Estudio de la eficiencia de la ventilación en viviendas a partir de parámetros de diseño arquitectónico (2009)

El impacto energetico de la ventilacion
El correcto diseno de los sistemas de ventilacion tiene un impacto significativo sobre el consumo de energia en los paises miembros de la OCDE. En primer lugar, el consumo de energia asociado con los edificios (residenciales y de servicios) representa alrededor del 40% del total de energia primaria consumida. En ellos, la ventilacion y las perdidas de energia por infiltracion significan una proporcion importante, lo que significa que utilizar una estrategia de ventilacion mas eficiente equivale a incidir para reducir el consumo sobre el 5~9% del total de energia primaria usada en el planeta. 
Objetivo de la investigacion
Este trabajo tuvo por vocacion primera incorporar el concepto de la eficiencia de la ventilacion en la propia fase de diseno de las viviendas. Para esto, se requeria de un doble proceso experimental y numerico para analizar todos los elementos que conforman los recintos.
En primer lugar se comprobo que las herramientas necesarias para predecir el comportamiento del flujo del aire no estaban a libre disposicion del investigador; bien por ausencia en la bibliografia o por contener lagunas en su desarrollo expositivo, esto actuaba sobre los resultados obtenidos. En este campo, los objetivos son: - explorar y resumir las opciones disponibles para mediciones de los patrones de flujo de aire interior, haciendo hincapie en los conceptos de exactitud y repetividad; - mostrar las posibles fuentes de error en los metodos experimentales y numericos; - obtener mediciones bien documentadas de ensayos experimentales que puedan utilizarse para validar las simulaciones CFD; - establecer protocolos y guias de aplicacion divulgativas para la realizacion de los distintos ensayos.
Mejorando la difusion de las tecnicas utilizadas para predecir el ambiente interior, sera posible optimizar los sistemas de ventilacion y el uso de la energia durante la fase de diseno. Los objetivos que se plantean son: - sistematizar los parametros de diseno arquitectonico susceptibles a utilizar en el proyecto de edificios residenciales; - expresar los resultados de eficiencia en los locales caracteristicos existentes en viviendas; - unificar los resultados en una herramienta de uso sencillo y rapido a disposicion del proyectista que permita obtener la eficiencia de la ventilacion en el recinto considerado; - establecer pautas de caracter general para una ventilacion mas eficiente mediante el uso de parametros de diseno arquitectonico.
Estructura del trabajo
El estudio de la eficiencia de la ventilacion necesita de dos procesos: los metodos teoricos o numericos, que posibilitan un tratamiento riguroso y muy desarrollado, y los ensayos experimentales, que validan los anteriores de cara a estudiar variantes y desarrollos de los modelos de analisis. Es necesario el dominio de estas herramientas para afrontar el estudio de la eficiencia. Esta consiste en una sistematizacion de los parametros intervinientes en el diseno arquitectonico y de los resultados obtenidos con la finalidad de obtener conclusiones de aplicacion practica.
Este trabajo se estructura en tres grandes secciones, subdivididas a su vez en capitulos relacionados:
- Parte 1a - Fundamento teorico: recoge el estado del arte sobre la cuestion de estudio.
En el Capitulo 2, se explican los conceptos basicos de la eficiencia de la ventilacion. A partir de las distintas poblaciones de particulas y sus funciones de distribucion, se define la edad del aire y los patrones de flujo en ventilacion. Esto nos permite conocer la eficiencia del sistema de acuerdo al medio de accion donde se desenvuelve. Este capitulo constituye el fundamento y punto de partida para el estudio de investigacion de este trabajo.
Los ensayos experimentales disponen de un modelo teorico para determinar la edad del aire (y con ello el patron de flujo del aire) a traves de gases trazadores; esto se hace mediante los distintos metodos enumerados en el Capitulo 3. El soporte material consiste en una instrumentalizacion especifica dispuesta en el Laboratorio de Ventilacion de la Escuela de Arquitectura de la Universidad de Valladolid y esta enumerado en el Capitulo 4. En estos capitulos se intenta dar una vision detallada de los procedimientos necesarios para llevar a cabo los ensayos que permiten la determinacion de la eficiencia.
Los metodos numericos permiten variar las condiciones iniciales planteadas en los ensayos experimentales con suma facilidad. Los resultados obtenidos son fiables, siempre y cuando pasen antes por un proceso de validacion de los modelos basicos, utilizando programas de software tipo Computacional Fluid Dynamics, cuyos fundamentos se ven en el Capitulo 5.
Para completar la estructura teorica del tema, se procede a repasar los componentes que constituyen los sistemas de ventilacion, Capitulo 6, y la normativa aplicable en viviendas, tanto la preceptiva en el ambito nacional como la de referencia de ambito internacional, tal como recoge el Capitulo 7. 
- Parte 2a - Aplicacion practica: desarrolla el estudio analitico a partir de los parametros de diseno arquitectonico presentes en los proyectos de viviendas.
En primer lugar se caracterizan los locales de las viviendas y los elementos del diseno arquitectonico que influiran en el comportamiento de los sistemas de ventilacion. Segun recoge el Capitulo 8, esto permite sistematizar los casos a estudiar posteriormente.
La division basica de los locales de viviendas incluye los recintos de admision de aire (dormitorios y salas de estar), los de paso del aire (pasillos y vestibulos) y los de extraccion (banos y cocinas), desarrollandose en los Capitulos 9 y 10. La otra posibilidad es actuar sobre las aberturas propiamente dichas, que incluye estudiar parametros que conciernen al discurrir del flujo que las atraviesa, recogiendose los resultados en el Capitulo 11.
- Parte 3a - Conclusiones: a partir de los resultados obtenidos, se disena un abaco de entrada directa para obtener el valor de la eficiencia en el recinto segun la disposicion de las aberturas de extraccion y admision, Capitulo 12, y se plantean unas pautas tendentes a optimizar la eficiencia de los sistemas de ventilacion en viviendas. Los resultados de los modelos permiten cuantificar la influencia de los elementos sobre la eficiencia del sistema: esto permite valorar en caudal dicha merma o mejoria sobre el valor base, permitiendo expresar en cantidades concretas su impacto sobre el consumo de la energia utilizada en los hogares.
Llegado a este punto, el Capitulo 13 se completa con algunas de las multiples lineas de investigacion que exceden el contenido de este trabajo y que se podran desarrollar en proyectos futuros. 
- Anexos: para ayudar a la compresion y aplicacion practica de la investigacion, pues recoge de manera didactica la metodologia desarrollada en todos los ensayos, tanto experimentales como numericos. Este proceso ha servido al mismo tiempo como paso previo, puesto que una gran parte del esfuerzo realizado se ha dedicado a perfeccionar los procedimientos para obtener la repetitividad y la exactitud necesaria para este trabajo.
Finalmente se adjunta la bibliografia utilizada y de referencia, y los articulos y ponencias surgidos a partir de la elaboracion de este trabajo.