ASHRAE LO-09-038-2009 Rendimiento mejorado de la ventilación personalizada mediante el control del flujo de convección alrededor del cuerpo del ocupante
ASHRAE - American Society of Heating@ Refrigerating and Air-Conditioning Engineers@ Inc.
Alcance
INTRODUCCIÓN El objetivo de la ventilación personalizada (PV) es suministrar aire limpio a la zona de respiración de cada ocupante de la habitación. Junto con la ventilación de volumen total, la PV puede proporcionar una calidad de aire superior y reducir en gran medida el riesgo de infección cruzada para los ocupantes que pasan un tiempo relativamente largo en su lugar de trabajo (Cermak y Melikov 2007). El control individual del caudal, la temperatura y la dirección del aire suministrado personalizado permite lograr un microambiente preferido para cada ocupante. Se ha documentado que la energía fotovoltaica puede mejorar significativamente la calidad del aire inhalado y el confort térmico de los ocupantes y puede disminuir significativamente los síntomas del SBS (Kaczmarczyk et al. 2004@2006). El rendimiento de la PV con respecto al confort térmico de los ocupantes y la calidad del aire inhalado depende de la interacción de los flujos en las proximidades del cuerpo humano@ en la mayoría de los casos el flujo de aire personalizado@ el flujo de convección libre alrededor del cuerpo humano@ el flujo de aire generado por el volumen total de ventilación de fondo y el flujo de aire exhalado. El flujo personalizado es típicamente un chorro libre emitido desde una abertura o boquilla circular o rectangular. La primera región del chorro@ conocida como región del núcleo potencial@ contiene un núcleo con velocidad constante@ baja intensidad de turbulencia y suministro de aire sin mezclar con el aire contaminado de la habitación. Un campo de velocidad no uniforme en el suministro de aire y una alta intensidad de turbulencia inicial que genera fluctuaciones de velocidad aumentan la mezcla del aire limpio suministrado con el aire contaminado de la habitación circundante y disminuyen la longitud del núcleo potencial (Melikov 2004). El flujo de convección libre se genera por la diferencia entre la temperatura del aire ambiente y la temperatura de la superficie del cuerpo humano. Cuanto mayor sea la diferencia de temperatura@, más fuerte será el flujo de convección libre. El flujo de convección libre se desarrolla desde laminar@ con baja velocidad en la parte inferior de las piernas@ hasta turbulento@ con velocidad relativamente alta en la parte superior del pecho y la región de la cabeza (Clark y Toy 1975). La forma y postura del cuerpo @ temperatura del aire ambiente @ aislamiento de la ropa @ etc. definen la velocidad media en el flujo de convección libre @ que puede ser tan alta como 0,25 m/s (49,21 fpm) en la región de la cabeza @ y el espesor de la capa límite @ que puede medir 0,2 m (0,66 pies) o más (Homma y Yakiyama 1988). Este flujo induce y transporta aire (así como contaminantes si están presentes) desde alturas más bajas en la habitación hasta la zona de respiración. Por lo tanto, la mayor parte del aire que inhalan las personas sedentarias y de pie en las habitaciones proviene del flujo de convección libre (Brohus y Nielsen 1994). El flujo de aire de fondo está influenciado por la ubicación y el tipo de dispositivos de suministro de aire@ tasa y temperatura del flujo de aire de suministro@ tipo y ubicación de las fuentes de calor@ etc. El flujo de exhalación depende del modo de respiración (nariz/boca@ boca/nariz@ etc. )@ tasa de flujo respiratorio (que depende del nivel de actividad@ peso corporal)@ forma de nariz y boca (diferente de persona a persona)@ postura del cuerpo y la cabeza@ etc. La interacción del flujo de fondo con el flujo de convección libre es importante para la Pérdida de calor del cuerpo humano. Para evitar molestias por corrientes de aire, los estándares actuales de clima interior (ISO 7730 2004 @ ASHRAE 55 2004) recomiendan una velocidad baja (menos de 0,2 m/s (39,37 fpm)) en la zona ocupada en el rango bajo de temperatura confortable del aire ambiente (20 ??(68 oF) ?C 24 ??(75,2 oF)). Bajo estas condiciones @ la fuerza del flujo de convección libre puede ser igual o incluso más fuerte que la fuerza del flujo de fondo. La columna térmica generada sobre el cuerpo humano por el flujo de convección libre afecta la distribución del aire en la habitación (Homma y Yakiyama 1988 @ Zukowska et al. 2008). La interacción del flujo personalizado con el flujo de exhalación determina la propagación de bioefluentes y aire exhalado entre los ocupantes de la habitación (Cermak y Melikov 2007). Este estudio se centra en el desempeño de la energía fotovoltaica con respecto a la calidad del aire inhalado. En este sentido, la interacción entre el flujo de convección libre y el flujo personalizado es de gran importancia. La interacción depende de muchos factores: fuerza del flujo de convección libre y espesor de su capa límite @ velocidad @ intensidad de turbulencia @ dirección y temperatura del flujo PV @ postura corporal @ forma y diseño de ropa @ etc. Se ha documentado que el flujo personalizado dirigido contra el frente con una velocidad media superior a 0,3-0,35 m/s (59,06-68,89 fpm) es capaz de penetrar el flujo de convección libre y proporcionar aire 100% limpio. Sin embargo, esto puede generar molestias por corrientes de aire, especialmente a una temperatura del aire ambiente relativamente baja (Melikov 2004). El riesgo de corriente de aire disminuirá cuando la velocidad del flujo personalizado disminuya, es decir, la disminución del caudal personalizado cuando no se cambie el dispositivo terminal de suministro de aire. Esta estrategia requerirá una disminución de la fuerza y el espesor del flujo de convección libre en la zona de respiración para permitir su penetración por el flujo personalizado y suministrar aire limpio para la inhalación. Sin embargo, aún no se han desarrollado ni estudiado métodos para controlar el flujo de convección libre. Se desarrollaron dos métodos, pasivo y activo, para controlar el flujo de convección libre en la zona de respiración. Se estudió el efecto de estos métodos sobre la interacción del flujo personalizado con el flujo de convección libre y la consiguiente mejora de la calidad del aire inhalado. Los resultados se presentan y discuten en este artículo.