El efecto chimenea o efecto chimenea es el movimiento de aire dentro y fuera de los edificios a través de aberturas no selladas, chimeneas , chimeneas de gases de combustión u otros contenedores, como resultado de la flotabilidad del aire . La flotabilidad se produce debido a una diferencia en la densidad del aire interior y exterior resultante de las diferencias de temperatura y humedad. El resultado es una fuerza de flotación positiva o negativa. Cuanto mayor sea la diferencia térmica y la altura de la estructura, mayor será la fuerza de flotación y, por tanto, el efecto apilamiento. El efecto chimenea ayuda a impulsar la ventilación natural , la infiltración de aire y los incendios (por ejemplo, el incendio del túnel de Kaprun , el incendio de la estación de metro de King's Cross y el incendio de la torre Grenfell ).
Dado que los edificios no están totalmente sellados (como mínimo, siempre hay una entrada a nivel del suelo), el efecto chimenea provocará la infiltración de aire. Durante la temporada de calefacción, el aire interior más cálido sube a través del edificio y 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, aspirando aire frío a través de puertas abiertas, ventanas u otras aberturas y fugas. Durante la temporada de enfriamiento, el efecto chimenea se invierte, pero normalmente es más débil debido a las menores diferencias de temperatura. [1]
En un edificio moderno de gran altura con una envolvente bien sellada , el efecto de chimenea puede crear diferencias de presión significativas que deben tenerse en cuenta en el diseño y tal vez deban abordarse con ventilación mecánica . Las escaleras, huecos, ascensores y similares tienden a contribuir al efecto chimenea, mientras que las particiones interiores, los pisos y las separaciones contra incendios pueden mitigarlo. Especialmente en caso de incendio, es necesario controlar el efecto chimenea para evitar la propagación del humo y el fuego y mantener condiciones sostenibles 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, la ventilación mecánica a menudo se prefiere para estructuras más altas o en edificios con espacio limitado. La extracción de humos es una consideración clave en las nuevas construcciones y debe evaluarse en las etapas de diseño. [3]
El incendio de la Torre Grenfell , en el que murieron 72 personas, [4] se vio agravado en parte por el efecto chimenea. Una cavidad entre el revestimiento exterior de aluminio y el aislamiento interior formaba una chimenea y atraía el fuego hacia arriba. [5] [6]
En los edificios pueden existir dos regímenes de efecto chimenea: normal e inverso. El efecto chimenea normal ocurre en edificios que se mantienen a una temperatura más alta que el ambiente exterior. El aire caliente dentro del edificio tiene una densidad baja (o un volumen específico alto) y exhibe una mayor fuerza de flotación. En consecuencia, asciende desde los niveles inferiores a los superiores a través de penetraciones entre plantas. Esto presenta una situación en la que los pisos debajo del eje neutro del edificio tienen una presión negativa neta, mientras que los pisos sobre el eje neutro tienen una presión positiva neta. La presión negativa neta en los pisos inferiores puede inducir que el aire exterior se infiltre en el edificio a través de puertas, ventanas o conductos sin compuertas de contracorriente. El aire caliente intentará exfiltrar la envolvente del edificio a través de los pisos por encima del eje neutro.
Los equipos de refrigeración mecánica proporcionan un enfriamiento sensible y latente durante los meses de verano. Esto reduce la temperatura de bulbo seco del aire dentro del edificio en relación con el aire ambiente exterior. También disminuye el volumen específico de aire contenido dentro del edificio, reduciendo así la fuerza de flotabilidad. En consecuencia, el aire frío viajará verticalmente hacia abajo del edificio a través de los huecos de los ascensores, las escaleras y las penetraciones de servicios públicos no selladas (es decir, los elevadores hidrónicos , eléctricos y de agua). Una vez que el aire acondicionado llega a los pisos inferiores debajo del eje neutro, exfiltra las envolturas del edificio a través de aberturas no selladas, como a través de compuertas, muros cortina, etc. El aire exfiltrado en los pisos debajo del eje neutro inducirá al aire exterior a infiltrarse en la envolvente del edificio a través de conductos no sellados. aberturas.
El efecto de chimenea en las chimeneas de gases de combustión industriales es similar al de los edificios, excepto que involucra gases de combustión calientes que tienen grandes diferencias de temperatura con el aire ambiente exterior. Además, una chimenea de gases de combustión industrial normalmente proporciona poca obstrucción para los gases de combustión a lo largo de su longitud y, de hecho, normalmente está optimizada para mejorar el efecto de la 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 calentar.
Antes del desarrollo de ventiladores de gran volumen, las minas se ventilaban mediante el efecto chimenea. Un pozo inclinado permitió la entrada de 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 ascendía a través de él, arrastrando aire fresco por la chimenea abatida y alrededor de la mina.
Existe una diferencia de presión entre el aire exterior y el aire interior 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 chimenea y se puede calcular con las ecuaciones que se presentan a continuación. [7] [8] Las ecuaciones se aplican sólo a edificios donde hay aire 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 de gran altura, 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 la NPL afecta el efecto 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.
El caudal de tiro (draft en inglés británico ) inducido por el efecto chimenea se puede calcular con la ecuación que se presenta a continuación. [9] [10] La ecuación se aplica sólo a edificios donde hay aire 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 de 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 la NPL afecta el efecto 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.
Esta ecuación supone que la resistencia al flujo de tiro es similar a la resistencia del flujo a través de un orificio caracterizado por un coeficiente de descarga C.
