El efecto de chimenea o chimenea es el movimiento de aire hacia adentro y hacia afuera de edificios, chimeneas , chimeneas de gases u otros contenedores, como resultado de la flotabilidad del aire . La flotabilidad se produce debido a una diferencia en la densidad del aire de interior a exterior que resulta de las diferencias de temperatura y humedad. El resultado es una fuerza de flotabilidad positiva o negativa. Cuanto mayor sea la diferencia térmica y la altura de la estructura, mayor será la fuerza de flotabilidad y, por tanto, el efecto de chimenea. El efecto chimenea ayuda a impulsar la ventilación natural , la infiltración de aire y los incendios (por ejemplo, el incendio del túnel Kaprun yIncendio de la estación de metro de King's Cross ).
Efecto de pila en edificios
Dado que los edificios no están totalmente sellados (como mínimo, siempre hay una entrada a nivel del suelo), el efecto de chimenea provocará la infiltración de aire. Durante la temporada de calefacción, el aire interior más cálido sube a través del edificio y se escapa por la parte superior, ya sea a través de ventanas abiertas, aberturas de ventilación o agujeros involuntarios en los techos, como ventiladores de techo y luces empotradas. El aire caliente ascendente reduce la presión en la base del edificio, atrayendo aire frío a través de puertas abiertas, ventanas u otras aberturas y fugas. Durante la temporada de enfriamiento, el efecto de la chimenea se invierte, pero generalmente es más débil debido a las diferencias de temperatura más bajas. [1]
En un moderno edificio de gran altura con una bien sellado el sobre , el efecto de chimenea puede crear diferencias significativas de presión que se debe dar consideración de diseño y puede ser necesario abordar con sistema mecánico de ventilación . Los huecos de escaleras, huecos, ascensores y similares tienden a contribuir al efecto de chimenea, mientras que las particiones interiores, los pisos y las separaciones contra incendios pueden mitigarlo. Especialmente en caso de incendio, el efecto de chimenea debe controlarse para evitar la propagación del humo y el fuego, y para mantener condiciones favorables para los ocupantes y los bomberos. [2] Si bien los métodos de ventilación natural pueden ser efectivos, como la instalación de salidas de aire más cerca del suelo, a menudo se prefiere la ventilación mecánica para estructuras más altas o en edificios con espacio limitado. La extracción de humo es una consideración clave en las nuevas construcciones y debe evaluarse en las etapas de diseño. [3]
El incendio de la Torre Grenfell , como resultado del cual murieron 71 personas, [4] se vio agravado en parte por el efecto de chimenea. Una cavidad entre el revestimiento exterior de aluminio y el aislamiento interior formaba una chimenea y empujaba el fuego hacia arriba. [5] [6]
Efecto de chimenea en chimeneas y chimeneas de humos
El efecto de chimenea en las chimeneas de gases de combustión industriales es similar al de los edificios, excepto que implica gases de combustión calientes que tienen grandes diferencias de temperatura con el aire ambiente exterior. Además, una chimenea de gases de combustión industrial típicamente proporciona poca obstrucción para los gases de combustión a lo largo de su longitud y, de hecho, normalmente se optimiza para mejorar el efecto de chimenea y reducir los requisitos de energía del ventilador.
Las grandes diferencias de temperatura entre el aire exterior y los gases de combustión pueden crear un fuerte efecto de chimenea en las chimeneas de los edificios que utilizan una chimenea para calefacción.
Antes del desarrollo de los ventiladores de gran volumen, las minas se ventilaban mediante el efecto chimenea. Un pozo abatido dejaba entrar aire a la mina. Al pie del pozo elevado, se mantenía encendido continuamente un horno. El pozo (comúnmente de varios cientos de metros de profundidad) se comportaba como una chimenea y el aire se elevaba a través de él, llevando aire fresco por la pila abatida y alrededor de la mina.
Causa del efecto pila
Existe una diferencia de presión entre el aire exterior y el aire dentro del edificio causada por la diferencia de temperatura entre el aire exterior y el aire interior. Esa diferencia de presión ( ΔP ) es la fuerza impulsora del efecto de chimenea y se puede calcular con las ecuaciones que se presentan a continuación. [7] [8] Las ecuaciones se aplican solo a edificios donde el aire está tanto dentro como fuera de los edificios. Para edificios de uno o dos pisos, h es la altura del edificio. Para edificios de varios pisos y gran altura, h es la distancia desde las aberturas en el nivel de presión neutral (NPL) del edificio hasta las aberturas superiores o las aberturas más bajas. La referencia [7] explica cómo afecta la NPL al efecto de chimenea en edificios de gran altura.
Para chimeneas y chimeneas de gases de combustión, donde el aire está en el exterior y los gases de combustión en el interior, las ecuaciones solo proporcionarán una aproximación y h es la altura de la chimenea o chimenea de gases de combustión.
Flujo inducido
El caudal de tiro (borrador en inglés británico ) inducido por el efecto de chimenea se puede calcular con la ecuación que se presenta a continuación. [9] [10] La ecuación se aplica solo a edificios donde el aire está tanto dentro como fuera de los edificios. Para edificios de uno o dos pisos, h es la altura del edificio y A es el área de flujo de las aberturas. Para edificios de varios pisos y gran altura, A es el área de flujo de las aberturas y h es la distancia desde las aberturas en el nivel de presión neutra (NPL) del edificio hasta las aberturas más altas o las más bajas. La referencia [7] explica cómo afecta la NPL al efecto de chimenea en edificios de gran altura.
Para chimeneas o chimeneas de gases de combustión, donde el aire está en el exterior y los gases de combustión en el interior, la ecuación solo proporcionará una aproximación. Además, A es el área de flujo de la sección transversal y h es la altura de la chimenea o chimenea de gases de combustión.
dónde: Q = caudal de efecto chimenea (borrador en inglés británico), m 3 / s A = área de flujo, m 2 C = coeficiente de descarga (generalmente se toma entre 0,65 y 0,70) gramo = aceleración gravitacional , 9,81 m / s 2 h = altura o distancia, m T i = temperatura interior media, K T O = temperatura del aire exterior, K
dónde: Q = caudal de tiro de efecto chimenea, pies 3 / s A = área, pies 2 C = coeficiente de descarga (generalmente se toma entre 0,65 y 0,70) gramo = aceleración gravitacional, 32,17 pies / s 2 h = altura o distancia, pies T i = temperatura interior media, ° R T O = temperatura del aire exterior, ° R
Esta ecuación supone que la resistencia al proyecto de flujo es similar a la resistencia de flujo a través de un orificio que se caracteriza por un coeficiente de descarga C .
Ver también
- HVAC (calefacción, ventilación y aire acondicionado)
- Chimenea solar
- Torre de corriente ascendente solar
- Proyecto (caldera)
- Inco Superstack
- Central eléctrica Ekibastuz GRES-2
- Atrapavientos
Referencias
- ^ http://www.mdpi.com/2071-1050/9/10/1731/pdf Resolución de problemas de efecto de pila en un edificio de oficinas de gran altura mediante presurización mecánica | fecha = septiembre de 2017 | fecha-de-acceso = 2020-08-01 | Jung-yeon Yu; Canción de Kyoo-dong; y Dong-woo Cho
- ^ Nota técnica del NIST 1618 , Daniel Madrzykowski y Stephen Kerber, Instituto Nacional de Estándares y Tecnología
- ^ "Simulación de humo: extracción de calor y humo para el diseño de edificios" . SimScale . 2019-04-23 . Consultado el 4 de julio de 2019 .
- ^ "Número de muertos final de la Torre Grenfell: la policía dice que 71 vidas perdidas como resultado de un incendio" . The Guardian . 16 de noviembre de 2017 . Consultado el 16 de noviembre de 2017 .
- ^ "Declaración de la policía cumplida. Actualización: investigación de incendios de la torre Grenfell" . MPS . MPS. 6 de julio de 2017 . Consultado el 6 de julio de 2017 .
- ^ Griffin, Andrew (14 de junio de 2017). "El error fatal cometido en el incendio de la Torre Grenfell" . The Independent . Archivado desde el original el 14 de junio de 2017 . Consultado el 16 de junio de 2017 .
- ^ a b c Magyar, Zoltán. "Clase de Ventilación Natural 2" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 12 de febrero de 2020 . Consultado el 12 de febrero de 2020 .
- ^ "Ventilación del paquete educativo - Clase 3: Ventilación mecánica (forzada)" (PDF) . www.energiazero.org . IDES_EDU / Intelligent Energy Europe. 28 de octubre de 2011 . Consultado el 4 de octubre de 2019 .
- ^ Andy Walker (2 de agosto de 2016). "Ventilación natural" . WBDG - Guía de diseño de todo el edificio . Instituto Nacional de Ciencias de la Edificación . Consultado el 1 de abril de 2020 .
- ^ Steve Irving; Brian Ford; David Etheridge (2010). AM10 Ventilación natural en edificios no domésticos . CIBSE. ISBN 9781903287569.
enlaces externos
- Efecto de acumulación: cuando los edificios actúan como chimeneas: asesor de edificios ecológicos
- Consejo Nacional de Investigación de Canadá - Efectos de acumulación de CBD-104 en edificios
- Simulación de efectos de pila en YouTube