Investigaciones básicas

En el GEE realizamos investigaciones básicas para estudiar los fenómenos físicos involucrados con el objetivo de entender y describir los flujos de energía y materia, en particular la transferencia de calor y la ventilación que afectan el comportamiento térmico de las edificaciones. 

Convección natural en edificaciones

Transferencia de calor a través de sistemas constructivos

Ventilación natural

Convección natural en edificaciones

Estudiamos fenómenos de convección natural que se presentan en edificaciones como la que ocurre cerca un muro con una ventana arriba [1-3], también la que ocurre en habitaciones con techos  fríos [4-6] y dentro de las cavidades llenas de aire formadas por los bloques de concreto hueco en  muros [7].

Transferencia de calor a través de sistemas constructivos

Un área importante para el GEE ha sido el estudio de la transferencia de calor a través de sistemas constructivos de muros y techos de la envolvente en edificaciones no climatizadas y en edificaciones climatizadas [8-10] .
En particular fuimos los primeros a nivel internacional en señalar la gran diferencia en el comportamiento térmico que presentan algunos sistemas constructivos de muros o techos de la envolvente cuando la edificación se encuentra climatizada y cuando no está climatizada [8].
Hemos demostrado que en edificaciones sin aire acondicionado en climas de México es muy importante utilizar el modelo de transferencia de calor dependiente del tiempo, la aproximación del modelo independiente del tiempo puede proporcionar resultados erróneos [15].

Propusimos y validamos con experimentos un método para simular la transferencia de calor a través de sistemas constructivos no homogéneos, que contienen una cavidad de aire [16].
Estos sistemas constructivos presentan convección y radiación en las cavidades de aire. Este método permite la simulación de este tipo de sistemas constructivos en programas energéticos de toda la edificación (como EnergyPlus) [17].
Demostramos que este método proporciona mejores resultados que otros modelos cuando comparamos los resultados con resultados experimentales [18].
También estudiamos la transferencia de calor a través de muros de la envolvente con materiales de cambio de fase y realizamos mediciones en una vivienda con muros de bloques huecos de concreto para analizar la dinámica de la transferencia de calor a través de estos sistemas constructivos de muros [19-20].

Ventilación natural

En el GEE estudiamos la ventilación natural con el objetivo de comprender los flujos de aire al interior de las edificaciones y poder proporcionar guías de diseño para los arquitectos y constructores. Estas investigaciones las llevamos a cabo con experimentos a escala real y a escala de laboratorio y con simulaciones numéricas.

Hemos estudiado la ventilación en habitaciones interconectadas, donde un sistema de aire acondicionado en una habitación sirve para enfriar ambas habitaciones [21-23] y la ventilación generada por el efecto de la diferencia de temperatura entre el exterior y el interior por tener una fuente de calor al interior [24].

Por otra parte, hemos estudiado la ventilación natural producida por intercambiadores de viento (también conocidos como captadores de viento) en combinación con una ventana a barlovento o a sotavento [25-28] y la ventilación natural producida por ventanas a diferente altura y razón de áreas de la ventana a la del muro [29-31].

También, en el GEE hemos propuesto parámetros para la evaluación de la ventilación natural [32 y 33].

Citas para consulta

  • 1. Tovar R, Rojas J, Cedillo M L, 2004. Development of a wall plume from a boundary layer along a partially heated vertical wall. Int. Com. Heat and Mass Trans. 31(4), 561-571.
  • 2. Barrios G, Rechtman R, Rojas J, Tovar R, 2005. The lattice Boltzmann equation for natural convection in a two-dimensional cavity with a partially heated wall. J.Fluid Mech. 522, 91-100.
  • 3. Rojas J, Tovar R 2010 Transition on a Partially Heated Vertical Wall. Heat Transfer Engineering 31(10), 862-869.
  • 4. Castillo J A, Tovar R, 2011. Transient cooling of a room with a chilled ceiling. Solar Energy 86(4), 1029-1036.
  • 5. Thomas L P, Marino B M, Tovar R, Castillo J A, 2011. Flow generated by a thermal plume in a cooled-ceiling system. Energy and Buildings 43, pp 2727-2736.
  • 6. Thomas L P, Marino B M, Tovar R, Castillo J A, 2011. Convection generated by a small heat source in a box with a cooled upper contour at constant temperature. Journal of Physics: Conference Series 296, 012022.
  • 7. Hernández-Castillo P, Castillo J A, Huelsz G, 2022. Heat transfer by natural convection and radiation in three dimensional differentially heated tall cavities. Case Studies in Thermal Engineering, 40, 102529, 1-16. https://doi.org/10.1016/j.csite.2022.102529
  • 8. Barrios G, Huelsz G, Rechtman R, Rojas J, 2011. Wall/Roof thermal performance differences between air-conditioned and non air-conditioned rooms. Energy and Buildings 43, 219-223.
  • 9. Barrios G, Huelsz G, Rojas J. 2012 Thermal performance of envelope wall/roofs of intermittent air-conditioned rooms. Applied Thermal Engineering 40, 1-7. 
  • 10. Barrios G, Huelsz G, Rojas J, Ochoa J. M, Marincic I. 2012 Envelope wall/roof thermal performance parameters for non air-conditioned buildings. Energy and Buildings 50, 120-127.
  • 11. Rojas J, Barrios G, Huelsz G, Tovar R, Jalife-Lozano S, 2016 Thermal performance of two envelope constructive systems: measurements in non air-conditioned outdoor full-scale test cells and simulations. Journal of Building Physics 39(5) 452-460. DOI: 10.1177/1744259115591993, 1-10.
  • 12. Huelsz G, Rechtman R, Rojas J 2009. Altos valores de la resistencia térmica no aseguran un buen desempeño térmico de la envolvente de una edificación. Memorias de la XXXIII Semana Nacional de Energía Solar, ANES, Guadalajara, Jal., 28 septiembre- 3 octubre 2009, ABC-050, 237-240.
  • 13. Barrios G, Huelsz G, Rojas J, 2011. Evaluación de sistemas constructivos de la envolvente en edificaciones con aire acondicionado intermitente. Memorias de la XXXV Reunión Nacional de Energía Solar, ANES, Chihuahua, Chi. 2011 ABC-9, 1-4.
  • 14. Barrios G, Elías P, Huelsz G, Rojas J, 2010. Análisis de indicadores del desempeño térmico de la envolvente de una edificación no climatizada. Memorias de la XXXIV Reunión Nacional de Energía Solar, ANES, Guanajuato, Gto, 2010 ABC-65, 1-6.
  • 15. Huelsz G, Álvarez-Almeida G, Rojas J*, Barrios G. 2022. Importance of taking into account the thermal mass in simulations for a non-air-conditioned house. Importancia de tener en cuenta la masa térmica en simulaciones para una casa sin aire acondicionado. Ingeniería Investigación y Tecnología (México), 03,1-15. (ISSN: 2594-0732) Disponible en: https://doi.org/10.22201/fi.25940732e.2022.23.3.024 
  • 16. Huelsz G., Barrios G., Rojas J. 2016. Equivalent-homogeneous-layers-set method for time- dependent heat transfer through hollow-block walls. Applied Thermal Engineering 102,1019–1023. ISSN: 1359-4311 http://dx.doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2016.03.113
  •  17. Barrios G., Rojas J., Huelsz G., Tovar R., Jalife-Lozano S 2017. Implementation of the equivalent-homogeneous-layers-set method in whole-building simulations: experimental validation. Applied Thermal Engineering 125, 35-40. ISSN: 1359 4311 http://dx.doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.06.138
  • 18. Huelsz G., Barrios G., Rojas J. 2019. Evaluation of heat transfer models for hollow blocks in whole-building energy simulations. Energy and Buildings 202, 109338, ISSN: 0378-7788, https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2019.109338
  • 19. Moreles E, Huelsz G, Barrios G, 2018 Hysteresis effect on the thermal performance of building envelope PCM-walls. Building Simulation 11(3) 519-531 https://doi.org/10.1007/s12273-017-0426-4
  • 20. Ochoa J M, Marincic I, Huelsz G, Barrios G. 2023. Measurements of the dynamic heat transfer through a hollow block wall in a non-air-conditioned house. Revista Vivienda y Comunidades Sustentables. Núm 14. https://doi.org/10.32870/rvcs.v0i14.241
  • 21. Tovar R, Linden P F, Thomas L P, 2007. Hybrid ventilation in two interconnected rooms with a buoyancy source. Solar Energy Journal 81(5), 683-691.
  • 22. Tovar R, Campo Garrido C A, Thomas L P, Linden P F, 2009. Buoyancy-driven flow in two interconnected rooms: effects of the exterior vent location and size. ASME J. Solar Energy Engineering 131, 021005 1-6.
  • 23. Thomas L P, Marino B M, Tovar R, Linden P F, 2008. Buoyancy-driven flow between two rooms coupled by two openings at different levels. J. Fluid Mech. 594, 425-443.
  • 24. Castillo J A, Tovar R, Huelsz G, 2021 Natural ventilation in a room with a horizontal cylindrical heat source, a window and bottom or top vents. Building and Environment, 191(15), 107583, 1-13. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2020.107583
  • 25. Cruz-Salas M V, Castillo J A, Huelsz G. 2014 Experimental study on natural ventilation of a room with a windward window and different windexchangers. Energy and Buildings 84,458-465.
  • 26. A Castillo J A*, Cruz-Salas M V, Huelsz G. 2017. Natural ventilation by windexchangers in a building with a window in prevailing winds: design guidelines. International Journal of Ventilation; 16(1), 1-14. doi:10.1080/14733315.2016.1252145.
  • 27. Cruz-Salas M V, Castillo J A, Huelsz G 2018 Effect of windexchanger duct area and geometry on the room airflow distribution. Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics 179, 514-523. https://doi.org/10.1016/j.jweia.2018.06.022
  • 28. Castillo J A, Huelsz G, van Hoof T, Blocken B 2019 Natural ventilation of an isolated generic building with a windward window and different windexchangers: CFD validation, sensitivity study and performance analysis. Building Simulation, 12, 475-488. https://doi.org/10.1007/s12273-018-0502-4
  • 29. Díaz-Calderón S F, Castillo J A, Huelsz G. 2023 Natural ventilation evaluation for different window heights and facade porosities in cross-ventilated buildings: CFD validation for indoor airflow distribution and surface pressure coefficients. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 232, 105263, 1-14. https://doi.org/10.1016/j.jweia.2022.105263 
  • 30. Díaz-Calderón S F, Castillo J A, Huelsz G. 2024. Indoor air quality evaluation in a naturally cross-ventilated building: varying configuration, wind velocity, window height, and wall porosity. Journal of Building Engineering. 98, 111130, 1-21. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2024.111130
  • 31. Díaz-Calderón S F, Gromke C, Castillo J A, Huelsz G. 2025. Wind tunnel measurements of indoor air quality in a building with natural cross-ventilation. Revista Mexicana de Física, 71(1), 010601 1-8. https://doi.org/10.31349/RevMexFis.71.010601
  • 32. Castillo J A, Huelsz G. 2017 A methodology to evaluate the indoor natural ventilation in hot climates: Heat Balance Index. Building and Environment 114, 366 -373. http://dx.doi.org/10.1016/j.buildenv.2016.12.027 
  • 33. Díaz-Calderón, S. F., Castillo, J. A., and Huelsz, G. 2021 Indoor air quality evaluation in naturally cross-ventilated buildings for education using age of air. Proceedings of the 8th International Buildings Physics Conference 2021, Copenhagen Denmark (virtual). Journal of Physics: Conference Series 2069, 012182, 1-8. doi:10.1088/1742-6596/2069/1/012182 https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/2069/1/012182/pdf


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