Optimización energética para el aprovechamiento de ventilación natural en edificaciones en climas cálidos de Ecuador

Abstract

Resumen .- La ventilación natural es una medida de eficiencia energética que simultáneamente mejora las condiciones de confort higrotérmico y reduce el consumo energético por sistemas de climatización que pueden consumir hasta el 75 % de la energía total de la edificación. El objetivo de este estudio fue evaluar el efecto de la ventilación natural como estrategia para reducir el consumo energético e incrementar el confort higrotérmico en una edificación educativa en el clima cálido-húmedo de Guayaquil. Mediante simulaciones energéticas y análisis CFD, se evaluó el nivel de confort térmico que pueden alcanzar cuatro estrategias de ventilación natural: ventilación unilateral, ventilación cruzada, chimenea solar y doble fachada. Debido al elevado nivel de humedad relativa, apenas el 10 % de las horas de ocupación alcanzaron un rango de confort higrotérmico aceptable en todas las estrategias. Por este motivo, se evaluaron sistemas híbridos que integran estrategias de ventilación natural, deshumificación y climatización mecánica. A través de estos sistemas híbridos, todas las estrategias de ventilación natural alcanzaron el 100 % de confort higrotérmico durante las horas de ocupación. Finalmente, se estimó la reducción del consumo energético comparando la demanda energética de los sistemas híbridos con la demanda de un sistema de climatización convencional. Las estrategias más efectivas, que redujeron hasta un 8 % la demanda de refrigeración, son la ventilación cruzada y chimenea solar. Futuros estudios se realizaran para evaluar el efecto de la ventilación natural y otras estrategias pasivas en distintas condiciones meteorológicas de Ecuador. Abstract.- Natural ventilation is an effective strategy to simultaneously improve indoor air quality and reduce energy consumption due to HVAC systems that usually consume 75 % of the total energy of the building. The objective of this study was to assess the effect of using natural ventilation to reduce the energy consumption and ensure hygrothermal comfort in an educational building on the warm-humid climate of Guayaquil. The hygrothermal comfort level that four natural ventilation strategies can achieve, were assessed through energetic simulation and CFD: single-sided ventilation, cross ventilation, solar chimney, and double skin façade. Due to the high relative humidity, only 10 % of occupied hours were considered in a hygrothermal comfort range. Hence, a hybrid system that integrates natural ventilation, dehumidifier and HVAC systems was evaluated. Through this system, all natural ventilation strategies reported 100 % of hygrothermal comfort in all occupied hours. Finally, the reduction of energy consumption was estimated by comparing the energy demand of the hybrid strategies with the demand of a conventional HVAC system. The most effective strategies that reduced the cooling demand by 8 %, were cross ventilation and solar chimney. Future research will be conducted to assess the effect of natural ventilation and other passive strategies in different climate condition of Ecuador.