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Ventilación aplicada en sistemas de aire acondicionado

Publicado por S&P          octubre 14, 2021          Lectura: 7 min.

Como sabemos, un sistema de aire acondicionado sirve para crear o diseñar un ambiente de confort en un espacio determinado mediante equipos que puedan manejar un control correcto de humedad y temperatura en los picos de verano e invierno. Por medio de esta distribución de aire, mediante una red de ducteria, que puede ser fabricada en lámina galvanizada o lona textil, se inyecta y retorna una determinada cantidad de aire por medio de rejillas en las zonas requeridas.

Lectura: 7 min.

Para desarrollar un correcto sistema de aire acondicionado se necesita realizar un estudio que ayude a determinar la ganancia o pérdida de calor en las zonas a diseñar de definiendo lo siguiente:

  • Detalles de Construcción
  • Dimensiones Físicas
  • Ubicación, Orientación, Latitud, Altitud Sobre el Nivel del Mar
  • Temperatura de Diseño Interior, Temperatura de Bulbo Seco, Bulbo Húmedo. Humedad Relativa.
  • Ocupación y Actividad.
  • Equipos que Generan Calor (Componentes Electrónicos).
  • Infiltración y Ventilación.
  • Horarios de Uso.

A ese conjunto de factores que complementan el estudio se le conoce como Análisis de Carga Térmica.

Si bien hoy en día, los sistemas de aire acondicionado están presentes en cada sector constructivo como lo son el (Residencial, Comercial, Industrial y Salud), ¿cómo interviene la ventilación en estos sistemas?

CARGA TÉRMICA POR INFILTRACIÓN

Anteriormente en el sector constructivo se tomaba la entrada de aire por medio de puertas, ventanas u otro espacio que tuviera alguna ranura y permitiera una corriente de aire exterior al espacio acondicionado. A esto se le conoce como infiltración.

Este flujo de aire se estimaba en función a las toneladas de enfriamiento o calefacción del sistema oscilando en un rango del 10% a 30% del flujo total de la carga, sin embargo se consideraba que los sistemas de aire acondicionado perdían eficiencia energética por esta práctica.

CONDICIONES DE LA CARGA TÉRMICA POR INFILTRACIÓN

De acuerdo a lo mencionado anteriormente con respecto a la entrada de aire del exterior a los espacios acondicionados, estas son algunas de las consideraciones correspondientes a esta práctica:

  1. Si la alimentación de aire del espacio a acondicionar es superior a la cantidad de aire a retornar a los equipos de aire acondicionado, la zona climatizada se presuriza y la infiltración de aire baja o se convierte en nula.
  2. Si la alimentación de aire del espacio a acondicionar es igual a la cantidad de aire a retornar, el espacio permanece con una presión neutra y la infiltración dependerá de acuerdo a la velocidad del viento del exterior.
  3. Si la cantidad de aire del retorno en conjunto con la capacidad de extracción (en caso de que se por medio de equipos mecánicos) excede la cantidad del aire exterior suministrado, el espacio a acondicionar tendrá una presión negativa y por lo tanto la infiltración aumentará.
  4. Si la alimentación de aire del exterior es mayor al aire de la extracción, y las unidades de aire acondicionado están en modo de deshumidificación, se le conoce como ex-filtración.

Las 4 consideraciones mencionadas se aplican para segmentos como oficinas o residencias pero, ¿qué pasa si nuestro segmento implica cocinas de restaurantes o zonas comerciales?

Conforme avanza el tiempo, cada vez más, las condiciones de confort de los trabajadores son importantes y en el caso de las cocinas donde se trabaja con diferentes equipos que generan calor, más los procesos de cocción, aumentan las temperaturas de la zona de operación, por eso se opta por climatizar estos espacios para que el personal esté operando en condiciones óptimas.

¿Cuáles son los criterios a considerar de acuerdo a lo mencionado anteriormente?

  1. En caso de que el proyecto cuente con dispositivos de captación para la extracción de alguna actividad, es necesario por lo menos reponer el 85% por ciento del aire que se extrae, con el fin de no afectar el sistema de aire acondicionado.
  2. Si el inmueble cuenta con demasiada afluencia de gente debe considerarse la extracción.
  3. En el caso particular de sanitarios, estos deben ser considerados a parte de cualquier sistema adicional para evitar la mezcla de olores.
  4. Se debe considerar una buena ventilación por dos razones:
    1. El aire suministrado del exterior entra por el retorno de la unidad de aire acondicionado, y por medio de los filtros se purifica y baja su temperatura a la condición de diseño previamente calculada.
    2. Al tener la zona climatizada con presión positiva se evita la entrada de aire por infiltración ya que esta última no pasa por los filtros de las unidades de aire acondicionado.
  5. En todo caso y bajo las condiciones y criterios antes mencionados en el Análisis de Carga Térmica solo debe considerarse la ventilación.
  6. En caso de que no se cuente con ello, se realiza el cálculo por infiltración considerando el área de entrada de aire por ranuras, puertas y ventanas.
  7. En caso de que la zona climatizada cuente con extracción en conjunto con ventilación y estas no sean suficiente para la zona, el sistema tendrá una presión negativa, por lo tanto deben considerarse ambas cargas infiltración y ventilación. 

CARGA TÉRMICA POR OCUPANCIA

Si bien hay organismos dedicados a realizar estudios y normas que se apliquen en diferentes disciplinas en los sistemas HVAC (Heating Ventilation Air Conditioning), por sus siglas en inglés no son la excepción.

ASHRAE es una asociación profesional de origen americano que desarrolla normativas constructivas en función a los sistemas de calefacción, ventilación, aire acondicionado y refrigeración. Estas normativas son aplicables al diseño y conceptualización de sistemas.

ESTANDAR ASHRE 62.1 – VENTILACIÓN ACEPTABLE PARA LA CALIDAD DE AIRE INTERIOR

El propósito de este estándar es especificar los rangos mínimos de ventilación para proveer una correcta calidad de aire en el interior de los inmuebles.

Este artículo va dirigido a proyectos de construcción existente o por diseñar, y ayuda al proyectista a conocer los rangos necesarios para lograr una buena calidad de aire de espacios herméticos.

Este estándar clasifica de acuerdo a la ocupación de cada inmueble, asignando rangos mínimos o máximos de volumen de aire expresado, de la siguiente manera:

  • CFM por Persona.
  • CFM por Área en FT².
  • Rango combinado (CFM por Persona + CFM por Área).

Ahora de acuerdo a los valores expresados en esta normativa, entran en rigor bajo las siguientes consideraciones:

  1. El  flujo de aire volumétrico representado en la tabla de este estándar es para zonas libres de humos de tabaco.
  2. El  flujo de aire volumétrico representado en este estándar está basado en condiciones estándar, es decir densidad de 1.2 kg/m³, que corresponde a aire seco a una presión barométrica 101.3 kPa y una temperatura del aire de 21 °C. 
  3. La densidad de ocupantes se utilizará cuando no se conozca la cantidad de personas en el inmueble y se tomará como base el área en Ft².
  4. Rango de aire exterior combinado se utiliza cuando se conoce la cantidad real de personas que ocupan el inmueble.
  5. Cuando la aplicación del inmueble no se represente en la tabla de este estándar, se debe adecuar el tipo de aplicación a las registradas en el estándar, y realizar el cálculo por medio de la densidad de ocupantes.
  6. El flujo de aire volumétrico puede no ser suficiente si en el inmueble hay emisiones de partículas o materiales nocivos.
  7. Los rangos expresados en la tabla no intervienen en la humedad del lugar. En caso de contar con un ambiente húmedo se requerirá ventilación o extracción adicional.
  8. Los rangos expresados en la tabla no aplican para extracción especiales, como humos, vapores, etc.

Cómo se mencionó al principio, para desarrollar un buen diseño de un sistema HVAC se deben tomar en cuenta no solo las ganancias o pérdidas de calor, sino también las condiciones de operación pertinentes para cada persona que ocupe el inmueble. Si se genera un ambiente de confort pero no se regula la ventilación, los ocupantes de las zonas climatizadas presentarán molestias como congestión, cansancio, irritación de los ojos, irritación de garganta y aire viciado.

¿Cómo se incluye la Ventilación en un Sistema de Aire Acondicionado?

De acuerdo al mencionado y agrupando las 2 variables de la ventilación se puede incluir en las instalaciones de aire acondicionado de la siguiente manera:

  1. Considerar entradas y salidas de aire en sitios opuestos para generar un barrido correcto de manera natural.
  2. En caso de contar con unidades de aire acondicionado del tipo divido (Condensador (Unidad Exterior) / Evaporador (Unidad Interior)), en esta última se puede realizar mediante ducteria una distribución de aire interconectada directamente al retorno del equipo, de tal manera que se combine la entrada del aire exterior y el aire de retorno de la zona y bajarle la temperatura al punto de diseño.
  3. En caso de contar con unidades exteriores del tipo paquete, de la misma manera que en los divididos se puede realizar una apertura de aire calculando el volúmen determinado en el ducto de retorno, y de ahí tomar directamente el aire del exterior, considerando un louver o rejilla que impida la entrada de agua al sistema.
  4. En caso de que en el proyecto se cuente con cubículos independizados del área común, se debe realizar extracción mecánica por medio de un equipo que ayude a sacar el aire viciado de cada sitio y así mismo de manera mecánica inyectar aire del exterior.

5. Si bien en el proyecto se requiere un ahorro de energía, se pueden considerar los intercambiadores Aire-Aire, ya que utilizan el aire de escape para reacondicionar el aire entrante para reducir la demanda de refrigeración o calefacción y el tamaño total del sistema de aire acondicionado.