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Simulacion térmofluidodinámica de la patente de García Esparza (UJI) de ventilacion de cubiertas

Noticia publicada el 30 / 1/ 2015 en la web de la Universidad Jaume I

Investigadores de la Universitat Jaume I de Castellón han desarrollado un sistema modular de ventilación para cubiertas inclinadas que resuelve el problema de la acumulación de calor por la radiación solar bajo los tejados sin necesidad de recurrir a instalaciones de refrigeración. El sistema patentado por la UJI supone una solución pasiva y energéticamente eficiente para el acondicionamiento térmico de edificios….El problema de los espacios bajo cubierta son espacios es que la temperatura suele ser muy elevada como consecuencia de la radiación directa”, explica Juan Antonio García Esparza, investigador del grupo de Tecnología, Calidad y Sostenibilidad en la edificación de la UJI. 

El módulo patentado básicamente consta en la creación de un espacio entre la cubierta y el local a través del que fluye el aire reduciendo el sobrecalentamiento de la cubierta y por lo tanto el calor cedido al local. Se crean aberturas para el ingreso de aire en los aleros y una salida en cumbrera. Este sistema permite que el aire entre a través de las aberturas de los aleros, recorra la cubierta a través del espacio libre que se crea con los armazones y salga por las aberturas de las piezas de cumbrera.

Ventilación natural de cubiertas Ventilacion natural de cubiertas

Leyenda

1 . Entrada de aire por el alero

2. Hueco creado para circulación de aire

4. Salida de aire

Debido a la radiación, el aire en el interior del hueco se calienta y por diferencia de densidades respecto al aire exterior tiende a moverse hacia arriba induciendo la entrada por las tomas en el alero. Este efecto térmico se puede complementar con el de inducción de aire de la propia cumbrera al paso de viento mejorando el movimiento y por tanto la reventilación de la cubierta.

Para ilustrar el funcionamiento del sistema y el efecto que se produce, la empresa Simulaciones y Proyectos, SL, ingeniería CFD y de simulación térmica y energética de edificios ha llevado a cabo una sencilla simulación. Sin ánimo de ajustar exactamente los valores del sistema y simplemente para mostrar el funcionamiento global del sistema se ha construido un modelo 3D térmico en el que se simula tanto el efecto térmico como el efecto del movimiento de aire por el interior de la cubierta y el efecto en temperaturas que produce en el espacio inferior a la misma.

Se ha hecho un estudio, donde se simula un habitáculo con este sistema instalado con las rejillas de entrada y salida, cerradas en el primer caso y abiertas en el segundo para observar su efectividad. La simulación se ha hecho con datos climatológicos de Barcelona, un 14 de agosto a las 17:00 horas

Ventilación natural de cubiertas

Modelo simulado con paso de aire bajo cubierta

Resultados caso 1: Rejillas cerradas

Ventilacion Cubiertas 4

Temperaturas obtenidas

Este primer caso podría asemejarse a una cubierta standard con un alto aislamiento pero que no aprovecha el efecto de la ventilación de aire de la misma. Los resultados son un alto calentamiento de la cubierta y por lo tanto esto se traduce en un incremento de temperatura de los espacios adyacentes a la misma.

Resultados caso 2: Rejillas abiertas

Ventilacion Cubiertas 5

Temperaturas obtenidas:

Ventilacion Cubiertas 6

Caudales de aire obtenidos


Puede comprobarse como la cubierta reduce su temperatura por el paso de aire. El aire circulante por el interior de la cubierta desaloja las cargas térmicas de la misma hacia el exterior. En la imagen de la derecha se comprueba que existe movimiento de aire a través del hueco creado en bajo la piel exterior de la cubierta por efecto térmico.

En el siguiente gráfico se muestra la temperatura media del habitáculo inferior a la cubierta a lo largo del día. De media se obtiene una reducción de 2 a 3ºC. En cualquier caso, no se trata de mostrar datos exactos del comportamiento del sistema de reventilación de cubierta sino solamente el funcionamiento del mismo.

Ventilacion Cubiertas 7

Se ha demostrado la viabilidad de la ventilación de cubierta con objeto de reducir la carga térmica arrojada al interior de la edificación. No se trata de un sistema novedoso por el funcionamiento en sí sino por el método constructivo que se entiende se podrá realizar en serie y su instalación se automatizará.

Las simulaciones térmicas y termofluidodinámicas CFD ayudan a entender el funcionamiento de los edificios y de los sistemas bioclimáticos y de ahorro energético empleados. Permiten cuantificar los ahorros energéticos y predecir el comportamiento térmico y de confort en el interior para los ocupantes del edificio.