Parámetros de un Aire Ecológico

Los costos de algunos recursos, que se suponía eran inagotables, han aumentado y la poca disponibilidad de algunos otros ha hecho que se redireccione el enfoque y los parámetros para el diseño de edificios y sistemas de aire acondicionado, buscando que sean más eficientes y amigables con el medio ambiente

Ing. Iván Reinier Marcial Cruz

Esta reconceptualización busca la definición de un aire nuevo, un aire ecológico que sea innovador, al añadir nuevos métodos y procedimientos a los ya conocidos, que se optimice la calidad del aire interior, que su mantenimiento y operación sean mínimos, de bajo impacto ambiental, y que pueda automatizarse para ser monitoreado, medido y controlado centralizadamente, en busca de su supervisión y mejora continua.

La conceptualización, diseño y ejecución de un aire ecológico, ya sea para un edificio o vivienda, involucra e integra parámetros importantes que el proyectista debe considerar para llevar a buen término su trabajo, entre los que se encuentran:

• Análisis del contexto arquitectónico
• Requerimientos de confort térmico y visual de los ocupantes
• Calidad acústica y nivel de ruido permisible y adecuado
• Salud de los usuarios y calidad del aire interior (IAQ)
• Selección de equipos, sus beneficios y limitantes
• Tipología de materiales y aislamientos
• Iluminación natural y artificial
• Impacto ambiental
• Factibilidad y uso eficiente de la energía
• Baja o nula generación de residuos

La revisión, valoración y aplicación de estos parámetros, así como algunos más que forman parte de los ya citados, en la práctica les corresponde una secuencia cronológica en una zona de estudio propuesta; por ejemplo, en una casa habitación (vea figura 1), situada en una ciudad de la zona sur del país, con una altitud de 380 metros sobre el nivel medio del mar, en donde las temperaturas promedio de bulbo seco (Bs) y de bulbo húmedo (Bh) oscilan entre 37° y 24° centígrados y con temperatura máxima y mínima registradas de 40° y 6° centígrados, respectivamente.

Después de ubicar e identificar las características del entorno de la casa habitación, se tuvo como resultado lo siguiente: se encuentra al suroeste con vientos dominantes del sur, con afectación en la ventilación natural, no siendo la adecuada para la dilución de la concentración de dióxido de carbono, emitido por los usuarios de la vivienda.

Se observa además que, por la orientación y latitud de la casa habitación, así como de la zona de estudio (vea figura 2) las cargas radiantes en los elementos estructurales conformantes son predominantes en las primeras horas del día, durante todo el año; información que se puede verificar en las tablas de ganancias por calor.

A través de un análisis de carga térmica del área de estudio (figura 2) y considerando los materiales estructurales del proyecto arquitectónico, se obtuvo que la carga térmica a abatir es de 43,170.00 BTU/h. Con este resultado es necesario revisar y replantear la selección de los materiales constructivos utilizados, con la finalidad de reducir la carga térmica a abatir.

Una alternativa de solución que da buenos resultados es la instalación de un material aislante en muros y losas (siempre que la arquitectura lo permita es muy recomendable); usar hojas semirígidas de poliestireno extruído, el cual, por tener una estructura de celdas cerradas, tiene baja conductividad térmica (k= 0,20BTU in /°Ft 2h), casi no absorbe agua ni desarrolla moho ni se pudre.

Para hacer una evaluación y selección adecuada del material aislante usado debemos revisar que cumpla con las normas ASTM D1621, ASTM C272, ASTM D696 y ASTM E96, establecidas por la American Society for Testing Materials.

Otro replanteamiento que es necesario realizar y que es muy benéfico para reducir la carga es el uso de vidrios tintados o de vidrios inteligentes (vidrios termocrómicos, los cuales dependiendo de la incidencia de la luz cambian su tonalidad). Sin duda alguna, con los segundos se obtienen mejores resultados y son más recomendables que los tintados, ya que, independientemente de la reducción de carga térmica, el uso de iluminación interior en horarios de menor iluminación natural no se ve afectado, puesto que permiten el paso de mayor cantidad de luz. El voltaje con el cual operan es de 6 voltios; por lo tanto, el consumo de energía es de aproximadamente 0.1 vatios por cada metro cuadrado y por cada vez que cambie de tonalidad; es decir, sólo consume cada vez que es requerido y no durante su operación, consumo que, si se compara con el ahorro en el consumo eléctrico, tanto del equipo de aire acondicionado como de la iluminación interior, es muy bajo.

Se efectúa por segunda ocasión el análisis de cargas térmicas, con las modificaciones mencionadas, y se obtiene una reducción de 35 % en promedio por toda la casa habitación, resultado que disminuye el equipamiento, consumo eléctrico y aumenta la vida útil de los equipos de aire.

De los resultados obtenidos, se selecciona el sistema de Volumen de Refrigerante Variable (Variable Refrigerant Volume VRV) que opera con refrigerante ecológico R410A. Los beneficios a obtener con este sistema son:

• Reducir el consumo eléctrico, al usar compresores scroll que incluyan variadores de frecuencia para asegurar arranques suaves sin picos de corriente, que mejoran la rotación del motor y lo hacen más eficiente.
• Recubrimiento anticorrosivo en el serpentín de la unidad condensadora.
• Uso de refrigerante ecológico de bajo impacto ambiental.
• Operación independiente de cada unidad por zona de climatización.
• Operación automatizada y centralizada, si se requiere, ya que el sistema tiene capacidad de manejar parámetros uniformes de humedad y temperatura para toda la vivienda, mediante un control central que permite la opción de monitoreo de forma remota.
• La variedad de unidades interiores evaporadoras que se pueden instalar (minisplits muro alto, minisplits piso techo, unidades de suelo, tipo casete, fan & coils) permite la adecuación a obra civil variada.
• Condensadora tipo modular queda ubicada dentro de un cuarto de máquinas, dentro de los límites de la casa habitación; aisla el ruido producido, tanto de los ocupantes de la casa como de las propiedades colindantes, resolviendo también el problema de impacto visual que se generaría, al dejar a la vista la unidad condensadora.

La calidad acústica, así como los niveles de ruido, es de especial cuidado. Algunos aspectos que se deben cuidar son ruidos exteriores por el tráfico o ventanas abiertas, ruidos interiores generados por actividades realizadas en la casa habitación; aunque en este caso se les dará mayor importancia a los producidos por los componentes y accesorios de los equipos a instalar como:

• Rejillas de descarga
• Retorno de aire
• Elementos de sujeción
• Turbinas
• Ductos
• Unidades evaporadoras
• Unidades manejadoras
• Unidades condensadoras, entre otros.

La calidad acústica también se verá afectada por la cantidad de aire que circula dentro de la habitación que es sujeta de estudio, razón por la que se deben calcular los PCM (pies cúbicos por minuto), los cuales son directamente proporcionales a las dimensiones del lugar a acondicionar (largo, ancho y altura) e inversamente proporcionales a los cambios por minutos obtenidos de una tabla de ventilación.

De esta tabla se obtiene que los cambios de aire fresco por minuto para una vivienda están en el rango de 2 a 6, para así evitar problemas de calidad acústica y el aumento en la concentración de gases, como el dióxido de carbono y algunos otros que afectan la calidad del aire interior. Es de especial cuidado no hacer una entrega de aire por debajo de estos rangos ni tampoco alimentar aire a altas velocidades de descarga, pues la calidad acústica se afectaría.

Es bien sabido que la calidad del aire interior afecta no sólo el confort de los usuarios, sino que, además, repercute en su salud, ya que el polvo, materiales tóxicos, esporas y bacterias pueden causar daños irreversibles, provocando además el síndrome de los edificios enfermos. Debido a estos factores, es necesaria la correcta selección de un sistema de filtración y de los filtros adecuados para el tamaño de partículas, pues el colocar filtros que sean capaces de filtrar un tamaño de partículas menor al requerido, repercutirá tanto en el dimensionamiento del equipo como en su consumo.

Para el caso de casas habitación el uso de la guía de NAFA para el estándar ANSI/ASHRAE 52.2 – 1999 sugiere que, para aplicaciones de tipo residencial, podemos utilizar filtros con una eficiencia promedio del 20 al 35%, con MERV de 4, dando opciones como: los filtros metálicos lavables, de fibra de vidrio y desechables.

El uso de lámparas UVC (lámparas de luz ultravioleta tipo C), en los sistemas de manejo de aire para la eliminación de bacterias, hongos y moho que se generan durante los tiempos de operación y paro, trae como beneficio la prevención de enfermedades y la formación de películas orgánicas en el serpentín evaporador. Si bien es cierto que estos accesorios aumentan el consumo eléctrico, cuando se mide la capacidad de enfriamiento para comparar la eficiencia antes y después del uso de las lámparas se pueden comprobar aumentos en la capacidad de enfriamiento de hasta 45%, lo cual, sin duda, devuelve el equipo a sus condiciones originales, reduciendo la demanda en el consumo del equipo o sistema.

Para el equipo del área en estudio de la figura 2 se tomó como parámetro 400 CFM, equivalentes a 1 TR, con un emisor UVC de 16” de largo, con un consumo de 75 watts.

Como se aprecia, el diseño y construcción de un aire ecológico es la integración de varios criterios y parámetros que nos permitan alcanzar bajos consumos de energía, uso eficiente de la energía, calidad del aire interior y bajo impacto ambiental.
———————————————————————————————————————————–