Directrices de ventilación para el diseño

El objetivo de estas directrices (Blomsterberg, 2000) [Ref. 6] es orientar a los profesionales (principalmente diseñadores de sistemas de climatización y gestores de edificios, pero también clientes y usuarios) sobre cómo implementar sistemas de ventilación de alto rendimiento mediante tecnologías convencionales e innovadoras. Estas directrices son aplicables a sistemas de ventilación en edificios residenciales y comerciales, y durante todo el ciclo de vida del edificio: desde la planificación y el diseño hasta la construcción, la puesta en marcha, el funcionamiento, el mantenimiento y el desmantelamiento.

Los siguientes requisitos previos son necesarios para un diseño de sistemas de ventilación basado en el rendimiento:

• Se han especificado las características de rendimiento (relativas a la calidad del aire interior, el confort térmico, la eficiencia energética, etc.) para el sistema que se va a diseñar.
• Se aplica una perspectiva de ciclo de vida.
• El sistema de ventilación se considera parte integrante del edificio.

El objetivo es diseñar un sistema de ventilación que cumpla con las especificaciones de rendimiento del proyecto (véase el capítulo 7.1), aplicando tecnologías convencionales e innovadoras. El diseño del sistema de ventilación debe coordinarse con el trabajo del arquitecto, el ingeniero estructural, el ingeniero eléctrico y el diseñador del sistema de calefacción/refrigeración, para garantizar el buen funcionamiento del edificio terminado con su sistema de calefacción, refrigeración y ventilación. Por último, pero no menos importante, se debe consultar al administrador del edificio sobre sus preferencias, ya que será responsable del funcionamiento del sistema de ventilación durante muchos años. Por lo tanto, el diseñador debe determinar ciertos factores (propiedades) del sistema de ventilación, de acuerdo con las especificaciones de rendimiento. Estos factores (propiedades) deben elegirse de manera que el sistema en su conjunto tenga el menor coste del ciclo de vida para el nivel de calidad especificado. Se debe realizar una optimización económica teniendo en cuenta:

• Costos de inversión
• Costes operativos (energía)
• Costes de mantenimiento (cambio de filtros, limpieza de conductos, limpieza de terminales de aire, etc.)

Algunos de los factores (propiedades) abarcan áreas donde los requisitos de rendimiento deberían introducirse o hacerse más estrictos en un futuro próximo. Estos factores son:

• Diseñar con una perspectiva de ciclo de vida
• Diseño para un uso eficiente de la electricidad
• Diseñado para bajos niveles de ruido.
• Diseño para el uso de un sistema de gestión de energía de edificios
• Diseño para operación y mantenimiento

Diseño con un ciclo de vida perspectiva 

Los edificios deben ser sostenibles, es decir, deben tener el menor impacto ambiental posible durante su vida útil. Esto lo realizan diversas categorías de personas, como diseñadores y administradores de edificios. Los productos deben evaluarse desde la perspectiva del ciclo de vida, considerando todos los impactos ambientales a lo largo de su ciclo completo. En una etapa temprana, el diseñador, el comprador y el contratista pueden optar por alternativas ecológicas. Un edificio consta de varios componentes con diferentes vidas útiles. En este contexto, se debe considerar la mantenibilidad y la flexibilidad, es decir, que el uso de un edificio de oficinas, por ejemplo, puede cambiar varias veces durante su vida útil. La elección del sistema de ventilación suele estar fuertemente influenciada por los costos, generalmente los costos de inversión y no los costos del ciclo de vida. Esto a menudo significa un sistema de ventilación que cumpla con los requisitos del código de construcción al menor costo de inversión. El costo operativo, por ejemplo, de un ventilador, puede representar el 90 % del costo del ciclo de vida. Los factores importantes para la perspectiva del ciclo de vida son:
Esperanza de vida.

• Impacto ambiental.
• Cambios en el sistema de ventilación.
• Análisis de costes.

Un método sencillo para el análisis del costo del ciclo de vida (CCV) consiste en calcular el valor actual neto (VAN). Este método combina los costos de inversión, energía, mantenimiento y medioambientales durante parte o la totalidad de la fase operativa del edificio. Los costos anuales de energía, mantenimiento y medioambientales se recalculan a su valor actual (Nilson, 2000) [Ref. 36]. Este procedimiento permite comparar diferentes sistemas. El impacto ambiental en los costos suele ser muy difícil de determinar y, por lo tanto, a menudo se omite. El impacto ambiental se considera, en cierta medida, al incluir la energía. Con frecuencia, los cálculos del CCV se realizan para optimizar el consumo de energía durante el período de operación. La mayor parte del consumo energético del ciclo de vida de un edificio se produce durante este período, es decir, calefacción/refrigeración, ventilación, producción de agua caliente, electricidad e iluminación (Adalberth, 1999) [Ref. 25]. Suponiendo una vida útil de 50 años para un edificio, el período operativo puede representar entre el 80 % y el 85 % del consumo energético total. El 15-20% restante se destina a la fabricación y el transporte de los materiales de construcción y a la construcción en sí.

Diseño para un uso eficiente de electricidad para la ventilación 

El consumo eléctrico de un sistema de ventilación viene determinado principalmente por los siguientes factores: • Caídas de presión y condiciones de flujo de aire en el sistema de conductos
• Eficiencia del ventilador
• Técnica de control del flujo de aire
• Ajuste
Para aumentar la eficiencia en el uso de la electricidad, resultan de interés las siguientes medidas:

• Optimice la disposición general del sistema de ventilación, por ejemplo, minimizando el número de codos, difusores, cambios de sección transversal y piezas en T.
• Cambiar a un ventilador con mayor eficiencia (por ejemplo, de accionamiento directo en lugar de por correa, motor más eficiente, aspas curvadas hacia atrás en lugar de hacia adelante).
• Reduzca la caída de presión en la conexión ventilador-conducto (entrada y salida del ventilador).
• Reduzca la caída de presión en el sistema de conductos, por ejemplo, en curvas, difusores, cambios de sección transversal y piezas en T.
• Instale una técnica más eficiente para controlar el flujo de aire (control de frecuencia o ángulo de las aspas del ventilador en lugar de control por voltaje, amortiguador o álabes guía).

Por supuesto, para el uso general de la electricidad en la ventilación también son importantes la hermeticidad de los conductos, los caudales de aire y los tiempos de funcionamiento.

Para mostrar la diferencia entre un sistema con caídas de presión muy bajas y un sistema con la práctica actual de un “sistema eficiente”, con una potencia específica del ventilador (SFP) de 1 kW/m³/s, se comparó un sistema “normal”, con una SFP de entre 5,5 y 13 kW/m³/s (véaseTabla 9). Un sistema muy eficiente puede tener un valor de 0,5 (véase el capítulo 6.3.5).

Tabla 9: Caídas de presión calculadas y SFP valores para un “sistema eficiente” y una “corriente” sistema". 

Diseñado para bajos niveles de ruido. 

Un punto de partida para diseñar sistemas con bajos niveles de ruido es diseñar sistemas con bajos niveles de presión. De esta manera, se puede elegir un ventilador que funcione a baja frecuencia de rotación. Las bajas caídas de presión se pueden lograr mediante los siguientes métodos:

• Baja velocidad del aire, es decir, grandes dimensiones del conducto
• Minimizar el número de componentes con caídas de presión, por ejemplo, cambios en la orientación o el tamaño de los conductos, amortiguadores.
• Minimizar la caída de presión en los componentes necesarios
• Buenas condiciones de flujo en las entradas y salidas de aire

Las siguientes técnicas para controlar los flujos de aire son adecuadas, teniendo en cuenta el sonido:

• Control de la frecuencia de rotación del motor
• Cambiar el ángulo de las aspas de los ventiladores axiales
• El tipo y la forma de montaje del ventilador también son importantes para el nivel de ruido.

Si el sistema de ventilación diseñado no cumple con los requisitos acústicos, probablemente sea necesario incorporar atenuadores de sonido. No olvide que el ruido puede entrar a través del sistema de ventilación, por ejemplo, el ruido del viento a través de las rejillas de ventilación exteriores.
7.3.4 Diseño para el uso de BMS
El sistema de gestión de edificios (BMS) y los procedimientos para el seguimiento de mediciones y alarmas determinan las posibilidades de lograr un funcionamiento adecuado del sistema de climatización (calefacción, refrigeración y ventilación). Para un funcionamiento óptimo del sistema HVAC, es necesario monitorizar los subprocesos por separado. Esta suele ser también la única manera de detectar pequeñas anomalías en el sistema que, por sí solas, no incrementan el consumo energético lo suficiente como para activar una alarma (por niveles máximos o procedimientos de seguimiento). Un ejemplo son los problemas con el motor de un ventilador, que no se reflejan en el consumo total de energía eléctrica del edificio.

Esto no significa que todos los sistemas de ventilación deban estar monitorizados por un BMS. Para todos los sistemas, excepto los más pequeños y sencillos, se debería considerar la monitorización de un BMS. Para un sistema de ventilación muy complejo y de gran tamaño, probablemente sea necesario un BMS.

El nivel de sofisticación de un sistema de gestión de edificios (BMS) debe ser acorde con el nivel de conocimientos del personal operativo. La mejor opción es elaborar especificaciones de rendimiento detalladas para el BMS.

7.3.5 Diseño para el funcionamiento y mantenimiento
Para garantizar un funcionamiento y mantenimiento adecuados, es necesario redactar las instrucciones correspondientes. Para que estas instrucciones sean útiles, deben cumplirse ciertos criterios durante el diseño del sistema de ventilación:

• Los sistemas técnicos y sus componentes deben ser accesibles para su mantenimiento, sustitución, etc. Las salas de ventiladores deben ser suficientemente grandes y estar bien iluminadas. Los componentes individuales (ventiladores, compuertas, etc.) del sistema de ventilación deben ser fácilmente accesibles.
• Los sistemas deben estar señalizados con información sobre el fluido en tuberías y conductos, la dirección del flujo, etc. • Debe incluirse un punto de prueba para los parámetros importantes.

Las instrucciones de operación y mantenimiento deben prepararse durante la fase de diseño y finalizarse durante la fase de construcción.

Consulte los debates, las estadísticas y los perfiles de los autores de esta publicación en: https://www.researchgate.net/publication/313573886
Hacia un mejor rendimiento de los sistemas de ventilación mecánica
Autores, entre ellos: Peter Wouters, Pierre Barles, Christophe Delmotte, Åke Blomsterberg
Algunos de los autores de esta publicación también trabajan en estos proyectos relacionados:
Hermeticidad de los edificios
CLIMATIZACIÓN PASIVA: FCT PTDC/ENR/73657/2006