda compuesta
por distintas zonas, siendo cada una de estas zonas
consideradas tal y como lo hacen los modelos unizona.
Las conexiones entre las distintas zonas de la vivienda y
de estas con el exterior, representan los posibles “caminos”
para el paso del aire que implican una correspondiente
resistencia de paso. Estas últimas pueden ser ventanas,
puertas, grietas en los cerramientos de los locales y
conductos o componentes del sistema de ventilación. El flujo
de aire entre las distintas zonas se calcula aplicando la
siquiente ecuación en cada nodo de presión,
Qi = ki·Δpin (3)
donde el subíndice i representa el camino de aire número i,
k representa el coeficiente de flujo en m 3·s-1·Pa-1 y n el
exponente del flujo (0,5 < n < 1 teóricamente, se comprueba
experimentalmente que 0,6 < n < 0,7).
Debido a la dependencia no-lineal del caudal de
ventilación con respecto a la diferencia de presión entre
nodos, es necesario realizar una serie de iteraciones hasta
resolver el sistema de ecuaciones imponiendo como
condición el cumplimiento del balance de masa.
6
Modelos zonales: son modelos intermedios entre los
modelos de red y los modelos CFD. Consisten en subdividir
las zonas que se definirían mediante un modelo de red. En
cada una de las subzonas macroscópicas se aplican
ecuaciones de conservación de masa y energía, así como
ecuaciones de conservación del momento o ecuaciones
simplificadas que definen el comportamiento del flujo de
aire en el interior de cada zona [13].
Modelos CFD: están basados en la resolución de las
ecuaciones fundamentales de conservación de la masa, del
momento y la energía, en cada una de las subdivisiones
microscópicas que componen el dominio computacional. Al
igual que los modelos zonales, son capaces de predecir la
velocidad del aire y temperatura del aire y la concentración
de contaminantes en cada una de las subdivisiones, tanto
para estados estacionarios como transitorios. Esto supone un
gran coste computacional, por lo que el desarrollo de la CFD
está intimamente ligado con la potencia de cálculo, y el
desarrollo de ordenadores cada vez más rápidos. Cabe
señalar que este coste computacional se incrementa al
aumentar el número de subdivisiones, lo que, a su vez
también aumenta la presición de los resultados.
Entre los distintos modelos existentes, ya se ha señalado
que su validez dependerá de lo que se requiera del mismo.
Obviamente, el objetivo es verificar el cumplimiento de las
exigencias definidas en el DB HS 3.
Para ello, y teniendo en cuenta la necesidad de determinar
el flujo de aire intercambiado por cada local con el resto de
los locales, podemos descartar tanto los modelos empíricos
como los modelos de red unizona. Quedando por tanto los
modelos de red multizona, los modelos zonal y los modelos
CFD.
Los modelos zonales y los modelos CFD suponen un
esfuerzo computacional elevado en comparación con los
modelos de red multizona. La precisión de los resultados
aumenta a medida que se realiza un análisis más detallado
mediante modelos más complejos, aumentando a su vez el
coste computacional, lo cual los hace inviables para el
estudio de la ventilación a lo largo de un año tipo. Por lo
tanto, a efectos del cumplimiento del DB HS 3 del CTE la
mejor opción es la resolución de un modelo de red
multizona.
La utilización de modelos zonales y CFD se justifica
cuando se pretenda determinar el cumplimiento del RITE en
el caso del diseño de nuevos sistemas de ventilación o
climatización, así como determinar zonas con poca
renovación de aire y alta concentración de contaminantes.
Este tipo de modelos permiten determinar los valores de las
magnitudes definidas por el RITE 2007. De todas formas,
varios software basados en modelos de red multizona pueden
integrar módulos para la resolución de modelos zonales y
CFD. Siendo esto así, es posible abordar el estudio de la
ventilación en una vivienda mediante la utilización de
modelos de red multizona, integrando estos módulos para el
análisis detallado de locales concretos dentro de la vivienda
(cocinas y baños, por ejemplo).
CCIA’2008
VI. DEFINICIÓN DEL MODELO, CONDICIONES DE CONTORNO Y
VALIDACIÓN
7
que, debido a la inferior calidad en la ejecución de la
instalación en una vivienda real, los valores para el mismo
componente en ensayos realizados en laboratorio e in situ
presentan diferencias significativas.
Para que la solución de los cálculos realizados mediante
cualquiera de los modelos citados represente fielmente el
comportamiento del aire en la vivienda analizada, es
necesaria la correcta definición del modelo. Para ello, es
preciso utilizar las mediciones realizadas en la vivienda
objeto de estudio, en caso de que ésta haya sido construída, y
si se trata de un proyecto en fase de diseño, se tendrán en
cuenta estudios realizados en viviendas de similares
características.
En cuanto a la determinación de los valores k y n de las
particiones interiores, se definen distintos métodos,
utilizando varios ventiladores [16],[17].
La definición de los modelos de red multizona exige
definir los parámetros k y n presentados en la ecuación (3).
Mediante estos parámetros se define la resistencia al paso de
aire entre las zonas que componen la vivienda.
Una vez definido el modelo de la vivienda, mediante su
geometría y la resistencia al paso del aire a través de su
envolvente y a través de las particiones interiores, es
necesario definir las condiciones de contorno para simular la
vivienda. Esto supone fijar los parámetros bajo los cuales
trabaja: condiciones higrotérmicas, ocupación, actividad,
condiciones metereológicas, funcionamiento de equipos
HVAC, etc.
La metodología para la determinación de los valores de
los parámetros k y n de la envolvente del edificio o de los
locales que componen el edificio (viviendas o partes de
viviendas), se define mediante la norma UNE-EN 13829
[14],
también
conocido
como
puerta-ventilador.
Básicamente, consiste en aplicar una diferencia de presión
entre el interior y el exterior de la vivienda mediante un
ventilador, midiendo la diferencia de presiones y conociendo
el caudal de ventilación necesario para conseguirla se
calculan estos dos parámetros.
Aplicando una serie de diferencias de presión, para
diferentes caudales de ventilación será posible construir una
gráfica del tipo mostrado en la figura 4.
Existen valores tabulados presentados por asociaciones
como ASHRAE y AIVC [18],[19] para definir estos
parámetros en los elementos considerados (particiones,
ventanas, puertas,..), que a falta de datos más fiables,
pueden ser utilizados.
El siguiente paso será validar el modelo construído. Esto
supone que el modelo sea capaz de reproducir el
comportamiento del aire para unas condiciones de
referencia. Para ello, es necesario utilizar datos
experimentales, que habrán sido obtenidos mediante la
aplicación de lo métodos para la determinación de los
caudales de ventilación de cada local que compone la
vivienda.
Para tal verificación también pueden utilizarse los
mediciones realizadas mediante el método puerta-ventilador.
VII. PRINCIPALES SOFTWARES DE VENTILACIÓN MULTIZONA
Considerando los modelos de red multizona, en este
apartado se presentan los más importantes y se definen sus
principales características.
A. Aiolos
Figura 4. Variación típica del caudal de ventilación a distintos niveles de
diferencia de presión en una medición con puerta-ventilador
En el caso de analizar un componente (ventanas, puertas,
etc.), esto puede hacerse en laboratorio o in situ. En ambos
casos, es necesario crear una diferencia de presión entre las
dos caras del componente y realizar mediciones para
determinar el caudal necesario para ello. Para la
determinación de la resistencia al paso del aire de puertas y
ventanas exteriores la organización ASTM define un
procedimiento [15]. Las mediciones realizadas en
laboratorio resultan ser más precisas, con la desventaja de
Está basado en algoritmos de Passport-Air, herramienta de
análisis del movimiento de aire desarrollado a través del
programa de investigación Pascool. Se trata de un modelo
desarrollado dentro del programa ALTENER (Energy
Programme of the Europoean Commision), fue creado para
analizar la ventilación natural en edificios [13]. Con Aiolos
es posible, además calcular flujos de aire en cada uno de los
locales simulados, realizar análisis de sensibilidad de
parámetros específicos de forma automática, también
dispone de una herramienta para la optimización de las
aberturas externas según valores de caudal de ventilación
definidos por el usuario. Todos estos cálculos pueden
realizarse para distintos periodos de tiempo, desde días hasta
años completos.
CCIA’2008
La definición de la resistencia al paso del aire a través de
la envolvente y las particiones debe hacerse mediante su
geometría, lo cual complica la definición del modelo. Aiolos
no permite la simulación de sistemas HVAC, aunque
mediante el módulo térmico que incorpora, es capaz de
calcular la demanda de calor y de frío según la temperatura
de consigna definida, y determinar el impacto de distintas
estrategias de ventilación natural en el comportamiento
térmico del edificio (considera toda la vivienda como una
única zona para los cálculos térmicos).
B. Comis
Se trata del resultado del trabajo de un grupo de
investigadores especializados en el análisis de las
infiltraciones de aire en edificios, que se formó para analizar
los fenómenos físicos por los que se produce el movimiento
de aire y el transporte de contaminantes en edificios
multizona. A partir de este análisis fueron capaces de
desarrollar módulos para modelar dichos fenómenos e
integrarlos en un software para el análisis multizona de
edificios. Este software es capaz de considerar el flujo de aire
a través de grietas, a través de grandes aperturas y debido a
sistemas HVAC, teniendo en cuenta el transporte de
contaminantes [20].
A diferencia de Aiolos, no es necesario definir las grietas
mediante su geometría, se definen los valores de k y n para
cada conexión entre zonas. La parte de la ventilación
mecánica del programa permite realizar un análisis
detallado de distintas soluciones técnicas, ya que es posible
definir conductos, ventiladores, filtros de aire, dampers,... Su
integración en Trnsys [21] o en EnergyPlus [22], como
módulo de ventilación, permite realizar un detallado
análisis térmico. Además permite la integración de modelos
zonales [23] y modelos CFD [24] para determinar el
comportamiento del aire en el interior de cada zona o local
de la vivienda.
C. Contamw
Se trata de un modelo multizona para el análisis de la
ventilación y de la calidad del aire interior. Es capaz de
predecir el flujo de aire debido a infiltraciones con el
exterior, entre zonas que componen el dominio de estudio,
tanto por ventilación natural como por ventilación mecánica.
Puede determinarse igualmente la dispersión y
concentración de contaminantes como resultado de los flujos
de aire calculados, y valorar el riesgo que supone para los
ocupantes. A diferencia de Comis puede trabajar con un
número ilimitado de contaminantes [25].
Para definir el flujo de aire a través de las conexiones
entre zonas y con el exterior dispone de diferentes modelos
(ley de potencias según ecuación (1), ecuaciones cuadráticas,
modelos definidos por el usuario,...) para que el usuario
determine el más adecuado para cada caso. Como principal
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atractivo presenta la posibilidad de incluir controles, los
cuales mediante modelos de sensores y actuadores permiten
ajustar las características de funcionamiento de sistemas
HVAC en las zonas que componen la vivienda, por ejemplo,
cuando aumenta la concentración de contaminantes en una
zona determinada de la vivienda, mediante estos dispositivos
se detecta el fenómeno y actúan aumentando el caudal de
ventilación de la zona.
Mediante Contamw es posible generar un archivo de datos
para que sea leído por Trnsys mediante el correspondiente
type. Este type genera un archivo en el que se incluyen los
flujos de aire entre zonas y con el exterior, Trnsys utilizará
estos datos dentro de su procedimiento de cálculo. Mediante
el motor Contamx que incluye Contamw, es posible realizar
análisis de sensibilidad y determinar la influencia de los
parámetros que intervienen en el movimiento de aire dentro
de la vivienda.
VIII. CONCLUSIONES
La necesidad de ahorrar energía en las viviendas ha traído
consigo el aumento de la hermeticidad de las mismas. Esto
ha hecho que reduciendo el aire filtrado a través de los
cerramientos del edificio se reduzca, reduciendo a su vez las
pérdidas de energía, siendo el ahorro signiticativo. Como
contrapartida se ha producido un deterioro de las
condiciones de salubridad en las viviendas, por problemas de
humedad, bajos valores de renovación de aire,...
El DB HS 3 del CTE viene a remediar este problema. Para
ello, se establece el enfoque basado en objetivos, de la misma
forma que se realiza en los países más avanzados. Este
enfoque permite una gran libertad en el diseño de los
sistemas, y por lo tanto supone un impulso al desarrollo e
investigación de nuevas soluciones.
Siendo esto así, es importante señalar las dificultades con
las que se encuentra el diseñador-proyectista a la hora de
determinar la validez de las instalaciones según lo exigido
por la nueva legislación, así como la evaluación por parte de
los organismos oficiales de su cumplimiento.
En este trabajo se presenta la metodología a seguir, tanto
por parte del diseñador como por parte del evaluador, para la
verificación del cumplimiento. En ella, se proponen
diferentes pasos para determinar la evolución de la
ventilación a lo largo de un año tipo.
REFERENCIAS
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http://www.codigotecnico.org/index.php?id=29
[2]
B.O.E., LEY 38/1999 de noviembre de Ordenación de la
Edificación, Boletín Oficial del Estado, Número 266, Madrid, 1999.
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los edificios, Madrid, 1977.
CCIA’2008
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[4]
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protección contra incendios en los edificios, Madrid, 1977.
[5]
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Edificación. ISH Humos y Gases y ISV Ventilación, Madrid, 1977.
[6]
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Multizone Model, PhD Thesis, The Queen’s University of Belfast, 2002.
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Madrid, 2008.
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Simulation of Indoor Airflow and Pollutant Transport, CA: Berkeley,
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[8]
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RITE 07, Ministerio de Industria, Turismo y Comercio, Madrid,
1997.
2007.
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[10] R. Díez Vega, Estudio Experimental de la Calidad Ambiental (IEQ) en
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[11] AENOR, UNE-EN ISO 12569 Aislamiento Térmico de los Edificios.
Determinación del Cambio de Aire en Edificios. Método de Dilución
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