Ventilación cruzada

Prácticamente todos los edificios intercambian aire con el exterior, aun cuando sus aberturas se encuentren cerradas. Esto es porque sus componentes constructivos tienen numerosos poros y fisuras, en ocasiones microscópicos, que permiten que el aire pase a través de ellos y de lugar a lo que se conoce como infiltración, es decir, ventilación no controlada (y en ocasiones no deseada).

Por otro lado, el concepto de ventilación natural se refiere a la que propiciamos por medio de aberturas diseñadas precisamente para ello. En términos estrictos, en el momento en que generamos una abertura practicable (es decir, que se pueda abrir) en la envolvente de un edificio estamos permitiendo la ventilación natural. Sin embargo conseguir una ventilación eficiente, además de un adecuado conocimiento de las condiciones climáticas del sitio, exige un estudio cuidadoso de la orientación, tamaño y ubicación de las aberturas. En otras palabras generar una abertura, incluso de gran tamaño, no garantiza que se tendrá una ventilación eficiente.

La estrategia más simple para lograr una adecuada ventilación natural, cuando las condiciones del entorno lo permiten, es la ventilación cruzada. Dicha estrategia consiste en generar aberturas estratégicamente ubicadas para facilitar el ingreso y salida del viento a través de los espacios interiores de los edificios, considerando de manera cuidadosa la dirección de los vientos dominantes. Siendo más precisos, la ventilación cruzada implica generar aberturas en zonas de alta y baja presión de viento de la envolvente arquitectónica.

Para comprender mejor como funciona la ventilación cruzada, y los criterios de diseño que pueden hacerla más eficiente, veamos en primera instancia como interactúan el viento y un volumen construido simple:

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Efecto del viento al impactar un volumen de manera frontal y sesgada. Imágenes generadas mediante análisis CFD con DesignBuilder.

Las imágenes muestran la dirección y velocidad del viento al impactar sobre un volumen simple (8x8x3m), así como las presiones resultantes en el entorno y en los cerramientos del volumen. La dirección y velocidad del viento se expresan ambas mediante vectores (flechas), mientras que las presiones se indican mediante líneas isobáricas (de igual presión) y zonas con colores difuminados. La escala de colores incluida en la parte inferior de las imágenes permite identificar los valores correspondientes a la velocidad del viento (m/s) y la presión (Pa), donde el color azul indica los valores más bajos y el color rojo los más altos.

En el caso del viento incidiendo de manera perpendicular al volumen, es fácil apreciar como éste desvía el viento y genera una zona de “sombra” en la parte posterior, donde se forman turbulencias. Al mismo tiempo se observa que la fachada sobre la que incide directamente el viento presenta presiones relativamente elevadas, mientras que las presiones disminuyen notablemente, e incluso alcanzan valores negativos (efecto de succión), en las fachadas laterales y posterior. Así, en este caso la ventilación cruzada más eficiente se podría conseguir generando aberturas en las fachadas frontal y posterior, sobre todo si en ésta última los vanos se localizan hacia los bordes, donde las turbulencias generan presiones más bajas. Aunque las presiones superficiales más bajas se localizan justo al dar vuelta a las esquinas de la fachada frontal, si en esas zonas se generaran aberturas, los flujos de aire no abarcarían gran parte del espacio interior.

Al incidir en forma diagonal, el viento se reparte casi equitativamente en dos de las caras del volumen, generando en ellas presiones más reducidas que en el caso anterior. Por otro lado, la sombra en la parte posterior se hace más extensa pero las turbulencias son más débiles. Podríamos decir que en esta situación el volumen es más “aerodinámico”, aunque la presencia simultánea de áreas de alta y baja presión sigue siendo significativa.

Lo que resulta evidente al comparar ambas situaciones es la importancia que guarda la orientación de los edificios y sus aberturas respecto al viento. Aunque es prácticamente imposible que el viento provenga siempre de la misma dirección, casi en cualquier sitio suele haber direcciones predominantes, que son las que deberíamos tomar en cuenta a la hora de definir la orientación del edificio (considerando al mismo tiempo otros factores como el soleamiento, desde luego).

Papel del tamaño y ubicación de las aberturas en la eficiencia de la ventilación cruzada

En los párrafos anteriores se analiza el efecto del viento en un volumen construido, sobre todo respecto a las presiones que genera en su envolvente. Veamos ahora como el tamaño y la ubicación de las aberturas afecta el flujo de aire dentro del espacio. Se ha dicho que el criterio más importante para hacer eficiente la ventilación cruzada es generar aberturas simultáneas en superficies con altas y bajas presiones de viento. Sin embargo aun respetando ese criterio básico las opciones de ubicación precisa y dimensionamiento de las aberturas son muy variadas.

Las imágenes de abajo muestran seis configuraciones básicas de aberturas y su efecto en la ventilación natural, considerando siempre un impacto frontal del viento. En este caso sólo se indica la dirección (flechas) y velocidad del viento (líneas de velocidades iguales y zonas con colores difuminados). Nuevamente, el color azul indica los valores más bajos de velocidad y el color rojo los valores más altos.

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Ventilación cruzada - Imágenes 1 y 2

En la Imagen 1 se muestra el volumen con una sola abertura expuesta al viento. Aunque ésta es de buen tamaño, la ventilación natural interior es deficiente. Esto se debe a que, al no existir otra abertura ubicada en alguna de las zonas de baja presión, el aire encuentra una elevada resistencia para ingresar al espacio.

La Imagen 2 muestra una situación en la cual se ha generado una abertura relativamente grande en la cara expuesta al viento y otra más pequeña en la cara contraria, ambas con posición central. El aire ahora ingresa con mayor facilidad, aunque con velocidades interiores moderadas. Se forma una franja con ventilación relativamente buena, mientras que las zonas laterales muestran una ventilación deficiente.

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Ventilación cruzada - Imágenes 3 y 4

La Imagen 3 muestra una situación similar a la anterior, pero ahora la abertura frontal en la más pequeña. Este simple cambio genera dos efectos importantes: la franja ventilada muestra velocidades del aire bastante más altas, mientras que las zonas laterales, debido a las turbulencias, presentan mayor movimiento del aire. En otras palabras, la ventilación es mejor que en el caso anterior.

La Imagen 4 muestra una situación similar a las anteriores, pero ahora las aberturas son de dimensión regular en ambas fachadas. Lo que tenemos es un flujo de aire relativamente intenso y más amplio en la zona central. Las zonas laterales, debido a la disminución de las turbulencias, presentan una ventilación menos eficiente.

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Ventilación cruzada - Imágenes 5 y 6

Las Imágenes 5 y 6 muestran situaciones en las cuales las aberturas guardan una relación diagonal entre sí, en el primer caso con la abertura de salida en la fachada posterior y en el segundo en una fachada lateral. El resultado en ambos casos es similar: los flujos de aire cubren una mayor superficie, dejando zonas pobremente ventiladas más reducidas. Eso demuestra que el concepto “ventilación cruzada” es más eficiente cuando sus posibilidades se llevan al límite, es decir, cuando los flujos de aire pueden cruzar el espacio de la manera más amplia posible.

A manera de resumen, podemos concluir que la eficiencia de la ventilación cruzada como recurso de enfriamiento pasivo depende principalmente de los siguientes factores:

  • Aberturas orientadas de manera estratégicas para aprovechar las presiones altas y bajas que generan los vientos dominantes del sitio.
  • La adecuada modulación de las dimensiones de las aberturas, para generar flujos con velocidades óptimas.
  • La posición relativa de las aberturas, de tal manera que los flujos de aire incidan de la manera más amplia posible en el espacio interior.

 

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