Tesis de licenciatura en Ingenier\u00eda en Energ\u00eda y Ambiente<\/p>\n\n\n\n
T\u00edtulo de la tesis: <\/strong>Evaluaci\u00f3n del potencial de ventilaci\u00f3n natural a escala urbanizaci\u00f3n y distribuci\u00f3n \u00f3ptima para su aprovechamiento energ\u00e9tico en Panam\u00e1<\/p>\n\n\n\n Estudiante:\u00a0<\/strong>Katherine Rodr\u00edguez Maure<\/p>\n\n\n\n Direcci\u00f3n:<\/strong><\/p>\n\n\n\n Objetivo general:<\/strong><\/p>\n\n\n\n Evaluar el potencial de ventilaci\u00f3n natural a escala urbanizaci\u00f3n y determinar una distribuci\u00f3n \u00f3ptima para su aprovechamiento energ\u00e9tico en Panam\u00e1.<\/p>\n\n\n\n Revisi\u00f3n de la literatura:<\/strong><\/p>\n\n\n\n Para lograr una ventilaci\u00f3n natural efectiva, es importante comprender el procedimiento que debe llevarse a cabo para ejecutar esta t\u00e9cnica pasiva en el dise\u00f1o de edificaciones de tal manera que sea adaptable a escenarios en zonas urbanas. El an\u00e1lisis a escala urbana puede lograrse a trav\u00e9s de simulaciones con herramientas que permitan evaluar el comportamiento del viento al incidir sobre las edificaciones [10]. A partir del a\u00f1o 2000, la nueva t\u00e9cnica que combina la simulaci\u00f3n energ\u00e9tica con la optimizaci\u00f3n, da inicio a una tecnolog\u00eda emergente que permite generar nuevos dise\u00f1os basados en resultados de modelados computacionales; siendo esta una metodolog\u00eda eficiente que probablemente garantice el dise\u00f1o \u00f3ptimo dando soluci\u00f3n a las diversas problem\u00e1ticas [11].<\/p>\n\n\n\n Entre las distintas herramientas de modelado se menciona el software de simulaci\u00f3n ENVI-met el cual se prev\u00e9 utilizar para este estudio. Dicho software es un modelo de microclima num\u00e9rico que se basa en leyes fundamentales de la din\u00e1mica de fluidos y la termodin\u00e1mica. Incluye la simulaci\u00f3n de diversos fen\u00f3menos como el flujo de calor en las entradas de los edificios, turbulencia, intercambio termo-higrom\u00e9trico, bioclimatolog\u00eda, entre otros. [12]. Las simulaciones en ENVI-met integran la din\u00e1mica de fluidos computacional (CFD) para analizar y resolver problemas que conlleven el flujo del viento en ambientes complejos. A trav\u00e9s de la estructura tridimensional (3D) y la disposici\u00f3n de las edificaciones en una urbanizaci\u00f3n es posible determinar las zonas con velocidades de viento muy altas y r\u00e1fagas turbulentas, al igual que \u00e1reas con velocidades muy bajas y masas de aire estancadas. Este software tiene la capacidad de analizar las interacciones entre la arquitectura, la atm\u00f3sfera y el entorno urbano circundante, estima la energ\u00eda y los procesos de intercambio entre el espacio exterior y el ambiente interior de las edificaciones [9]. <\/p>\n\n\n\n En la literatura, existen diferentes tipos de \u00edndices empleados para evaluar el potencial de ventilaci\u00f3n natural a escala urbana, estos se clasifican en dos grupos. El primer grupo comprende \u00edndices b\u00e1sicos utilizados para evaluar el viento en un ambiente exterior y su relaci\u00f3n con el confort, la velocidad del viento y su direcci\u00f3n, son usualmente empleados para reflejar las caracter\u00edsticas b\u00e1sicas del campo de flujo. Generalmente los campos de flujo a nivel del peat\u00f3n y la m\u00e1xima velocidad del viento son particularmente considerados ya que se relacionan directamente con el confort humano exterior. El segundo grupo abarca \u00edndices relacionados con la fricci\u00f3n de la velocidad del viento, esta tiene influencia en las caracter\u00edsticas morfol\u00f3gicas del dosel urbano y se ha empleado como uno de los criterios a evaluar en ambientes exteriores espec\u00edficos [13] .<\/p>\n\n\n\n Choo Yoon y Chengzhi Peng [10] proponen la simulaci\u00f3n exterior-interior acoplada del microclima para el dise\u00f1o pasivo de edificaciones a escala urbana. A trav\u00e9s de simulaciones en ENVI-met, extrajeron la condici\u00f3n del microclima de la urbanizaci\u00f3n permitiendo la visualizaci\u00f3n de la direcci\u00f3n del viento y las \u00e1reas que presentaban mayores temperaturas. Se observ\u00f3 que la velocidad del viento alrededor del edificio se reduce dr\u00e1sticamente, lo que podr\u00eda generar un impacto en las condiciones t\u00e9rmicas interiores de la edificaci\u00f3n. Los autores destacan que el rendimiento t\u00e9rmico interior de una edificaci\u00f3n interact\u00faa con microclimas exteriores espec\u00edficos, mostrando as\u00ed la importancia de una simulaci\u00f3n acoplada interior-exterior a nivel del microclima para implementar caracter\u00edsticas de dise\u00f1o pasivo en edificaciones [10]. Por otro lado, Jiang, Wu y Teng [14] utilizaron ENVI-met para simular los par\u00e1metros del viento en seis casos de estudio basados en la diversa distribuci\u00f3n espacial de un conjunto de edificaciones. Las caracter\u00edsticas de las condiciones microclim\u00e1ticas fueron comparadas y evaluadas a trav\u00e9s del viento y la temperatura del aire; utilizando los siguientes indicadores: velocidad media del viento, desviaci\u00f3n est\u00e1ndar de la velocidad del viento, temperatura media y desviaci\u00f3n est\u00e1ndar de la temperatura del aire. Este estudio destaca la relaci\u00f3n que existe entre la distribuci\u00f3n de las edificaciones y el viento en un ambiente exterior. Se\u00f1alan que una correcta disposici\u00f3n de las edificaciones, de acuerdo con la direcci\u00f3n del viento predominante, permite la formaci\u00f3n un corredor de ventilaci\u00f3n que favorece al flujo de aire, evitando as\u00ed que las estructuras causen el efecto barrero. Indican que la traza hipod\u00e1mica o en damero debe ser la adecuada de tal manera que permita la penetraci\u00f3n del viento en las construcciones y fachadas de las edificaciones [14].<\/p>\n\n\n\n La mayor\u00eda de los estudios han revelado que el flujo de aire es extremadamente sensible a la morfolog\u00eda urbana [15]. El estudio realizado por Tong, Chen y Malkawi [16] se basa, en gran medida, en la configuraci\u00f3n de la urbanizaci\u00f3n circundante y el flujo de aire a trav\u00e9s de las edificaciones con ventilaci\u00f3n natural. Los autores hacen referencia a la t\u00e9cnica exterior-interior acoplada la cual logran a trav\u00e9s de simulaciones de din\u00e1mica de fluidos computacionales (CFD). Establecen que influyen par\u00e1metros urbanos claves como la condici\u00f3n del viento (direcci\u00f3n y velocidad), relaci\u00f3n H\/W (altura de la edificaci\u00f3n \/ ancho de la calle), la altura de las edificaciones en relaci\u00f3n con el entorno y el n\u00famero de obst\u00e1culos en direcci\u00f3n de la corriente del viento. El an\u00e1lisis de su trabajo mostr\u00f3 la influencia que conllevan las capas de edificios circundante a la edificaci\u00f3n en estudio, tambi\u00e9n manifiestan que el efecto de la direcci\u00f3n del viento es muy importante para el patr\u00f3n de flujo a trav\u00e9s y alrededor de las edificaciones. Se\u00f1alan que el campo de flujo alrededor de los edificios es m\u00e1s \u201caerodin\u00e1mico\u201d bajo una direcci\u00f3n oblicua del viento (45\u00b0); de esta manera la tasa de cambio del aire por hora era notablemente mayor [16].<\/p>\n\n\n\n Por otro lado, Kusumastuty [17] considera configuraciones de las edificaciones tales como la distancia entre las estructuras, altura promedio, orientaci\u00f3n y el ancho de la carretera para el an\u00e1lisis de una investigaci\u00f3n basada en el principio de dise\u00f1o urbano sensible al clima. Bouchahm, bourbia y bouketta [18] realizan una simulaci\u00f3n num\u00e9rica conducida a evaluar el efecto del viento tomando en cuenta par\u00e1metros como la orientaci\u00f3n, geometr\u00eda de las edificaciones, su disposici\u00f3n espacial, el \u00e1ngulo de incidencia del viento y la vegetaci\u00f3n. Priyadarsini [19] investig\u00f3 num\u00e9ricamente la temperatura del aire bajo diferentes niveles de velocidad del viento, se\u00f1alando que la temperatura del aire disminuye con el aumento de la velocidad. Feij\u00f3-Padilla [20] presenta el uso de un modelo capaz de calificar y cuantificar los flujos de ventilaci\u00f3n natural disponibles aplicados a la modernizaci\u00f3n energ\u00e9tica de distritos residenciales. Tom\u00f3 en cuenta factores como la presi\u00f3n del viento, las envolventes del edificio y los fen\u00f3menos de turbulencia.<\/p>\n\n\n\n Evaluar las t\u00e9cnicas de modelado implementadas anteriormente por investigadores, contribuye al an\u00e1lisis de los par\u00e1metros e indicadores que deben tomarse en cuenta para el estudio del potencial de ventilaci\u00f3n natural a escala urbana. Existen diferentes variables de la morfolog\u00eda urbana que suponen un eje de acci\u00f3n en este estudio, y su vez, se relacionan con el microclima y el confort t\u00e9rmico de las personas [11]. Uno de los enfoques para determinar los indicadores en la etapa de dise\u00f1o es a trav\u00e9s de la simulaci\u00f3n din\u00e1mica acoplada, en esta etapa se pueden determinar criterios objetivos que eval\u00faen el rendimiento de los indicadores que se suelen emplearse a menudo en la literatura [16].<\/p>\n\n\n\n Referencias:<\/strong><\/p>\n\n\n\n [10] C. Y. Yi y C. Peng, \u00abMicroclimate Change Outdoor and Indoor Coupled Simulation for Passive Building Adaptation Design\u00bb, Procedia Computer Science<\/em>, vol. 32, pp. 691-698, ene. 2014, doi: 10.1016\/j.procs.2014.05.478.<\/p>\n\n\n\n [11] S.-H. E. Lin, \u00abDesigning in perfomance: Energy simulation feedback for early stage design decision making\u00bb, p. 410, 2014.<\/p>\n\n\n\n [12] T. D. Joaquim, J. W. Z. Novais, L. P. de Andrade, K. D. A. C. Rosseti, M. T. Vilani, y S. P. Pereira, \u00abThermo-hygrometric modeling using ENVI-met\u00ae software to an urban park in Cuiab\u00e1 \u2013 Brazil\u00bb, CeN<\/em>, vol. 40, p. 37, may 2018, doi: 10.5902\/2179460X29510.<\/p>\n\n\n\n [13] Y. Peng, R. Buccolieri, Z. Gao, y W. Ding, \u00abIndices employed for the assessment of urban outdoor ventilation – A review\u00bb, dic. 2019.<\/p>\n\n\n\n [14] Y. Jiang, C. Wu, y M. Teng, \u00abImpact of Residential Building Layouts on Microclimate in a High Temperature and High Humidity Region\u00bb, feb. 2020.<\/p>\n\n\n\n [15] B.-J. He, L. Ding, y D. Prasad, \u00abWind-sensitive urban planning and design: Precinct ventilation performance and its potential for local warming mitigation in an open midrise gridiron precinct\u00bb, Journal of Building Engineering<\/em>, vol. 29, p. 101145, may 2020, doi: 10.1016\/j.jobe.2019.101145.<\/p>\n\n\n\n [16] Z. Tong, Y. Chen, y A. Malkawi, \u00abDefining the Influence Region in neighborhood-scale CFD simulations for natural ventilation design\u00bb, Applied Energy<\/em>, vol. 182, pp. 625-633, nov. 2016, doi: 10.1016\/j.apenergy.2016.08.098.<\/p>\n\n\n\n [17] K. D. Kusumastuty, H. W. Poerbo, y M. D. Koerniawan, \u00abClimate-sensitive urban design through Envi-Met simulation: case study in Kemayoran, Jakarta\u00bb, 2018, doi: 10.1088\/1755-1315\/129\/1\/012036.<\/p>\n\n\n\n [18] Y. Bouchahm, F. Bourbia, y S. Bouketta, \u00abNumerical Simulation of Effect of Urban Geometry Layouts of Wind and Natural Ventilation Under Mediterranean Climate\u00bb, feb. 2012.<\/p>\n\n\n\n [19] R. Priyadarsini, W. N. Hien, y C. K. Wai David, \u00abMicroclimatic modeling of the urban thermal environment of Singapore to mitigate urban heat island\u00bb, Solar Energy<\/em>, vol. 82, n.o<\/sup> 8, pp. 727-745, ago. 2008, doi: 10.1016\/j.solener.2008.02.008.<\/p>\n\n\n\n [20] A. Meiss, M. Padilla-Marcos, y J. Feij\u00f3-Mu\u00f1oz, \u00abMethodology Applied to the Evaluation of Natural Ventilation in Residential Building Retrofits: A Case Study\u00bb, Energies<\/em>, vol. 10, n.o<\/sup> 4, p. 456, abr. 2017, doi: 10.3390\/en10040456.<\/p>\n\n\n\n [21] Yamaly P\u00e9rez Rodr\u00edguez, \u00abEstrategias de ventilaci\u00f3n natural en climas tropicales a partir del comportamiento del viento sobre edificios ubicados en espacios urbanos mediante la simulaci\u00f3n de programas\u00bb, Polit\u00e9cnica de Catalunya, 2018.<\/p>\n\n\n\n [22] J. P. Kastillo y R. Beltr\u00e1n, \u00abOptimizaci\u00f3n energ\u00e9tica para el aprovechamiento de ventilaci\u00f3n natural en edificaciones en climas c\u00e1lidos de ecuador\u00bb, p. 78, enero 2015.<\/p>\n\n\n\n [23] M. R. Mahmoud, \u00abNatural ventilation in buildings architectural concepts, consequences and possibilities\u00bb, mar. 2003.<\/p>\n\n\n\n [24] A. D. Belegundu y T. R. Chandrupatla, Optimization Concepts and Applications in Engineering<\/em>. Cambridge University Press, 2019.<\/p>\n\n\n\n [25] K. R. Ther\u00e1n Nieto, L. Rodr\u00edguez Potes, S. Mouthon Celedon, y J. M. De Le\u00f3n, \u00abMicroclima y Confort T\u00e9rmico Urbano. (Spanish)\u00bb, Revista: M\u00f3dulo Arquitectura CUC<\/em>, vol. 23, pp. 49-88, jun. 2019, doi: 10.17981\/mod.arq.cuc.23.1.2019.04.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Tesis de licenciatura en Ingenier\u00eda en Energ\u00eda y Ambiente T\u00edtulo de la tesis: Evaluaci\u00f3n del potencial de ventilaci\u00f3n natural a escala urbanizaci\u00f3n y distribuci\u00f3n \u00f3ptima para su aprovechamiento energ\u00e9tico en Panam\u00e1 Estudiante:\u00a0Katherine Rodr\u00edguez Maure Direcci\u00f3n: Dr. Miguel Chen Austin Arq. \u00c1ngela de Mendes Da Silva Dra. 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