Repositorio Institucional de Documentos
Abstract
El presente proyecto pretende evaluar con una herramienta informática de cálculo y simulación para CFD (Design Builder), si la disposición en la que se encuentran actualmente los edificios del barrio de Valdespartera en Zaragoza es beneficiosa para la ventilación y si existiera alguna mejora tecnológica que pudiera aplicarse a dichos edificios. Monserrat Hernández, Fernando; Turégano Romero, José Antonio
Full text
Repositorio de la Universidad Trabajo Fin de Máster Análisis CFD del efecto cañón en Eco Valdespartera, su atenuación y efectos en las características de ventilación interna de viviendas según su ubicación y orientación en Fernando Monserrat Hernán José Antonio Turégano Romero Universidad de Zaragoza – Zaguán ht tp://zaguan.unizar.es Trabajo Fin de Máster Análisis CFD del efecto cañón en Eco Valdespartera, su atenuación y efectos en las características de ventilación interna de viviendas según su ubicación y orientación en los edificios. Autor/es Fernando Monserrat Hernán dez Director/es José Antonio Turégano Romero Facultad / Escuela EINA Año 2013 tp://zaguan.unizar.es Trabajo Fin de Máster Análisis CFD del efecto cañón en Eco -Ciudad Valdespartera, su atenuación y efectos en las características de ventilación interna de viviendas según su ubicación y orientación en dez
2 PROYECTO FINAL DE MÁSTER Análisis CFD del efecto cañón en Eco-Ciudad Valdespartera, su atenuación y efectos en las características de ventilación interna de viviendas según su ubicación y orientación en los edificios. RESUMEN El presente proyecto pretende evaluar con una herramienta informática de cálculo y simulación para CFD (Design Builder), si la disposición en la que se encuentran actualmente los edificios del barrio de Valdespartera en Zaragoza es beneficiosa para la ventilación y si existiera alguna mejora tecnológica que pudiera aplicarse a dichos edificios.
3
4 INDICE 1. Introducción (Oportunidad del estudio y antecedentes sobre el efecto cañón) 2. Características del análisis CFD. a. Consideraciones sobre el modelo matemático b. Consideraciones de las parcelas objeto c. Consideraciones sobre el viento i. Introducción ii. Efecto del viento en el confort humano iii. Datos para el estudio 3. Metodología a. Bloques de edificios b. Mallado c. Parámetros de simulación i. Introducción ii. Datos para el estudio iii. Efecto del viento en el confort humano d. Metodología Recomendable para futuros trabajos i. Mallado ii. Simulación 4. Resultados a. Para dirección de viento: 293º b. Para dirección de viento: 315º c. Para la velocidad más probable (4m/s) y viento a 293º d. Para la velocidad más probable (4m/s) y viento a 315º e. Para un viento de orientación coincidente con la orientación de los bloques (285º) y velocidad 10 m/s f. Ventilación Interna i. Ventilación Forzada ii. Ventilación Natural iii. Ventilación en los Edificios de Valdespartera 5. Conclusiones. 6. Bibliografía.
5
6 1. Introducción (Oportunidad del estudio y antecedentes sobre el efecto cañón) La circulación de aire y la distribución de temperatura dentro de los cañones urbanos son valores considerables en el consumo de energía en edificios, estudios de dispersión de contaminante, e intercambio de calor y masa entre los edificios y el cañón de aire son por tanto de interés en estudios en el potencial energético de las técnicas de ventilación natural para edificios, confort en los ciudadanos, etc. Los patrones de flujo que se desarrollan alrededor de los edificios rigen la distribución de presión y, en consecuencia, la distribución de la concentración de contaminantes en un medio ambiente construido. La gran mayoría de los estudios se centran en los procesos físicos en un único cañón de la calle, es decir, la distribución de la concentración se representa como una función de la idealizada característica geométrica de calle de tipo cañón, de la dirección y velocidad del viento En su origen se planificó la disposición de los edificios de modo que se suavizara el efecto cañón en los espacios comunes en el interior de las parcelas ocupadas por tres bloques, dos paralelos con orientación aproximada E-O y el tercero haciendo barrera por orientación perpendicular a los anteriores. El presente proyecto pretende evaluar con la herramienta de cálculo para CFD Design Builder si la disposición anterior cubre los objetivos propuestos y si existiera alguna mejora de fácil aplicación. Por otra parte la ventilación, en particular la nocturna define una de las estrategias básicas para un comportamiento de los edificios en verano. El objetivo al respecto es identificar el impacto que supone la metodología elegida en cuanto a ventilación.
7 2. Características del análisis CFD. En el presente apartado se van a enunciar en primer lugar, las consideraciones sobre el modelo matemático utilizado; en segundo lugar, se propondrán los datos e información de las parcelas sobre las que se realizará el análisis y las consideraciones e hipótesis tomadas para la realización de la simulación. a. Consideraciones sobre el modelo matemático. El modelo matemático que se utilizará será el k-ε. Es uno de los modelos de turbulencia más comunes, a pesar que simplemente no logra buenos resultados en casos de grandes gradientes de presión adversos. Se trata de un modelo de dos ecuaciones, lo que significa, que incluye dos ecuaciones de transporte adicionales para representar las propiedades turbulentas del flujo. La primera variable es la energía cinética turbulenta. La segunda variable es en este caso la disipación turbulenta. Esta es la variable que determina la escala de la turbulencia, mientras que la primera variable determina la energía en la turbulencia. El modelo k-ε ha demostrado ser útil para los flujos de la capa de corte libre con gradientes de presión relativamente pequeños. Del mismo modo, para flujos de la pared interna y limitada, el modelo da buenos resultados solo en los casos en que significa gradientes de presión son pequeños, la precisión se ha demostrado experimentalmente que se reduce para los flujos que contiene grandes gradientes de presión adversos. Uno podría inferir entonces que el modelo k-ε sería una elección apropiada para problemas tales como entrada de aire y compresores. • Modelo estándar k-ε. Un modelo tridimensional de flujo ha sido establecido usando el estado de equilibrio incompresible, las ecuaciones de Navier-Stokes junto con la ecuación de continuidad y la ecuación de conservación de los contaminantes. El modelo de la ecuación de Navier Stokes (RANS) (Kato et al., 2003; Davidson and Olsson, 1998). Donde,
8 y son las tensiones de Reynolds y de flujos contaminantes, respectivamente; v es la viscosidad laminar; D es la difusividad laminar; vt es la viscosidad turbulenta, k es la energía cinética turbulenta; σC es el numero de Schmidt turbulento. Las ecuaciones (1) (2) y (3) tienen la forma general de las ecuaciones de conservación/ transporte, con similares ecuaciones para los modelos de turbulencia. El modelo de turbulencia k-ε estándar esta resumido en la Tabla 1. Tabla 1. Resumen del modelo de turbulencia k-ε estándar A pesar de éste inconveniente físico, el modelo k-ε estándar de turbulencia es de lejos el modelo de viscosidad turbulenta más utilizado de dos ecuaciones en modelos numéricos de dispersión de los contaminantes del aire en un cañón de calles. Sabiendo que en una configuración compleja de cañones de calles, el área de significante importancia para la salud pública está localizada cerca de una frontera, es decir, el pavimento, el supuesto que ε no requiere condiciones adicionales cerca de los muros provoca un problema significativo. Este modelo de turbulencia se comparo con el modelo k-ε de turbulencia del grupo de renormalización (RNGKE) en un cañón real en la calle, Hope Street en Glasgow (Mumovic and Crowther, 2002). Fue demostrado que el modelo RNGKE se comporta mejor que el estándar kε, por lo tanto es de esperar que, en el caso de configuraciones más complejas, esta diferencia será igualmente importante. Sin embargo, la preocupación ha de ser expresada por la exactitud de éste modelo cuando el número de Reynolds es relativamente baja. El modelo se resume en la Tabla 2.
9 Tabla 2. Resumen del modelo de turbulencia k-ε RNG. Esta modificación de Chen-Kim del modelo k-ε ha sido seleccionada para analizar debido a su éxito de una serie de cálculos de flujos separados (Stevanovic, 2001). El termino ε de producción se divide en dos partes, la primera de las cuales es la misma que para el modelo estándar pero con un coeficiente multiplicador más pequeño, y la segunda, permite al índice de distorsión de turbulencia ‘(G/ε) ejercer una influencia en el índice de producción de ε. El modelo se resume en la Tabla 3. Tabla 3. Resumen de la modificación de Chen-Kim del modelo de turbulencia k-ε. El modelo k-ε (TSKE) de dos escalas ha sido elegido por su capacidad de modelar el proceso de cascada de la energía cinética turbulenta, y para resolver los detalles más complejos, tales como la separación y unión del flujo, que es uno de los principales problemas de el caso de una configuración compleja de cañones de calles. El modelo se resume en la Tabla 4.
16 3. Metodología a. Bloques de edificios Tras importar a design builder un plano de la base superficial de los edificios. Los bloques de edificios se dibujan sobre el plano importado. Tomando alturas de 21metros para los edificios laterales y 23 para los edificios barrera. Imagen 4. Disposición de los bloques en Design Builder b. Mallado Una vez construidos los bloques sobre el plano importado, se procede a la realización del mallado. El mallado es la base de la simulación, ya que en cada vértice de la malla se resolverá una ecuación del modelo k-e, por tanto se deberá realizar correctamente el mallado para que los resultados sean adecuados y validos. En la siguiente imagen se observa una hoja de resultados con un mallado inadecuado. Se nota como esta despegada la línea de presión del edificio. Por tanto la malla será lo suficientemente fina como para evitar estos resultados. Imagen 5. Problemas de un mal mallado
17 A continuación se muestra una imagen de un mallado que sería adecuado. Imagen 6. Mallado sobre los bloques de Valdespartera Se ha utilizado para las partes más alejadas del edificio un mallado creciente porque no reside mucha importancia el calcular ecuaciones de forma concentrada en puntos alejados de los bloques. Se ha afinado la malla proporcionalmente a la cercanía con puntos clave de los bloques, como son las aberturas entre los bloques y las partes frontales y traseras de los edificios, aquí se ha utilizado un mallado uniforme con 1 metro de separación. En las partes laterales de los bloques se han utilizado mallas menos finas que en los puntos clave ya comentados.
18 c. Parámetros de simulación Una vez realizado el mallado sobre el espacio de trabajo, se procede a realizar la simulación CFD, aquí cobra importancia la hipótesis que fijemos en la interfaz de datos que propone Design Builder. Se han fijado las siguientes hipótesis. Lo más importante es fijar el modelo que como ya se ha dicho, será el K-e. Después, en función de las iteraciones que se quieran hacer, o en otras palabras, la calidad de la simulación (menos errores) que se desee, se elegirán más o menos iteraciones. En este estudio se han llevado a cabo alrededor de 2000 iteraciones por lo que se han obtenido resultados de un error menor de 10-3 residuos normalizados. También es importante fijar que variables se quieren estudiar, en este caso la velocidad en los tres ejes y la presión. Las gráficas de desarrollo de las iteraciones de la simulación se pueden observar en la siguiente figura. Imagen 7. Hipótesis de la simulación en Design Builder En la siguiente imagen se muestra el progreso que lleva la simulación con el modelo k-e, donde la gráfica de arriba muestra la evolución de los errores o residuos normalizados que tienen lugar en el modelo para cada una de las iteraciones en las variables. En el caso del
19 estudio, se han tomado valores por debajo de 10-3 por tanto se puede interrumpir la simulación cuando se han alcanzado valores de error tan bajos como estos. En la gráfica de debajo se muestra la evolución de las iteraciones con la presión, que es la variable independiente del modelo. Imagen 8. Gráfica del progreso de la simulación Tras haber realizado esta operación se procede a la visualización de los resultados con planos de corte, de esta forma se pueden observar la influencia del viento en la velocidad y en la presión.
20 d. Metodología Recomendable para futuros trabajos Tras explicar la metodología CFD para el caso de las parcelas del campo de estudio en Valdespartera, se va a proceder a realizar, en este apartado, una metodología que puedan utilizar futuros trabajos de simulación en CFD con Design Builder. Aunque las características de la metodología a emplear varía en función de las necesidades del trabajo en cuanto a calidad de los resultados, o de otra forma el numero de residuos normalizados de la simulación, se va a proceder a formular una metodología para unos requisitos normales en cuanto a esta calidad de resultados, es decir unos resultados de exigencia media. i. Mallado El mallado como ya se ha explicado en el apartado 3 b) es una parte importante del análisis CFD porque establecerá el numero de ecuaciones a resolver en cada uno de los vértices de este y por tanto la calidad de los resultados variaran en función de lo fina que sea la malla. Un correcto uso del mallado sería utilizar mallas más finas en aquellos espacios donde se centra el campo del estudio objeto de la simulación, o aquellos puntos que se puedan estimar un comportamiento atípico del viento. De esta forma, se dejarían partes que no influyen tanto en el estudio con un mallado menos fino. Con esta metodología se consigue una simulación más eficiente en cuanto a tiempo de resolución ya que el sistema no resuelve más ecuaciones de las necesarias para el estudio; esto es muy importante dado que si las características del ordenador o el hardware desde donde se ejecuta Design Builder no son muy buenas, con un mallado realizado de forma eficiente se podría llegar a aprovechar mejor esas características del ordenador y lanzar la simulación exitosamente. Cuando se comienza a editar un mallado, uno ya se encuentra con un mallado creado por defecto, este mallado no es ni mucho menos el más indicado para realizar la simulación. En la siguiente imagen se observa un mallado asignado por defecto. Imagen 9. Mallado por defecto
21 Las características de un ejemplo con unas exigencias medias sería el siguiente. Eje X o Y (Planta del edificio de estudio): Para el mallado que rodea el campo de estudio se utilizara el mallado decreciente o creciente. Para un modelo de exigencias medias se utilizaran en la característica del mallado zonal: Tipo de Espaciamiento: Ley de Incremento de potencia o Ley de Decremento de Potencia. Potencia de espaciamiento: 2,00 Número de Divisiones: 15 Con estas características, el mallado quedaría tal que: Imagen 10. Mallado eficiente XY entorno Para que la simulación muestre resultados en los puntos conflictivos o donde se esperan resultados atípicos de viento, se deberá afinar la malla con las siguientes características, correspondientes a un modelo de exigencias medias: Tipo de Espaciamiento: Uniforme. Dimensión de Espaciamiento (m): 3,00 En la siguiente imagen se observa como quedaría un mallado realizado de forma eficiente en planta:
22 Imagen 11. Mallado eficiente XY Para editar un mallado eficiente en el caso de mallado en el eje Z o en el que represente la altura del edificio sobre el espacio, se han tomado estas características para un modelo de exigencias medias: Tipo de Espaciamiento: Uniforme. Dimensión de Espaciamiento (m): 3,00 En la siguiente imagen se observa como quedaría el mallado final: Imagen 12. Mallado eficiente XYZ
23 En el caso de que el edificio de estudio sea muy alto, el mallado se debería espaciar un poco más siempre y cuando no afecte al objetivo del estudio. ii. Simulación Una vez realizado el mallado de forma óptima según los intereses del estudio, se procede a realizar la simulación, como ya se ha comentado en los apartados anteriores. Las simulaciones tardan en realizarse, ya que depende de las propiedades del ordenador que se utilice y en función del mallado que se haya definido. Al haber realizado el mallado de forma eficiente se ahorraría tiempo de simulación. La característica de la simulación en Design Builder dependerá de los requerimientos del estudio. En la siguiente imagen se observan algunas de las características que Design Builder pregunta al usuario para realizar la simulación: Imagen 13. Modelo de turbulencia El modelo de turbulencia establecerá el método por el cual se va a simular, se pueden elegir dos, el método de viscosidad efectiva constante (en el programa se llama Velocidad efectiva constante), en el cual se tendrán que asignar valores de viscosidad o el modelo K-e por medio del modelo desarrollado anteriormente en el apartado 2 a). En algunas ocasiones utilizar el modelo K-e puede ser un problema. Particularmente cuando hay envueltos flujos de aire de velocidades muy bajas donde su difusión está dominada por la convección y esto puede causar que las velocidades fluctúen de forma diferente al valor medio. En estos casos se puede considerar el modelo de turbulencia de viscosidad efectiva constante con un multiplicador de viscosidad alto pero con este modelo será imposible modelar el transporte de turbulencia.
24 Imagen 14. Método de Diferenciación La siguiente característica es el Método de Diferenciación donde se establecen tres métodos: Contra el Viento: El proceso de cálculo consiste en reemplazar el conjunto de las ecuaciones diferenciales parciales con un conjunto de ecuaciones de diferencias finitas. El enfoque convencional para esto es utilizar la serie de Taylor. Hibrido: Es un método mas computacionalmente complicado (mas requerimientos de memoria para el ordenador) que el método anterior, pero se reduce la difusión numérica a valores altos del número Pi. Ley de Poder: El método de ley de poder es sin duda más preciso que el sistema hibrido pero es mucho más costoso computacionalmente. Por tanto para un estudio de una simulación CFD externa en condiciones de exigencias normales, se utilizará el método Contra el Viento. Imagen 15. Iteraciones El número de iteraciones exteriores se puede modificar una vez acabadas las iteraciones prefijadas, el valor se incrementará si tras la simulación se han obtenido resultados de errores altos (residuos normalizados de más de10-3). Para comenzar en un caso de exigencias normales se partirá con un número de 1.500 iteraciones exteriores.
25 Imagen 16. Condiciones iniciales Las condiciones iniciales, en caso de que no se requieran en el caso de estudio, se mantendrán a 0m/s para un caso de exigencias normales. Imagen 17. Celda de Monitoreo – Despliegue residual En la celda de monitoreo se establecen las variables que se quieren que se muestren en la gráfica de monitoreo, no influye en los resultados pero sirve para analizar el comportamiento de la simulación mientras su ejecución. En la opción de despliegue residual se manifiestan las variables que se mostraran en la grafica de errores o residuos normalizados. En este caso de exigencias normales, se seleccionaran la Velocidad del eje X en Y en Z y la turbulencia KE, se comprobará en la gráfica que dichas variables queden por debajo de 10-3 residuos normalizados. Se eligen estas variables en este caso porque son las que más influyen en los cálculos
32 Además, se reduce también la velocidad de viento en la inclusión de la calle central, donde ahora es homogénea con el resto de espacio entre los edificios protegidos. e. Para un viento de orientación coincidente con la orientación de los bloques (285º) y velocidad 10 m/s Normalmente no se tendrán vientos de esa orientación ya que la roseta de vientos indicaba que la frecuencia oscilaba desde 292,5 a 315º, no obstante se ha realizado una simulación para el caso de 285º para comprobar que resultados se obtendrían y así ver la importancia de la orientación de los bloques de edificios. Imagen 23. Mapa de presiones a) y velocidades b) con orientación del viento a 285º con una velocidad media de viento de 10 m/s Se comprueba que la vena de viento es mayor en el caso de orientación del viento coincidente con la calle central de los edificios que en los otros casos de orientaciones 293º y 315º. a) b) PRESIÓN VELOCIDAD
33 f. Ventilación Interna i. Ventilación forzada Cuando se piensa en la ventilación interna forzada de estos edificios se tiene que tener en cuenta además que las bocas de entrada de aire no estén cerca del perímetro de humos del edificio ya que se podría contaminar el aire de renovación. En la siguiente tabla se observa las velocidades más frecuentes para el correcto funcionamiento del sistema de ventilación. Bocas de captación m/s Habitaciones de residencias y hoteles 1,2 a 2 Zonas públicas comerciales: A niveles de ocupantes en movimiento 3 a 4 Cerca de personas sentadas 2 a 3 Bocas en parte bajas de puertas 2 a 3,5 Persianas en las paredes 2,5 a 5 Captaciones a nivel de techo 4 y más Naves industriales 5 a 10 Sistemas de alta velocidad 2 a 4 Bocas de impulsión m/s Estudios de radiodifusión, cabinas de grabación 1,5 a 2,5 Dormitorios de hotel 2,5 a 3 Residencias, salones regios, restaurantes lujo 2,5 a 3,5 Iglesias, antesalas importantes 2,5 a 3,5 Apartamentos, viviendas 2,5 a 4 Oficinas privadas tratadas acústicamente 2,5 a 4 Teatros 4 Oficinas particulares no tratadas 3,5 a 5 Salas de cine 5 Oficinas públicas, restaurantes 5 a 7 Almacenes comerciales, plantas altas 7,5 Sistemas de alta velocidad 3 a 8 Fábricas 5 a 10 Almacenes comerciales, plantas bajas 10 Tabla 8. Velocidad del aire atendiendo al ruido. (Manual Práctico de ventilación - Soler & Palau )
34 ii. Ventilación natural La ventilación natural, como su propio nombre indica, no requiere el uso de ningún ventilador. Se aprovecha de las condiciones del flujo de viento en el perímetro del edificio que se genera mayormente por la diferencia de temperaturas. Existen diversas técnicas para evitar el uso de ventilación forzada y aprovecharse de las condiciones del viento. Para este caso, los edificios no están preparados para unan ventilación natural de forma general ya que su uso es residencial y tan solo podría realizarse en las zonas comunes. Así que los propios residentes son los que gestionarían individualmente este tipo de ventilación por medio de la conocida ventilación cruzada. Esta consiste en generar aberturas, en este caso ventanas, estratégicamente ubicadas para facilitar el ingreso y salida del viento a través de los espacios interiores de los edificios, considerando la dirección de los vientos dominantes (en este caso Noroeste). La ventilación cruzada implica generar aberturas en zonas de alta y baja presión de viento de la envolvente del edificio. El tamaño y la ubicación de las ventanas afecta al flujo de aire dentro del espacio, no obstante éstas son muy variadas. En las siguientes imágenes se pueden observar la importancia del tamaño de la ventana o abertura. Imagen 24. Mapa de velocidades en un espacio cerrado con ventilación interna y diferentes tamaños de aberturas. (www.sol-arq.com) Como se puede apreciar, con una abertura mayor se obtienen velocidades menores de aire de renovación, con lo que puede ser menos molesto en relación con el caso de la abertura más pequeña.
35 En el siguiente ejemplo de ventilación cruzada se observan dos situaciones con diferente ubicación de las aberturas de entrada y de salida. Imagen 25. Mapa de velocidades en un espacio cerrado con ventilación interna y diferentes ubicaciones de las aberturas. (www.sol-arq.com) En este caso la ventilación cruzada más eficiente sería la de la imagen de la izquierda ya que gracias a las turbulencias el aire de renovación actúa sobre mayor área que en el otro caso. Las ventajas de esta ventilación respecto a la ventilación forzada, son evidentes, suponen un gasto menor tanto en el uso de ventiladores. Pero la ventilación forzada garantiza una seguridad de aporte de ventilación total a unas condiciones fijas. Sin embargo, el uso de la ventilación natural depende siempre de las condiciones ambientales externas y de las condiciones del viento. Por tanto lo idóneo sería que el edificio tuviera un sistema de ventilación forzada pero siempre que se pueda hacer uso de la ventilación natural.
36 iii. Ventilación en los Edificios de Valdespartera Tras haber realizado un estudio acerca de las ventajas de la ventilación natural respecto a los bloques referencia de Valdespartera. Imagen 26. Ilustración real de las parcelas en Valdespartera Se puede observar que los edificios disponen de patios acristalados con lo que facilitaría la ventilación cruzada al poder elegir la ubicación de la abertura. En la siguiente imagen se puede observar como el edificio barrera no dispone en su fachada, donde incide el viento más fuerte, de patios acristalados, además se ha comprobado que los vientos más frecuentes que inciden tienen velocidades de 3-4 m/s que para ventilación interna, podrían suponer un poco fuertes. Imagen 27. Ilustración real de los edificios barrera en Valdespartera Por lo tanto la ventilación natural cruzada favorece más a los edificios protegidos por el edificio barrera que a éste mismo.
37 5. Conclusiones. Tras ver los resultados de la simulación, se observa que los edificios barrera cumplen su papel de barrera frenando las altas velocidades de viento. De esta forma se obtiene para una velocidad máxima de viento en la zona de 10 m/s (muy poca probabilidad), unos vientos entre edificios de velocidad en torno a 5-6 m/s de máxima. Normalmente se darán vientos de 3-4 m/s con lo que obtendremos vientos entre los edificios de 1-3 m/s. Para mejorar todavía más las condiciones de viento tras el edificio barrera, según indica Christof Gromke y Bodo Ruck en su artículo científico Influence of trees on the dispersion of pollutants in an urban street canyon, que mediante un estudio sobre el efecto cañón concluyen que el colocar arboles entre los bloques se obtienen mejores condiciones de confort; ya que actúan como pantalla o filtro del viento haciendo que éste se aminore y se desvíen las venas de viento, o en otras palabras, reducir e incluso en algunos casos evitar los vortex o espirales internas dentro del las calles entre bloques. Además se aminoraría la vena de viento que se infiltra en la calle central y también se solventaría el problema de que estas inclusiones de viento en el resto de las calles ya que arrastrarían parte del humo de las chimeneas de los edificios barrera, problema que afectaría a la ventilación natural interna de los bloques, ya que el aire de renovación sería contaminado. Por tanto tras haber realizado el estudio se puede concluir que la organización de los bloques según la teoría del edificio barrera, garantiza una calidad del aire mayor o lo que es lo mismo, un confort tanto para las personas entre los edificios como para la ventilación interna de estos. Este análisis concluye que la simulación CFD puede ayudar a la elección del sistema de ventilación interna, tanto en ventilación forzada como natural. No obstante, para los edificios barrera no siempre sería tan recomendable el uso de ventilación natural en la fachada de incisión del viento, ya que las velocidades serían bastante altas en relación Imagen 28. Vortex en edificios (Gromke, 2008) Imagen 2 9. Arboles que aminoran la entrada de viento contaminante (Gromke, 2008)
38 con los edificios protegidos a sotavento. Por supuesto, añadir que las fachadas expuestas, no solo en el edificio barrera, sino en los que cuyas fachadas reciben grandes velocidades de viento, tendrán que disponer de un cerramiento más conservador en comparación con las demás fachadas. Se podría continuar el presente estudio investigando sobre la viabilidad de situar miniaerogeneradores en puntos donde el viento impacta directamente como por ejemplo en los siguientes puntos. Además, sería interesante, también, progresar el estudio con software más avanzado como Fluent, sobre todo para el caso de la ventilación interna ya que permite analizar el comportamiento del viento en la renovación natural de aire en locales cerrados con mayor facilidad y mejor definición que Design Builder. Imagen 30. Líneas de Mejora: Energía Mini-Eólica.
39 6. Bibliografía a. Artículos Científicos J.M. Crowther, D. Mumovic, Z. Stevanovic (2004) Analysis of Numerically Modelled Local Concentration Gradients in Street Canyons: Implications for Air Quality Monitoring, Environmental Department of Glasgow Caledonian University, Scotland. Xiaomin Xie, Zhen Huang, Jia-Song Wang (2005) Impact of building configuration on air quality in street canyon, School of Mechanical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai, China. Kambiz Nazridoust, Goodarz Ahmadi (2006) Airflow and pollutant transport in street canyons, Department of Mechanical and Aeronautical Engineering, Clarkson University, Potsdam NY, USA. Christof Gromke, Riccardo Buccolieri, Silvana Di Sabatino, Bodo Ruck (2008) Dispersion study in a street canyon with tree planting by means of wind tunnel and numerical investigations – Evaluation of CFD data with experimental data, Laboratory of Building and Envoronmental Aerodynamics, Institute for Hydromechanics, University of Karlsruhe, Germany. Christof Gromke, Bodo Ruck (2006) Influence of trees on the dispersion of pollutants in an urban street canyon – Experimental investigation of the flow and concentration field, Laboratory of Building and Environmental Aerodynamics, Institute for Hydromechanics, University of Karlsruhe, Germany. T. van Hooff, B. Blocken (2009) Coupled urban wind flow and indoor natural ventilation modeling on a high-resolution grid: A case study for the Amsterdam Arena Stadium, Building Physics and Systems, Eindhoven University of Technology, Eindhoven, The Netherlands. Shinsuke Kato, Hong Huang (2009) Ventilation efficiency of void space surroundned by buildings with wind blowing over built-up urban area, Institute of Industrial Science, The University of Tokyo, 4-6-1 Komaba, Meguro-ku, Tokyo, Japan. Mahmoud Bady, Shinsuke Kato, Hong Huang (2007) Towards the application of indoor ventilation efficiency indices to evaluate the air quality of urban areas, Institute of Industrial Science, The University of Tokyo, 4-6-1 Komaba, Meguro-ku, Tokyo, Japan.
40 B. Blocken, J. Persoon (2009) Pedestrian wind comfort around a large football stadium in an urban environment: CFD simulation, validation and application of the new Dutch wind nuisance standard, Building Physics and Systems, Eindhoven University of Technology, The Netherlands. D. Pearlmutter, P. Berliner, E. Shaviv (2006) Integrated modeling of pedestrian energy exchange and thermal comfort in urban street canyons, J. Blaustein Institutes for Desert Research, Ben- Gurion University of the Negev, Sede-Boqer Campus , Israel. b. Páginas Web www.sol-arq-com www.solerpalau.es www.cener.com www.ecodiseño.org http://www.catastro.meh.es/ http://www.sciencedirect.com/ c. Publicaciones Turégano J. A, Velasco Mª Carmen, Arquitectura Bioclimática y Urbanismo Sostenible (vol. II) pag. 333-343. Prensas Universitarias Zaragoza. M. Santamouris, Energy and Climate in the urban built environment (2001), The Canyon effect, Department of Applied Physics, University of Athens. T. R. Oke (2010), The distinction between canopy and boundary-layer urban heat islands. 269- 277. Atmosphere. University of British Columbia, Vancouver, B.C. Airflow Around Buildings, ASHRAE Fundamentals Handbook 2001 – Chapter 16 Izard, Jean Louis & Guyot, Alan. (1980). Arquitectura Bioclimática. Edit Gili, Barcelona. Givoni B, A. (1976) Man, Climate and Architecture. Architectural Science Serves. Publishers. Ltd. London.
41 Mazria, Edward. (1983). El Libro de la Energía Solar Pasiva. Edit Gili. Olgyay, Víctor. (1998). Arquitectura y clima. Manual de diseño bioclimático para arquitectos y urbanistas. Edit Gustavo Gili, Barcelona. d. Otros CFD en la arquitectura bioclimática, (PowerPoint), Grupo de Energía y Edificación. Departamento de Máquinas y Motores Térmicos, Universidad de Zaragoza, 2011. CTE – Sección HS 3 Calidad del aire interior. Manual Práctico de ventilación (Soler & Palau) ASEPEYO. Documentación técnica Prevención – Confort Térmico – Dirección de Seguridad e Higiene, 2005.