Ventilación por desplazamiento (DV) Es una estrategia de distribución del aire de la habitación en la que el aire exterior acondicionado se suministra a baja velocidad desde los difusores de suministro de aire ubicados cerca del nivel del piso y se extrae por encima de la zona ocupada, generalmente a la altura del techo. [1]
Diseño de sistemas
Un sistema de ventilación de desplazamiento típico, como uno en un espacio de oficina, suministra aire frío acondicionado desde una unidad de tratamiento de aire (AHU) a través de un difusor de aire de baja inducción. Los tipos de difusores varían según la aplicación. Los difusores se pueden colocar contra una pared ("montados en la pared"), en la esquina de una habitación ("montados en una esquina") o sobre el piso, pero no contra una pared ("independientes"). [2] El aire frío se acelera debido a la fuerza de flotación , se esparce en una capa delgada sobre el piso, alcanzando una velocidad relativamente alta antes de ascender debido al intercambio de calor con fuentes de calor (por ejemplo, ocupantes, computadoras, luces). [3] Al absorber el calor de las fuentes de calor, el aire frío se vuelve más cálido y menos denso. La diferencia de densidad entre el aire frío y el aire caliente crea flujos convectivos ascendentes conocidos como plumas térmicas . En lugar de funcionar como un sistema autónomo en el espacio interior, el sistema de ventilación por desplazamiento también se puede acoplar a otras fuentes de refrigeración y calefacción, como techos refrigerados radiantes [4] o calefacción de zócalo. [1]
Historia
La ventilación por desplazamiento se aplicó por primera vez en un edificio industrial en Escandinavia en 1978 y, desde entonces, se ha utilizado con frecuencia en aplicaciones similares, así como en espacios de oficinas, en toda Escandinavia. [1] En 1989, se estimó que la ventilación por desplazamiento comprendía el 50% en aplicaciones industriales y el 25% en oficinas dentro de los países nórdicos. [5] Las aplicaciones en los Estados Unidos no se han extendido tanto como en Escandinavia. Se han realizado algunas investigaciones para evaluar la practicidad de esta aplicación en los mercados de EE. UU. Debido a los diferentes diseños de espacios típicos [1] y su aplicación en climas cálidos y húmedos, así como también investigaciones para evaluar la calidad ambiental potencial interior y los beneficios de ahorro de energía de esta. estrategia en los Estados Unidos y en otros lugares.
Aplicaciones
La ventilación por desplazamiento se ha aplicado en muchos edificios famosos como el Aeropuerto Internacional Suvarnabhumi en Bangkok, Tailandia, el edificio del Centro de Proyectos de Vuelo del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, [6] [7] y el Aeropuerto Internacional de San Francisco [8] [9] Terminal 2 entre otras aplicaciones.
Características generales
Distribución del flujo de aire
Las columnas térmicas y el suministro de aire de los difusores, que determina la velocidad del flujo de aire a nivel del suelo, juegan un papel importante en los sistemas DV. Es necesario ajustar cuidadosamente la tasa de flujo de aire del difusor para evitar corrientes de aire.
Tipo de acondicionamiento
Debido a las propiedades únicas de la estratificación térmica, la ventilación por desplazamiento se usa típicamente para enfriar más que para calentar. En muchos casos, se utiliza una fuente de calefacción separada, como un radiador o un zócalo, durante los períodos de calefacción. [1]
Requerimiento de espacio
La ventilación por desplazamiento es más adecuada para espacios más altos (más de 3 metros [10 pies]). [2] La ventilación de mezcla estándar puede ser más adecuada para espacios más pequeños donde la calidad del aire no es una gran preocupación, como oficinas de un solo ocupante, y donde la altura de la habitación no es alta (por ejemplo, menos de 2,3 metros [7,5 pies]) . [2]
Beneficios y limitaciones
Malestar local: diferencia de temperatura vertical y corrientes de aire
Los sistemas de ventilación por desplazamiento son más silenciosos que los sistemas aéreos convencionales con una mejor eficiencia de ventilación. Por lo tanto, podría mejorar la calidad del aire interior y proporcionar un entorno acústico deseable. Los sistemas de ventilación por desplazamiento son apropiados en espacios donde se requiere una alta ventilación, como aulas, salas de conferencias y oficinas.
La ventilación por desplazamiento puede ser una causa de incomodidad debido al gran gradiente de temperatura vertical y a las corrientes de aire. [10] Según la investigación de Melikov y Pitchurov, las sensaciones de frío causadas por la diferencia de temperatura vertical y la corriente de aire generalmente ocurren en la región de la parte inferior de la pierna / tobillo / pies, mientras que se informan sensaciones cálidas en la cabeza. [11] La investigación también indica que el modelo de calificación preliminar podría predecir el riesgo de sequía con buena precisión en habitaciones con sistemas de ventilación por desplazamiento.
Existe una compensación inherente a estos dos problemas: al aumentar el caudal (y la capacidad de eliminar mayores cargas térmicas), se puede reducir el gradiente de temperatura vertical, pero esto podría aumentar el riesgo de corrientes de aire. [1] Emparejar la ventilación por desplazamiento con techos radiantes refrigerados es un esfuerzo para mitigar este problema. [12] Según algunos estudios, los sistemas de ventilación por desplazamiento solo pueden proporcionar un confort aceptable si la carga de refrigeración correspondiente es inferior a aproximadamente 13 Btu / h-sf o 40 W / m 2 .
Calidad del aire interior
Un beneficio de la ventilación por desplazamiento es posiblemente la calidad superior del aire interior que se logra al expulsar el aire contaminado de la habitación. Se logra una mejor calidad del aire cuando la fuente de contaminación es también una fuente de calor. [1] [2]
Recientemente se ha investigado la eficacia de la ventilación por desplazamiento para eliminar partículas contaminantes. [13] [14] Con frecuencia se liberan pequeñas gotas acuosas que contienen núcleos infecciosos en las habitaciones de los hospitales y otros espacios interiores, y tienden a asentarse en el aire ambiente a una velocidad del orden de 1 a 10 mm / s típicamente. En climas o estaciones frías, se extraen gotas suficientemente pequeñas de la parte superior de un espacio ventilado por desplazamiento si la velocidad media del aire ascendente excede la velocidad de sedimentación de las partículas. Sin embargo, los experimentos de laboratorio han demostrado que las gotas más grandes pueden asentarse más rápido de lo que se mueve el aire. En este caso, las gotas grandes no se extraen eficazmente de un espacio con ventilación de desplazamiento hacia arriba y su concentración aumenta si se aumenta la tasa de ventilación. [13] En climas o estaciones más cálidas, pueden ocurrir inestabilidades a gran escala en la concentración de contaminantes dentro de un espacio con ventilación de desplazamiento hacia abajo. [14]
Consumo de energía
Algunos estudios han demostrado que la ventilación por desplazamiento puede ahorrar energía en comparación con la ventilación de mezcla estándar, según el tipo de uso del edificio, el diseño / la masa / la orientación y otros factores. [1] Sin embargo, para la evaluación del consumo de energía de la ventilación por desplazamiento, la simulación numérica es el método principal, ya que las mediciones anuales son demasiado caras y requieren mucho tiempo. Por lo tanto, todavía se debate si la ventilación por desplazamiento podría ayudar a ahorrar energía. En general, la ventilación por desplazamiento es atractiva para la región central de un edificio, ya que no se necesita calefacción. Sin embargo, las zonas del perímetro requieren una alta energía de enfriamiento.
Guía de diseño
Se han publicado diferentes pautas para brindar orientación sobre el diseño de sistemas de ventilación por desplazamiento, que incluyen:
- Skistad H., Mundt E., Nielsen PV, Hagstrom K., Railo J. (2002). Ventilación por desplazamiento en Locales No Industriales. Federación de Asociaciones Europeas de Calefacción y Aire Acondicionado. [2]
- Skistad, H. (1994). Ventilación por desplazamiento. Research Studies Press, John Wiley & Sons, Ltd., West Sussex. REINO UNIDO.
- Chen, Q. y Glicksman, L. (2003). Evaluación del desempeño y desarrollo de pautas de diseño para ventilación por desplazamiento. Atlanta: ASHRAE. [1]
Entre las pautas enumeradas anteriormente, la desarrollada por Chen y Glicksman está dirigida específicamente a cumplir con los estándares de EE. UU. A continuación se muestra una breve descripción de cada paso de su guía. [15]
Paso 1) Evaluar la aplicabilidad de la ventilación por desplazamiento
Paso 2) Calcule la carga de enfriamiento de diseño de verano.
Paso 3) Determine el caudal requerido del aire de suministro para el enfriamiento de verano.
Paso 4) Encuentre el caudal de aire fresco requerido para una calidad de aire interior aceptable.
Paso 5) Determine el caudal de aire de suministro.
Paso 6) Calcule la tasa de flujo de aire de suministro.
Paso 7) Determine la relación entre el aire fresco y el aire de suministro.
Paso 8) Seleccione el tamaño y el número del difusor de aire de suministro.
Paso 9) Verifique la situación de la calefacción en invierno.
Paso 10) Estime los primeros costos y el consumo anual de energía.
Lista de edificios que utilizan ventilación por desplazamiento (DV)
Edificio | Año | País | Ciudad | Arquitectos | Tipo de espacio |
---|---|---|---|---|---|
Museo Judío de Berlín | 1999 | Alemania | Berlina | Daniel Libeskind | Espacio de exhibición |
Aeropuerto internacional de Bangkok | 2006 | Tailandia | Bangkok | Helmut Jahn de Murphy / Jahn Architects | Terminal de aeropuerto |
Torre Hearst | 2006 | Estados Unidos | Nueva York , NY | Norman Foster de Foster + Partners | Gran espacio público |
Newseum | 2011 | Estados Unidos | Washington DC | Asociación Polshek | Gran espacio público |
Centro médico de Modesto | 2008 | Estados Unidos | Modesto, California | Arquitectos KP | Cuidado de la salud |
Universidad de St. John, St. John's Hall | 1950 | Estados Unidos | Nueva York, NY | desconocido | Entorno de enseñanza |
sala Carnegie | 1891 | Estados Unidos | Nueva York, NY | William Burnet Tuthill | Teatro |
Teatro Samuel J. Friedman | 1920 | Estados Unidos | Nueva York, NY | Herbert J. Krapp | Teatro |
Centro Nacional de Artes Escénicas | 2007 | porcelana | Beijing | Paul Andreu | Teatro |
La ópera de Copenhague | 2004 | Dinamarca | Copenhague | Henning Larsen | Teatro |
Ver también
- Distribución de aire por suelo radiante (UFAD)
Referencias
- ^ a b c d e f g h i Chen, Q .; Glicksman, L. (1999). Evaluación del desempeño y desarrollo de pautas de diseño para la ventilación por desplazamiento . MA .: ASHRAE.
- ^ a b c d e REHVA. (2002). Ventilación por desplazamiento en locales no industriales. Federación de Asociaciones Europeas de Calefacción y Aire Acondicionado.
- ^ Novoselac, Atila; J., Srebric (junio de 2002). "Una revisión crítica sobre el rendimiento y el diseño de sistemas combinados de ventilación por desplazamiento y techo refrigerado". Energía y Edificación . 34 (5): Energía y Edificación. doi : 10.1016 / S0378-7788 (01) 00134-7 .
- ^ Schiavon, Stefano; Bauman, F .; Tully, B .; Rimmer, J. (2012). "Estratificación del aire ambiente en techos refrigerados combinados y sistemas de ventilación por desplazamiento". HVAC & R Research . 18 (1): 147-159. S2CID 55305722 .
- ^ Svensson, AGL (1989). "Experiencias órdicas de sistemas de ventilación por desplazamiento". Transacciones ASHRAE . 95 (2).
- ^ "Edificio ecológico fuera de este mundo de la NASA - Exclusivas web - Revista EDC" . edcmag.com . Archivado desde el original el 22 de enero de 2013 . Consultado el 9 de diciembre de 2010 .
- ^ https://www.energystar.gov/sites/default/uploads/buildings/old/files/50_Flight_Project_508.pdf
- ^ https://www.usgbc.org/articles/san-francisco-airport-aims-achieve-zero-net-energy-usgbc-northern-california
- ^ https://medium.com/the-fourth-wave/zero-energy-green-building-in-a-data-enlightened-era-70c84300df4c
- ^ Estándar 55 de ANSI / ASHRAE (2002). Condiciones ambientales térmicas para la ocupación humana
- ^ Melikov, Arsen; Pitchurov, G .; Naydenov, K .; Langkilde, G. (junio de 2005). "Estudio de campo del confort térmico de los ocupantes en habitaciones con ventilación por desplazamiento". Aire interior . 15 (3): 205–214. doi : 10.1111 / j.1600-0668.2005.00337.x . PMID 15865620 .
- ^ Loveday, DL; Parsons, KC; Taki, AH; Hodder, SG (julio de 2002). "Entornos de ventilación por desplazamiento con techos fríos: diseño de confort térmico en el contexto de la BS EN ISO7730 versus debate adaptativo". Energía y Edificación . 34 (6): 573–579. doi : 10.1016 / S0378-7788 (02) 00007-5 .
- ^ a b Woods, Andrew W .; Mingotti, Nicola (junio de 2015). "Sobre el transporte de partículas pesadas a través de un espacio ventilado por desplazamiento hacia arriba" . Revista de Mecánica de Fluidos . 772 : 478–507. doi : 10.1017 / jfm.2015.204 . ISSN 0022-1120 .
- ^ a b Woods, Andrew W .; Mingotti, Nicola (julio de 2015). "Sobre el transporte de partículas pesadas a través de un espacio ventilado por desplazamiento descendente" . Revista de Mecánica de Fluidos . 774 : 192-223. doi : 10.1017 / jfm.2015.244 . ISSN 0022-1120 .
- ^ Chen, Q; Glicksman, LR (1 de enero de 2003). Evaluación del rendimiento del sistema y pautas de diseño para la ventilación por desplazamiento . Atlanta: Sociedad Estadounidense de Ingenieros de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado, Inc. ISBN 978-1931862424.