Informes de la Construcci?n Vol. 60, 511, 49-57, julio-septiembre 2008 ISSN: 0020-0883 eISSN: 1988-3234 Fecha de recepci?n: 18-XII-07 Fecha de aceptaci?n: 31-VII-08 La Infl uencia de la Temperatura Exterior sobre los Sistemas de Ventilaci?n Natural en Grandes Atrios The Infl uence of the Exterior Temperature on Natural Venting Systems in Large Atria J.A. Capote*, D. Alvear*, O.V. Abreu*, M. L?zaro*, y P. Espina* RESUMEN Entre las diferentes estrategias de Control y Eva- cuaci?n de los Humos del Incendio, los sistemas de ventilaci?n natural presentan numerosas ventajas frente a la ventilaci?n mec?nica ? fun- damentalmente una menor inversi?n tanto en equipos como en gastos de mantenimiento ?. Sin embargo, su efi cacia depende de la infl uencia ejercida por numerosos factores ? caracter?sticas arquitect?nicas del edifi cio, direcci?n y velocidad del viento, proximidad de edifi cios de gran altura, temperatura de los humos, temperatura ambiental interior, temperatura en el exterior del recinto, existencia de nieve o hielo en cubierta, etc. ?. La infl uencia de la temperatura exterior al recinto, en especial, ejerce un papel decisivo. El objeto del Estudio fue evaluar la infl uencia de la temperatura ambiental exterior en el movimiento de los humos y el posible descenso de la capa de gases calientes en relaci?n a la efi ciencia de los dispositivos de ventilaci?n natural instalados en la cubierta de Grandes Atrios para el control de los humos, mediante herramientas avanzadas de Modelado y Simulaci?n Computacional. Para los trabajos de investigaci?n se emple? el modelo de simulaci?n computacional de incendios ?Fire Dy- namics Simulator (FDS)? (1), modelo de din?mica de fl uidos computacional (CFD) para reproducir el fen?meno del incendio. Los resultados demostraron que un dise?o que no contemple este factor puede resultar inade- cuado, al ejercer una infl uencia decisiva para la consecuci?n de la Seguridad de las personas durante la evacuaci?n. Se mostraron diferencias signifi cativas en los resultados en relaci?n a dife- rentes par?metros vinculados al movimiento de humos en un atrio. SUMMARY Natural venting systems present numerous advan- tages opposite to the mechanical exhaust for the smoke control ? a reduction in both facilities and maintenance costs?. Nevertheless, the infl uence of numerous factors affects signifi cantly their effi cacy: the architectural characteristics of the building, the direction and wind velocity, the proximity of tall buildings, the smoke temperature, the environmen- tal interior and exterior temperatures, the existence of snow or ice on the ceiling, etc. All of them are important, but the infl uence of the environmental exterior temperature plays a decisive role. The goal of this Investigation Research was to evaluate the infl uence of the external temperature on the smoke movement and the hot layer descent regarding the effi cacy of the natural venting systems installed for the smoke control in large atria. The analysis was developed using the ?Fire Dynamics Simulator - FDS? model (1), a computational fl uid dynamics (CFD) model of fi re-driven fl uid fl ow for the study of fi re. The results demonstrated that a design that does not contemplate this factor can turn out to be inadequate, since it has a decisive infl uence to guarantee human safety. The obtained results showed very signifi cant differences about the dif- ferent parameters linked to the smoke movement in an atrium. Persona de contacto/Corresponding author: alveard@unican.es (D. Alvear) *Grupo GIDAI, Universidad de Cantabria. Santander, Espa?a. 313-4 Palabras clave: humo; atrio; ventilaci?n natural; temperatura. Keywords: smoke; atrium; natural venting; tem- perature. 50 Informes de la Construcci?n, Vol. 60, 511, 49-57, julio-septiembre 2008. ISSN: 0020-0883. eISSN: 1988-3234 J.A. Capote, D. Alvear, O.V. Abreu, M. L?zaro, y P. Espina 1. INTRODUCCI?N A diferencia de las t?cnicas de Control de Humos habitualmente desarrolladas en grandes atrios de Estados Unidos ?mediante ventiladores mec?nicos en la cubierta?, en pa?ses europeos y australianos el Control de los Humos del incendio tiende a favorecer un sistema natural por encima del forzado (2), fundamentado en su fl otabilidad y en la ley de la gravedad, con el objetivo de evacuar los humos o de mantener la capa de gases calientes a cierta altura respecto del suelo del atrio, sin afectar a los ocupantes presentes durante la evacuaci?n. Para la consecuci?n de estos objetivos deben existir en la cubierta ?o en sus proximidades? aberturas para la evacuaci?n de los humos. Los trabajos desarrollados por Morton, Taylor, y Turner (3) en 1956; Cetegan, Zukoski y Kubota (4) en 1982; McCaffrey (5) en 1983 y Heskestad (6) en 1984, nos permiten disponer de expresiones anal?ticas para los c?lculos ?bajo la consideraci?n de un incendio de dise?o constante (steady fi re)?. El fl ujo m?sico a trav?s de los aireadores del sistema viene determinado por la siguiente expresi?n: (kg/s) [1]m? = CA??0 2gdb Ts-T0 T0/Ts Ts+ 1/2 2 1/2A?/Ai T0 [ ] [ ] ( ( ( ) ) ) Ts=T0 + [2](?K)Qc (1-?) La temperatura de los humos del incendio puede obtenerse a partir de la siguiente ecuaci?n: mcp El fl ujo m?sico a trav?s de los aireadores est? proporcionalmente vinculado a la tempera- tura de los humos. Esta circunstancia provoca que, ?nica- mente para este sistema de control de humos, un incendio de mayor tama?o que el de dise?o ?dentro de unos l?mites razon- ables? favorezca la evacuaci?n de los humos, ya que genera un volumen de gases calientes m?s elevado, los cuales se incorporan a la capa caliente bajo la cubierta y contribuye al aumentar la temperatura. En el caso concreto de Espa?a, la Norma UNE 23585 (7), combinaci?n de los conceptos de dise?o esenciales de la futura Norma Europea prEN12101, de la norma inglesa BS-5588 (8) as? como de la norma belga NBN.S.21-208-1 (9), recoge las expresiones anal?ticas para el c?lculo de un sistema de ventilaci?n natural, considerando la infl uencia de diversos facto- res sobre el funcionamiento del sistema ?los efectos del viento y las entradas de aire desde el exterior fundamentalmente?. Si bien es cierto que entre los agentes exter- nos que pueden afectar al funcionamiento del sistema, la norma espa?ola menciona la temperatura exterior, no es menos cierto que ?sta no es considerada en el desarrollo de los c?lculos de dise?o. Por contra, Fire Protection Association ?NFPA? que regula la normativa de Seguri- dad contra Incendios en los Estados Unidos, se?ala en la Norma NFPA 92B (10) que una elevada temperatura ambiental en el exterior del edifi cio puede ejercer una infl uencia decisiva en la disminuci?n de la efi cacia del sistema de ventilaci?n natural. Esta circunstancia debe considerarse espe- cialmente en lugares calurosos, ya que las temperaturas exteriores son elevadas y su- periores a las interiores, en mayor medida a consecuencia de la actuaci?n de los sistemas de climatizaci?n (aire acondicionado). El presente trabajo se encuentra focalizado en el an?lisis de este fen?meno en dos grandes atrios, de diferentes caracter?sticas arqui- tect?nicas cada uno de ellos ?altura libre, superfi cie y geometr?a del recinto?. 2. METODOLOG?A EMPLEADA Por lo general, el vest?bulo de Entrada Prin- cipal en una Estaci?n de Transporte Masivo de Pasajeros constituye una de las zonas especialmente concurridas, ya que en nu- merosas ocasiones facilita los accesos tanto a la zona de andenes como a zonas comer- ciales, de ocio, restauraci?n, etc. Analizando diferentes atrios de entrada en Estaciones Intermodales nacionales e internacionales (11), se puede observar que en los laterales de estos grandes espacios suelen ubicarse diferentes locales comerciales, despachos para la venta de billetes, etc., y quioscos de prensa y souvenirs, maceteros y objetos ornamentales en su zona central. A efectos del Estudio se consider? inicialmente una curva de incendio correspondiente al incendio de un quiosco obtenida mediante un ensayo a escala real desarrollado por el National Institute of Standards and Technology ?NIST? (12). Como puede apreciarse en la gr?fi ca de velocidad de cesi?n de calor (ver fi gura 1), se trata de un incendio con un crecimiento asimilable a una curva t2 ultrarr?pido ?a partir de los primeros 600 s. de ensayo?, para continuar su desarrollo hasta que alcanza un valor m?ximo de velocidad de cesi?n de calor de 1,8 MW aproximadamente a los 1.700 s. A partir de ese instante comienza el decaimiento del incendio hasta el fi nal del per?odo de ensayo, aproximadamente a los 2.500 s. 51 Informes de la Construcci?n, Vol. 60, 511, 49-57, julio-septiembre 2008. ISSN: 0020-0883. eISSN: 1988-3234 La Infl uencia de la Temperatura Exterior sobre los Sistemas de Ventilaci?n Natural en Grandes Atrios The Infl uence of the Exterior Temperature on Natural Venting Systems in Large Atria 1.- Velocidad de cesi?n de calor frente al tiempo durante el incendio de un quiosco (12). 2.- Velocidad de cesi?n de calor du- rante el incendio de un quiosco con- siderada en el estudio. 3.- Caracter?sticas arquitect?nicas y distribuci?n geom?trica de aireado- res en cubierta de los atrios objeto de estudio. 1 2 3 Sin embargo, como consecuencia de las reducidas dimensiones del quiosco ensaya- do, los valores de velocidad de cesi?n de calor fueron considerablemente mayorados ?en base a la curva de velocidad de cesi?n de calor obtenida durante el incendio de un quiosco empleada en el Estudio ?Per- formance Based Design Analysis Seattle Transportation Center? (13)?, a fi n de re- presentar un incendio de mayor severidad ?6 MW de valor m?ximo de velocidad de cesi?n de calor que se mantienen durante cinco minutos?, que posibilitase efectuar simplifi caciones respecto al resto de los materiales combustibles considerados y su posible aportaci?n al incendio. La curva de velocidad de cesi?n de calor fi nalmente seleccionada (ver fi gura 2) se ca- racteriza por un ascenso en t-squared hasta los 6 MW durante 350 s., para mantenerse este valor m?ximo durante cinco minutos y descender linealmente hasta los 1500 segundos. Se corresponde, con el incendio de un quiosco de mayor tama?o ?2 m x 1,5 m x 2,5 m? que contiene gran cantidad de material combustible en forma de papel de revistas y peri?dicos, cartones de embalaje de productos, material pl?stico de diferentes art?culos, etc. La infl uencia de la temperatura en el exterior de la Estaci?n sobre la ventilaci?n natural de los humos del incendio se analiz? en dos grandes atrios: el primero de ellos di?fano ?ATRIO 1?, con una altura libre de 14 m y una superfi cie de 3.700 m2, dividida en tres dep?sitos de humo mediante dos cortinas; el segundo ?ATRIO 2?, de menores dimen- siones ?25 m x 30 m de superfi cie en planta y 12,5 m de altura libre?, comunicado con un primer nivel en voladizo distante 6 m del suelo. La fi gura 3 muestra el alzado y planta de cada uno de ellos, as? como la distribuci?n de aireadores en cubierta inicialmente pre- 52 Informes de la Construcci?n, Vol. 60, 511, 49-57, julio-septiembre 2008. ISSN: 0020-0883. eISSN: 1988-3234 J.A. Capote, D. Alvear, O.V. Abreu, M. L?zaro, y P. Espina 4.- El descenso de la capa caliente es especialmente signifi cativo en las cercan?as de la cortina de humo pr?xima al penacho. 1 Con el objeto de poder analizar la infl uencia ejercida por la temperatu- ra exterior en combinaci?n con las caracter?sticas arquitect?nicas del edi fi cio, en el caso del ATRIO 2, fueron consideradas zonas ad ya- centes al mismo con menor altura libre hasta cubierta. vistos ?de dimensiones 1,2 m x 2,7 m? para la ventilaci?n natural de los humos. La temperatura ambiental considerada en el exterior de cada atrio fue de 40 ?C, mientras que la correspondiente al interior de cada uno de los escenarios de incendio fue de 20 ?C. El an?lisis del movimiento de los humos se limit? ?en base a la fl otabilidad de los mismos? a la regi?n ocupada por la capa de gases calientes bajo cubierta, instalando en diferentes localizaciones termopares y sensores de visibilidad para la toma de datos, en las cercan?as de la cubierta y en cotas 5,5 m y 4,5 m bajo la misma en los atrios 1 y 2, respectivamente. Los vol?menes bajo la cubierta objeto de an?lisis en cada unos de los escenarios resul- taron divididos ?a los efectos de los c?lculos computacionales? en 1.555.200 celdas c?- bicas de arista 0,25 m en el ATRIO 1 ?y en 921.600 celdas1 de dimensiones 0,5 m x 0,5 m x 0,25 m en el ATRIO 2?. Adem?s, dadas las grandes dimensiones del primer escenario de incendio, se opt? ?a los efectos de su implementaci?n en el Modelo? por simplifi car los elementos del escenario en planta baja, debido a su escasa infl uencia en el prop?sito del trabajo de investigaci?n y a las ventajas ocasionadas en la reducci?n del tiempo de coste computacional. Se represent? la zona superior del recinto desde una cota de 8,25 m de altura respecto del suelo hasta la cubierta, y la zona inferior considerada desde el piso hasta la menciona- da cota de 8,25 m fue restringida ?nicamente al entorno del quiosco considerado como fuente de ignici?n en los experimentos, basando esta simplifi caci?n en la consi- deraci?n de que las fuerzas de fl otabilidad ?buoyancy? van a provocar que el humo y gases producto del incendio asciendan verticalmente hasta ocupar los espacios de mayor altura. El volumen considerado alrededor del quiosco y hasta la cota de 8.25 m se dividi? en celdas c?bicas cuya longitud de arista es de 0,05 m, mientras que en el resto del dominio ?tal y como se ha indicado ante- riormente ?se han mantenido las celdas c?bicas de arista 0,25 m. De este modo, el dominio computacional result? dividido en 3.155.200 celdas. La selecci?n de vol?menes de control en esa zona inferior, con celdas de tan peque- ?o tama?o para obtener buenos ?ndices de resoluci?n en los procesados, provoc? que los tiempos de procesamiento fueran muy elevados ?sirva como ejemplo que, para obtener resultados de los primeros 475 segundos de simulaci?n, los equipos de procesamiento empleados? dos worstations con dos procesadores cada una de ellas, con velocidades de procesado de 3,06 GHz y 3,4 GHz por procesador y memoria RAM de 2 GB y 3 GB respectivamente ?trabajan- do en multiproceso (multi-blocking)? con varios procesadores en paralelo, requirieron pr?cticamente de dos semanas para efectuar los c?lculos. 3. RESULTADOS 3.1. Atrio 1 Como se observa en la fi gura 4, se dividi? el atrio en tres dep?sitos de humo de superfi cie inferior a 2000 m2 ?en cumplimiento de la normativa vigente en Espa?a?, mediante la instalaci?n de cortinas de humo. La divisi?n del atrio en dep?sitos de humo ?tratando de delimitar el fl ujo de los gases calientes y su movimiento horizontal bajo la cubierta?, provoc? un descenso de los humos espe- cialmente signifi cativo en las cercan?as de las barreras de humo. Las masas de humos y aire produjeron un fl ujo adicional ?door- jet? que origin? la salida de los mismos del dep?sito, rebasando las cortinas de humo (ver fi gura 4). Esta circunstancia carecer?a de importancia en recintos como el que nos ocupa, ya que la elevada altura libre hasta cubierta garantiza la seguridad de los ocupantes. Sin embargo, su trascendencia es mucho mayor en rela- ci?n a la efi cacia del sistema ventilaci?n natural. El doorjet origina un retardo de los humos en la ocupaci?n de las zonas alejadas al penacho, como consecuencia del efecto retenedor que las cortinas realizan durante los primeros instantes del incendio. De este modo se favorece la entrada de aire caliente desde el exterior (ver fi gura 5), al encontrarse ?ste a mayor temperatura que la capa caliente de humos en el atrio, pro- vocando que ?stos dispongan de un menor volumen para su expansi?n y la p?rdida 4 53 Informes de la Construcci?n, Vol. 60, 511, 49-57, julio-septiembre 2008. ISSN: 0020-0883. eISSN: 1988-3234 La Infl uencia de la Temperatura Exterior sobre los Sistemas de Ventilaci?n Natural en Grandes Atrios The Infl uence of the Exterior Temperature on Natural Venting Systems in Large Atria 5.- Detalle de la entrada de aire ca- liente desde el exterior a trav?s de un aireador en cubierta, circunstancia que reduce el volumen disponible para la expansi?n de los humos. 6.- Secuencia del movimiento el humo tras 240 s, 400 s y 600 s de incendio. La entrada de aire caliente desde el exterior lejos del penacho reduce el volumen disponible para la expansi?n de los humos. de efi cacia en gran n?mero de los aireado- res proyectados en cubierta ?al producirse a trav?s de los mismos la entrada de aire desde el exterior en lugar de la salida de los humos?, como puede observarse en la fi gura 6. Si consideramos un atrio de gran volumen y altura H, con una ?nica apertura en cubierta, la diferencia de presiones entre el interior y el exterior en dicha apertura ser?: Las densidades de los humos y del aire en el interior y el exterior del atrio presen- tan diferentes valores en funci?n de sus temperaturas, originando diferencias de presi?n ?a trav?s de los aireadores en cubierta? entre el interior y el exterior del recinto, las cuales favorecen bien la evacuaci?n de los humos ?cuando la tem- peratura de los estos es superior a la del medio ambiente exterior?, o bien la entrada de aire externo hacia el interior del recinto ?cuando la temperatura externa supera la del aire y los humos en el interior del atrio?. El resultado corrobora las indicaciones de otros documentos normativos, tales como la norma NFPA 92B, al no poder evacuarse ?p = (?0-?i) gH (Pa) [3] 5 los humos adecuadamente a trav?s de los aireadores y producirse un descenso de la capa caliente bajo la cubierta. El tiempo transcurrido hasta que los humos comienzan a alcanzar las zonas alejadas al penacho favorece la entrada de aire caliente al interior del atrio y por tanto la inutilizaci?n de cierto n?mero de aireadores naturales proyectados, lo cual originar? la incapaci- dad del resto del sistema para evacuar al exterior los humos del incendio, al disponer de una menor superfi cie de ventilaci?n para el mismo volumen de humos generado por el incendio. Si este mismo caso de estudio es analizado para situaciones en las que las tempera- turas en el exterior son menores, puede constatarse que a pesar del retardo de los humos en ocupar las zonas alejadas al penacho ?provocado por las barreras de humo?, no se produce la entrada de aire desde el exterior al interior del recinto, con lo que la evacuaci?n de los humos resulta efi caz y la capa de gases calientes bajo cubierta presenta un espesor menor y m?s estable durante los per?odos de tiempo necesarios para asegurar el movimiento de los ocupantes durante la evacuaci?n de la edifi caci?n. 6 54 Informes de la Construcci?n, Vol. 60, 511, 49-57, julio-septiembre 2008. ISSN: 0020-0883. eISSN: 1988-3234 J.A. Capote, D. Alvear, O.V. Abreu, M. L?zaro, y P. Espina 7.- Movimiento de los humos y nive- les de visibilidad cuando la tempe- ratura en el exterior de la estacion es de 40 ?C (izquierda) y de 20 ?C (derecha) respectivamente. 2Considerando como espacio seguro aqu?l en el que exista al menos una altura libre de humos de 2 m sobre el suelo. Para un mismo instante de tiempo, la fi gura 7 muestra c?mo el espesor de la capa de humos es menor ?al disponer de mayor volumen para su expansi?n?, en el caso en que la temperatura es de 20 ?C tanto en el interior como en el exterior del atrio, que cuando en el exterior se alcanzan temperaturas que rondan los 40 ?C. Los resultados obtenidos a partir de los sen- sores de visibilidad muestran que tras 300 s de incendio, en el caso de existir elevadas temperaturas en el exterior del atrio, la vi- sibilidad a 8,25 m sobre el nivel del suelo ?es decir, unos 6 m bajo la cubierta? es apenas inexistente, mientras que cuando la temperatura exterior es cercana a los 20 ?C, la visibilidad en esa cota apenas se reduce en los sensores cercanos al penacho, siendo de 30 m en el resto de las ?reas. A la luz de los resultados obtenidos en este primer caso de estudio, puede concluirse que la infl uencia ejercida por una temperatura exterior elevada perturba el movimiento de los humos (des- censo de la capa de humos). 3.2. Atrio 2 Constatada la infl uencia de la temperatura exterior sobre el sistema de ventilaci?n natural, cabr?a preguntarse: ?en qu? medida puede verse o no potenciado este efecto en funci?n de la altura libre del atrio y de sus caracter?sticas arquitect?nicas? En el caso del ATRIO 2, la altura libre dispo- nible hasta la cubierta es 1,5 m inferior a la del atrio anterior. Adem?s, aun considerando las zonas adyacentes al atrio ?aumentando as? el volumen disponible para la expansi?n de los humos? ?ste comunica directamente con un voladizo distante tan s?lo 6 m de cubierta, con lo que los ocupantes de esa zona pueden resultar afectados en caso que 7 el espesor de la capa de humos superase los 4 m en esa zona2. Al igual que en el caso anterior, se analiz? el movimiento de los humos cuando la tem- peratura exterior fuese cercana a los 40 ?C, para efectuar con posterioridad un an?lisis comparativo con los resultados obtenidos si la temperatura en el exterior y el interior del atrio fuese de 20 ?C. La fi gura 8 muestra los niveles de visibilidad registrados 8 m sobre el suelo del atrio durante los prime- ros 300 s del incendio, tanto para el caso en que la temperatura exterior es de 40 ?C (izquierda) como cuando ?sta es de 20 ?C (derecha). Entre los 240 s y los 300 s (m?ximo periodo de tiempo estimado para el desarrollo de las tareas de evacuaci?n de la estaci?n en caso de incendio, seg?n el an?lisis efectuado al respecto) (14), y cuando las temperaturas en el exterior son elevadas, la visibilidad se reduce considerablemente en la primera planta de la estaci?n en voladizo sobre el atrio de entrada a la misma, a consecuencia del descenso de la capa de humos en esa zona. Por el contrario, este fen?meno apenas se aprecia si la temperatura en el exterior es de unos 20 ?C. La capa de humos ?nicamente desciende en zonas puntuales debido a la limitaci?n al movimiento horizontal de la misma bajo cubierta ejercida por las fachadas de los lo- cales en primera planta, que act?an a modo de barreras de humo arquitect?nicas. No obstante, en instantes de tiempo poste- riores, la efi cacia del sistema de ventilaci?n natural disminuy? considerablemente, ya que aunque la acumulaci?n de la capa de humos bajo la cubierta elev? la temperatu- ra de ?stos, el volumen de gases calientes 55 Informes de la Construcci?n, Vol. 60, 511, 49-57, julio-septiembre 2008. ISSN: 0020-0883. eISSN: 1988-3234 La Infl uencia de la Temperatura Exterior sobre los Sistemas de Ventilaci?n Natural en Grandes Atrios The Infl uence of the Exterior Temperature on Natural Venting Systems in Large Atria 8.- Una temperatura en el exterior de la estaci?n de 40 ?C (izquierda) difi culta la evacuaci?n de los humos y disminuye los niveles de visibilidad en planta primera. Esta circunstancia no se produce cuando la temperatu- ra en el exterior e interior de la esta- ci?n es de 20 ?C (derecha). 3El C?digo T?cnico de la Edifi caci?n defi ne atrio como un ?Espacio di?fano con altura equivalente a la de varias plantas del edifi cio comunicadas con dicho espacio mediante huecos, ven- tanas, balcones, pasillos abiertos, etc.? (15), con lo que el volumen de gases calientes del penacho producto de la combusti?n resultar?a despreciable frente al volumen de aire fresco incor- porado al mismo, disminuyendo as? notablemente su temperatura. 8 acumulados fue muy superior al considerado para el dimensionamiento de la superfi cie de ventilaci?n requerida (seg?n la metodo- log?a de la norma UNE 23585), resultando insufi ciente. Como muestran las im?genes superiores de la fi gura 8, la existencia de elevadas tempe- raturas en el exterior del atrio da lugar a que la evacuaci?n natural de los humos resulte afectada, provocando un descenso m?s acu- sado de la capa de gases calientes. Este hecho no se manifi esta cuando la tem- peratura exterior e interior se encuentran en un mismo rango, al no producirse una entrada de aire desde el exterior a trav?s de los aireadores. La evacuaci?n de los humos ?m?s calientes que el aire exterior? tiene lugar con mayor efi cacia al disponerse de toda la superfi cie de aperturas proyectadas en cubierta, ya que no se inutiliza ninguna de ellas por haber posibilitado la entrada de aire caliente en lugar de la salida de humos. Se desprende por tanto que, transcurrido este intervalo de tiempo los ocupantes de la zona en voladizo sobre el atrio de la estaci?n co- menzar?an a resultar afectados por los efectos de los humos del incendio ?toxicidad y dismi- nuci?n de los niveles de visibilidad-, mientras que cuando la temperatura exterior no es elevada, el espesor de la capa de humos bajo la cubierta tiende a estabilizarse, lo que pone de manifi esto una vez m?s la importancia de considerar este factor durante el dise?o del sistema de ventilaci?n natural. A diferencia del anterior caso de estudio ?atrio di?fano de gran superfi cie y altura libre hasta cubierta?, en este atrio las carac- ter?sticas arquitect?nicas de la edifi caci?n adquieren un papel especialmente relevante en relaci?n al movimiento, control y evacua- ci?n de los humos y la infl uencia ejercida por la temperatura en el exterior de la estaci?n. En estos espacios, la altura libre ejerce un importante papel en el control del movimien- to de los humos, ya que durante el ascenso del penacho se incorpora al mismo un gran volumen de aire fresco procedente de sus alrededores, causando un enfriamiento de los humos y la consiguiente disminuci?n de fl otabilidad. Podr?a deducirse que en aquellos atrios con menor altura libre hasta la cubierta, la eva- cuaci?n de los humos del incendio mediante ventilaci?n natural ofrecer?a mejores resul- tados, al incorporase al penacho un menor volumen de aire y alcanzar los gases calientes las zonas altas con una mayor temperatura que si la altura libre fuese mayor. No obstante, la infl uencia de la temperatura exterior seguir?a manifest?ndose, ya que aunque esta circunstancia podr?a impedir la entrada de aire caliente desde el exterior al interior del atrio ?como demuestra este segundo caso de estudio, al alcanzar los humos la cubierta sin apenas retardo y, por tanto, con mayor temperatura?, la diferencia de densidades entre el aire del exterior y los humos del incendio imposibilitar?a o difi cul- tar?a en gran medida su evacuaci?n a trav?s de los aireadores de cubierta3 ?como sucede en este caso?. Adem?s, la temperatura exterior puede afec- tar al sistema incluso antes de la apertura de los aireadores ?inutilizados en su funci?n de renovaci?n de aire en d?as calurosos, al permanecer cerrados para favorecer la acci?n del aire acondicionado del edifi cio?. El calor acumulado en el atrio cerca de la cubierta, 56 Informes de la Construcci?n, Vol. 60, 511, 49-57, julio-septiembre 2008. ISSN: 0020-0883. eISSN: 1988-3234 J.A. Capote, D. Alvear, O.V. Abreu, M. L?zaro, y P. Espina por su exposici?n al sol en las horas centrales del d?a, puede llegar a formar una capa de aire caliente en esa zona que impida que los humos alcancen la cubierta, reduciendo m?s a?n la altura libre de ascenso del penacho y difi cultando enormemente la evacuaci?n de los humos a trav?s de los aireadores (16) ya que, como se ha indicado, los acumu- laci?n de humos bajo la cubierta resultar?a muy superior al volumen de gases calientes considerado en el proyecto de dise?o de la instalaci?n. Por ?ltimo, se?alar que los pe- riodos de tiempo empleados para el an?lisis del movimiento de los humos son conside- rablemente reducidos respecto al inicio del incendio (m?ximo cinco minutos). Este hecho no viene sino a constatar la im- portancia de la consideraci?n de este fen?- meno y el estrecho margen de tiempo con que cuentan los ocupantes para realizar la evacuaci?n de estos recintos ?habitualmente muy concurridos? en caso de incendio. La infl uencia de la temperatura en el exterior del atrio de la estaci?n puede resultar deci- siva para la seguridad de los ocupantes (17), pudiendo resultar afectados por un descenso del nivel de visibilidad que difi culte en gran medida el desarrollo de las tareas, tanto de evacuaci?n, como de rescate y extinci?n del incendio, y en menor medida por la toxicidad de los humos ?en dependencia del reactan- te y de las especies resultantes durante la combusti?n?. 4. CONCLUSIONES Los c?lculos realizados para el an?lisis del control del movimiento de los humos est?n basados en m?todos cient?fi camente fundamentados y reconocidos a nivel in- ternacional. Los resultados, basados en la comprensi?n de la din?mica del incendio y los humos, teniendo en cuenta las simplifi - caciones de los Modelos, proporcionan una estimaci?n fi able y realista de los fen?menos puestos en juego. A la luz de los resultados de los diferentes escenarios de incendio, los Modelos de Si- mulaci?n Computacional de Incendios fueron herramientas muy ?tiles para la predicci?n del movimiento de los humos en recintos cerrados, facilitando tambi?n informaci?n relevante ?niveles de visibilidad, tempera- turas, etc?. El sistema de control de humos en grandes atrios basado en ventilaci?n natural sola- mente es capaz de ofrecer buenas prestacio- nes cuando la temperatura exterior sea en todo momento inferior a la temperatura de los humos. En aquellos atrios donde se dis- ponga de sistema de aire acondicionado, el sistema de ventilaci?n natural de los humos no trabajar? de forma efi ciente si la tempe- ratura ambiental exterior es elevada, ya que al ser espacios con elevada altura libre hasta la cubierta, el volumen de humos bajo la misma estar? conformado en su mayor parte por el aire fresco incorporado al penacho durante su ascenso. Si este aire est? siendo refrigerado, contribuir? al enfriamiento de los humos de modo que su temperatura sea inferior a la del aire exterior, imposibilitando su evacuaci?n. Las caracter?sticas arquitect?nicas de la edificaci?n ?altura libre y distribuci?n geom?trica de los espacios? adquieren un papel especialmente relevante en relaci?n al movimiento, control y evacuaci?n de los humos y la infl uencia ejercida por la tem- peratura en el exterior de la estaci?n, ya que pueden potenciar sus efectos adversos. Un dise?o que no contemple este factor y su interacci?n con la arquitectura del edifi cio puede resultar inadecuado, al ejercer una infl uencia decisiva para la consecuci?n la Seguridad de las personas durante las ta- reas de evacuaci?n, rescate y extinci?n del incendio, tanto por los efectos de toxicidad de los humos como por la disminuci?n de los niveles de visibilidad desencadenados en un breve intervalo de tiempo, con especial trascendencia en espacios especialmente concurridos, caso de los atrios de las Estacio- nes Intermodales de Transporte Ferroviario de Pasajeros. REFERENCIAS (1) McGrattan, K. ?Fire Dynamics Simulator (Version 4.07) ? Technical Reference Guide?, p. 112, National Institute of Standards and Technology (NIST). Gaisthersburg (Maryland), 2006. AGRADECIMIENTOS Los autores desean expresar su agradeci- miento a la Secretar?a de Estado de Infraes- tructuras y Planifi caci?n del Ministerio de Fomento, ya que el Estudio fue fi nanciado por la Convocatoria de Subvenciones para la realizaci?n de actividades relacionadas con las infraestructuras, los sistemas de transpor- tes y las dem?s competencias del Ministerio de Fomento (ORDEN FOM/1942/2006 de 31 de mayo publicada en el BOE n? 145 del 19 de junio de 2006). 57 Informes de la Construcci?n, Vol. 60, 511, 49-57, julio-septiembre 2008. ISSN: 0020-0883. eISSN: 1988-3234 La Infl uencia de la Temperatura Exterior sobre los Sistemas de Ventilaci?n Natural en Grandes Atrios The Infl uence of the Exterior Temperature on Natural Venting Systems in Large Atria * * * (2) J.H. Klote, J.A.Milke. ?Principles of Smoke Management?. p. 207. American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers, Inc., Society of Fire Protection Engineers. Atlanta, 2002. 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