La ventilación cruzada es un fenómeno natural en el que el viento , el aire fresco o la brisa entran por una abertura, como una ventana, y fluyen directamente a través del espacio y salen por una abertura en el lado opuesto del edificio (donde la presión del aire es menor). Esto produce una corriente de aire fresco y también una corriente a través de la habitación desde el área expuesta hasta el área protegida. [1]
La ventilación cruzada es un efecto impulsado por el viento y no requiere energía , además de ser el método más eficaz de ventilación eólica . Una técnica comúnmente utilizada para eliminar contaminantes y calor en un ambiente interior, la ventilación cruzada también puede disminuir o incluso obviar la necesidad de un acondicionador de aire y puede mejorar la calidad del aire interior . [2] Otros términos utilizados para el efecto incluyen brisa cruzada , corriente cruzada , ventilación por efecto del viento y ventilación de flujo cruzado .
El fenómeno ocurre cuando las aberturas en un ambiente (incluidos los vehículos) o edificio (casas, fábricas, cobertizos, etc.) se colocan en paredes opuestas o contiguas, lo que permite que el aire entre y salga, creando así una corriente de aire a través del ambiente interior. [3] Las ventanas o rejillas de ventilación ubicadas en lados opuestos de la habitación permiten que las brisas pasivas tengan un camino a través de la estructura, que hace circular el aire y proporciona refrigeración pasiva. [1]
También existe una diferencia de presión entre los lados opuestos del edificio. El efecto es impulsado principalmente por el viento, por el cual el aire es atraído hacia el interior del edificio por la parte de barlovento de alta presión y es expulsado por el lado de sotavento de baja presión del edificio (debido a la diferencia de presión entre las aberturas). El efecto del viento sobre una estructura crea regiones que tienen presión positiva en el área de barlovento del edificio y una presión negativa en el lado de sotavento. Por lo tanto, la forma del edificio y los patrones de viento locales son fundamentales para generar presiones de viento que fuercen el flujo de aire a través de sus aberturas. [4]
Si se abren las ventanas de ambos lados de los edificios, la sobrepresión en el lado que da al viento y/o la baja presión en el lado adyacente protegido, crearán una corriente de aire a través de la habitación desde el lado descubierto hacia el lado protegido. Si hay ventanas en ambos lados de un edificio, la ventilación cruzada es adecuada cuando el ancho de la habitación es hasta cinco veces la altura del piso al techo. Si las aberturas son solo de un lado, la ventilación impulsada por el viento es más adecuada para estructuras donde el ancho es alrededor de 2,5 veces la altura del piso al techo. [5]
La ventilación cruzada depende de muchos factores, como la hermeticidad del establecimiento, la dirección del viento y la cantidad de viento disponible, y su posible propagación a través de chimeneas, respiraderos y otras aberturas de la casa. Se pueden instalar ventanas abatibles para mejorar la circulación de las corrientes de aire. La calidad del aire también puede afectar a la ventilación cruzada.
Aunque la ventilación cruzada es generalmente más directa en su trabajo que la ventilación por chimenea , entre sus desventajas se encuentra que sus efectos son improductivos en días calurosos y tranquilos, cuando es más necesaria. Además, la ventilación cruzada generalmente solo es adecuada para edificios estrechos. La altura contrastante de las aberturas (paredes, alféizar, paneles o muebles) ordenadas por el espacio también influyen inmediatamente en el nivel y la velocidad de la ventilación. [1]
La ventilación cruzada funciona bien en climas con temperaturas más altas, donde el sistema permite cambios continuos del aire dentro del edificio, refrescándolo y reduciendo la temperatura dentro de la estructura y también cuando la ventana del lado de barlovento del edificio no se abre tanto como la del lado de sotavento. La ventilación cruzada no será eficaz si las ventanas están a más de 12 m de distancia y si una ventana está detrás de una puerta que se cierra regularmente. [6]
Una ventana abierta que da al viento predominante y está conectada con otra ventana en el lado opuesto de un edificio proporcionará ventilación natural para aire fresco. Una ventilación cruzada adecuada y eficaz eliminará el calor del interior y mantendrá las temperaturas del aire interior aproximadamente 1,5 °C (2,7 °F) por debajo de las temperaturas del aire exterior, lo que garantiza que haya una entrada y salida constante de aire fresco dentro del edificio. [7]
Además de las ventanas, otras aberturas como brise soleils , puertas, lamas o rejillas y conductos de ventilación también pueden funcionar como aberturas de ventilación efectivas, aunque una ventana de toldo proporciona la menor efectividad. El viento que rodea las estructuras del edificio es importante a la hora de evaluar la calidad del aire y el confort térmico en interiores, ya que tanto el intercambio de aire como el de calor dependen en gran medida de la presión del viento en el exterior del edificio . Para obtener el mejor flujo de aire, las ventanas de barlovento del espacio ocupado no deben abrirse tanto como las del lado de sotavento. [8]
Las desventajas de la ventilación impulsada por el viento incluyen velocidades y direcciones caprichosas del viento (que pueden crear una corriente fuerte y desagradable) y el aire contaminado del exterior que puede empañar la calidad del aire interior . [9] Además, no se recomienda el uso de ventilación cruzada para la prevención de enfermedades cuando el aire se mueve mediante la ventilación cruzada desde un área sucia a un área limpia. [10]
Existen cuatro tipos diferentes de ventilación cruzada: [11]
Para un volumen simple con dos aberturas, el caudal de viento cruzado se puede calcular utilizando la siguiente ecuación: [12]
donde es la velocidad del viento de campo lejano; es un coeficiente de arrastre de presión local para el edificio, definido en la ubicación de la abertura aguas arriba; es un coeficiente de arrastre de presión local para el edificio, definido en la ubicación de la abertura aguas abajo; es el área de la sección transversal de la abertura aguas arriba; es el área de la sección transversal de la abertura aguas abajo; es el coeficiente de descarga de la abertura aguas arriba; y es el coeficiente de descarga de la abertura aguas abajo.
En el caso de las salas con una sola abertura, el cálculo de la tasa de ventilación es más complicado que en el caso de la ventilación cruzada debido al flujo bidireccional y al fuerte efecto turbulento. La tasa de ventilación para la ventilación unilateral se puede predecir con precisión combinando diferentes modelos de flujo medio, flujo pulsante y penetración de remolinos. [13] La tasa de flujo medio para la ventilación unilateral se determina mediante:
dónde
l = ancho de la ventana;
h = elevación del borde superior de la ventana;
z 0 = elevación del nivel neural (donde la presión interna y externa se equilibran);
z ref = elevación de referencia donde se mide la velocidad del viento (a 10 m) y
= velocidad media del viento en la elevación de referencia.
Como se observa en la ecuación (1), el intercambio de aire depende linealmente de la velocidad del viento en el lugar urbano donde se construirá el proyecto arquitectónico. Las herramientas CFD ( Computational Fluid Dynamics ) y los modelos zonales se utilizan habitualmente para diseñar edificios con ventilación natural. Los captadores de viento pueden ayudar a la ventilación impulsada por el viento al guiar el aire dentro y fuera de las estructuras.
