Construyendo el confort: beneficios del AA en la edificación

Las nuevas tecnologías HVAC son capaces de contribuir a mejorar las condiciones de confort dentro de cualquier tipo de edificación, con niveles de calidad del aire interior mayores y una reducción en el consumo de energía

Jorge Waldemar Sosa

Las tendencias más recientes indican una urbanización acelerada, lo que implica mayor densidad de población en ciudades y, con ello, mayor densidad en la edificación. Paralelamente, la movilidad se incrementará y la contaminación será un reto mayor cada día. La solución posible para cubrir las demandas de cada construcción, en cuanto a confort climático, es la tecnología HVAC.

Los albores de la industria se remontan a 1902, cuando el ingeniero Willis Haviland Carrier diseñó su primera máquina para enfriamiento y control de la humedad del aire con la finalidad de mejorar las condiciones de impresión y fijación de la tinta en el papel de la imprenta Sackett & Wilhelm en Brooklyn, Nueva York.

Al cabo de unos años, en 1914, se extiende su aplicación al primer aire acondicionado doméstico, en Mineápolis, EUA. De 1915 a 1921, se utilizan estos equipos en las construcciones industriales, mejorando notablemente la productividad de los obreros. Para 1925, el Madison Square Garden de Nueva York abre sus puertas estrenando la primera enfriadora centrífuga, y para el siguiente año se concreta una instalación en el edificio T.W. Patterson Building en Fresno, California, donde se acondicionaron los pisos segundo al séptimo para comodidad de sus inquilinos, convirtiéndose en la primera instalación HVAC en varias plantas; la bienvenida formal a los edificios comerciales.

De forma general, el concepto de climatización se refiere a la renovación del aire y a su tratamiento para conferirle condiciones de pureza (acondicionamiento para conseguir un aire apto para la respiración), temperatura y humedad confortables para las personas.

Concretamente, el HVAC comprende las siguientes acciones:

• Calentamiento
• Enfriamiento
• Ventilación
• Humidificación
• Limpieza
• Movimiento del aire

Evolución y contribución al sector de la edificación
Antes de la invención del aire acondicionado moderno, los días de calor y bochorno se traducían en jornadas laborales improductivas y noches sin descanso.

Las construcciones como edificaciones comerciales de varios niveles hacen su aparición alrededor de 1852, cuando el primer ascensor de pasajeros se abrió al público en el edificio E.V. Haughwout de Nueva York, logrando que las escaleras dejaran de ser un impedimento para construir estructuras más altas.

Por otro lado, el desarrollo de la construcción ha estado siempre ligado a la disponibilidad de los materiales y de las técnicas que han determinado sus características y escala. Sobre todo, el uso de los nuevos materiales como el acero y el hormigón armado, así como la aplicación de las tecnologías asociadas, han sido factores determinantes que cambiaron la manera de proyectar y construir los edificios o espacios para las actividades humanas.

Al principio de estas construcciones de gran envergadura, una buena cantidad de trabajadores convergían para desarrollar sus labores; tenían que soportar jornadas con mucho frío o demasiado calor, según fuera el caso de la estación del año o de la ubicación geográfica, lo que implicaba una productividad muy baja, ausentismo por enfermedad y severas disputas entre patrones y empleados.

Conforme surgieron nuevos materiales, se fueron incorporando aquéllos con mejores coeficientes térmicos y acústicos, la situación fue mejorando, pero el clima seguía siendo un factor importante en ciertos lugares, tal como la parte norte de Europa y Estados Unidos, donde la industria estaba progresando a grandes pasos.

Fue ahí donde los equipos HVAC se tuvieron que ir adicionando al diseño de los edificios comerciales con la finalidad de proporcionar un ambiente más confortable para la gente que pasaba ocho horas laborando en ellos, a la vez que se mejoraba su rendimiento.

Los primeros sistemas eran totalmente centralizados, ocupaban grandes espacios y consumían mucha energía. Su principal función era producir frío o calor suficiente para lograr una temperatura agradable; normalmente, la ventilación y humidificación dependían del diseño de los edificios, que contaban con grandes ventanas o patios a la intemperie para permitir el flujo de aire y lograr la humedad necesaria.

El agua helada se conseguía comprimiendo amoniaco y evaporándolo, después, el líquido pasaba por serpentines que a su vez enfriaban y le quitaban vapor de agua al aire por medio de condensación. El amoniaco es un gas tóxico y los equipos de aquel entonces eran muy voluminosos.

Posteriormente, alrededor de 1928, con el desarrollo de un compresor mucho más ligero y refrigerantes más eficientes (como los sintéticos), los sistemas HVAC incursionaron en las salas de cine y tiendas departamentales, lo que realmente incrementó el número de clientes en dichos establecimientos, aún en las temporadas de verano con altas temperaturas.

A partir de 1934, con los avances en dispositivos eléctricos, se agregan termostatos y sensores más precisos y variados, pero no es hasta los años 50, cuando se comienzan a comercializar extensamente, ya que con estas tecnologías se tenían sistemas de control de lazo cerrado más fino y se lograba involucrar más variables, consiguiendo un cambio significativo en el confort ambiental.

En la década de los 80, con el auge de la electrónica, los equipos cambian drásticamente, se compactan, se vuelven digitales, aumentan sus funciones; el control se expande para incorporar mejores estrategias de enfriamiento y, por tanto, lograr una mayor eficiencia en su funcionamiento.

Surgen los sistemas distribuidos, así como una gran variedad de unidades para cada tipo de inmueble: residenciales, domésticos, comerciales, hospitales, entre otros; así como equipos de todo tamaño: chicos, medianos, grandes, enormes, multisitio, etcétera.

UN PRESENTE CLIMATIZADO
A la par, las edificaciones evolucionaron de múltiples maneras, pasando de volúmenes interiores inmensos, con mucho detalle artesanal en fachadas y aspecto imponente, a edificios más ligeros, minimalistas, o diseñados para fines específicos. Surgen también diversos materiales y métodos constructivos, como son losas de concreto, vigueta y bovedilla, vidrio, cerámicas, etcétera.

En cada una de esas etapas, los sistemas de climatización se adaptaron hasta ser imprescindibles para los edificios, ya sea para apoyar un diseño estético muy atractivo, pero con una carga térmica exorbitante, o bien, para compensar los cambios de temperatura y mejorar la productividad de los inquilinos.

Lo cierto es que ambos –productividad y sistemas HVAC– se han vuelto inseparables: los análisis han demostrado que el rendimiento de los empleados mejora hasta en un 24 por ciento y el confort de los visitantes puede incrementar su presencia hasta un 30 por ciento; o bien, los hospitales pueden lograr tiempos de recuperación de sus pacientes de hasta un 20 por ciento más rápidos, todo esto implica la suficiente flexibilidad para lograr satisfacer al cliente. Asimismo, los hoteles con espacios climatizados eficientes y operando 24/7 logran la retención de un volumen más alto de clientes y mejores recomendaciones. En tiendas departamentales y centros comerciales, el tiempo de compra y las ventas se incrementan sensiblemente, así como también el consumo promedio.

Así es como los equipos HVAC han pasado de sólo satisfacer una necesidad de frío/calor a ser soluciones esenciales en todo tipo de edificaciones por su gran impacto en inquilinos, visitantes y clientes. Y no sólo eso, sino que también contribuyen a que éstos se enfermen menos, ya que la calidad del aire es mucho mejor dentro de un edificio que afuera, sobre todo en las grandes ciudades donde los índices de contaminación son altos.

Existen múltiples variables que afectan de manera particular cada segmento de la industria de la construcción ocasionando diversos escenarios con problemáticas distintas y que requieren de sistemas HVAC específicos para cada uno de ellos.

¿Cómo beneficia la climatización a los diferentes segmentos de la edificación?
A continuación, se describen algunas problemáticas y cómo los sistemas HVAC brindan beneficios particulares en diversos sectores y actividades sociales.

Educación
El nivel académico de una escuela se determina por medio de una evaluación de conocimientos. A veces, ciertas instituciones no logran tener un buen resultado, pero nadie considera los factores externos, como la temperatura, que interviene en el desempeño de los alumnos. ¿Cómo afecta esta variable los procesos de aprendizaje?

En el aula:

• Cuando la temperatura es elevada, el profesor también reduce la calidad de su clase por la incomodidad.
• Los alumnos se distraen con mayor facilidad debido al calor.
• Es más probable que se presenten riesgos como deshidratación y dolores de cabeza agudos.

Beneficio HVAC: ayuda a mantener las condiciones ambientales adecuadas, logrando que los alumnos tengan un aprendizaje y concentración mayor, por consiguiente, su desempeño también lo será. Lo mismo para los profesores, quienes podrán impartir clases de mejor calidad al no sentirse fatigados o molestos por un ambiente caluroso.

Laboratorios
Si no se cuenta con las condiciones ambientales necesarias, los experimentos, análisis, estudios, etcétera, podrían alterarse y fallar.

Beneficio HVAC: necesario para controlar correctamente la temperatura o humedad, y así obtener resultados adecuados en las prácticas.

Salas de cómputo
Un mal control de la temperatura podría conducir a la falla de los equipos.

Beneficio HVAC: ayuda a tener condiciones adecuadas de temperatura y humedad para evitar el sobrecalentamiento y mejorar su funcionamiento.

Bibliotecas
Es necesario evitar el desarrollo de hongos y bacterias que puedan dañar el papel de libros y revistas.

Beneficio HVAC: proporciona las condiciones adecuadas para este fin.

Salones de eventos
Cuando se realizan festivales se utilizan luces y equipos de sonido que generan calor y, aunado a la cantidad de gente, se crea un espacio incómodo e irritante.

Los auditorios o espacios para eventos requieren de aire acondicionado para dar comodidad a los espectadores.

Beneficio HVAC: provee el confort climático adecuado para cubrir estas necesidades.

Hospitales
Para un inmueble dedicado al sector salud es muy importante conocer las propiedades del aire, principalmente factores como temperatura, contenido de humedad, movimiento y limpieza, así como la ventilación (calidad de aire interior, introducción de aire exterior, tipo de partículas, filtración, etcétera).

El principal objetivo de los equipos de climatización en hospitales es evitar contaminaciones cruzadas (sistemas balanceados), que deriven en enfermedades nosocomiales. Adicionalmente, se debe considerar el nivel de asepsia respectivo de cada área:

1. Áreas críticas o de alto riesgo de infección: quirófanos, salas de parto, urgencias, central de esterilización, unidades de diálisis, áreas de preparación de soluciones parenterales y terapia intensiva.
2. Áreas semicríticas: laboratorios, radiología, morgue, servicios de hospitalización, oncología y servicios de alimentos.
3. Áreas no críticas: personal administrativo y docente.
4. Servicios generales: mantenimiento, lavandería, almacén general, vestuarios.

Lo anterior exige un control muy preciso enfocado en cinco aspectos:

• Temperatura/humedad. Proporcionar una temperatura y humedad para áreas críticas con un rango previsto en UNE-100713:2005 y ASHRAE.
• Filtración. Se utiliza para la prevención y control de infecciones.
  • Para absorción de gases causantes de olores.
  • Filtros antialergénicos. Para atrapar polvo, polen, ácaros y otras partículas.
  • Filtros de alta eficiencia. Para lograr mayor nivel de pureza se utilizan de tipo HEPA.
• Presión. Dentro de las áreas críticas debe ser positiva; es decir, por encima de la presión atmosférica, ya que se crea un flujo de aire unidireccional que sirve como una barrera frente a los contaminantes generados internamente o provenientes del exterior.
• Velocidad del aire. En áreas críticas debe ser muy lenta para no causar alteraciones que dificulten las labores médicas.
• Dilución. Disminuir la concentración de alguna sustancia química del ambiente, cómo puede ser NO₂, SO₂, CO₂, u otro.

Se infiere, entonces, que la climatización es indispensable en esta categoría de edificaciones, pues provee los siguientes beneficios:

1. Acondicionan y mantienen los niveles de temperatura y humedad requeridos para cada área.
2. Proporcionan un nivel de ventilación y calidad de aire para mantener los niveles de oxigenación y pureza que reduzcan el contenido de CO₂ y eliminen microorganismos, olores y virus.
3. Conservan la restricción de flujo de aire entre las diversas áreas.
4. Controlan las condiciones ambientales para inhibir el crecimiento de bacterias o la activación de virus.

Oficinas
El eje principal de un corporativo de oficinas que permite a los empleados realizar sus labores con mayor productividad y eficacia es mantener el espacio de trabajo cómodo y agradable. En la medida en la que esta premisa se cumpla, seguramente será más fácil lograr la concentración y la creatividad a lo largo del día.

Los sistemas HVAC juegan un rol fundamental en los espacios de trabajo, ya que permiten crear condiciones de temperatura, humedad y limpieza del aire adecuadas para la comodidad de las personas. Algunos de sus beneficios son:

1. Mejor confort de los empleados. Si en el lugar de trabajo el frío es intenso o el calor es excesivo, el nivel de confort del empleado mengua y eso afecta a su rendimiento laboral. Un empleado que trabaja en un lugar poco confortable produce menos y eso se nota después en los resultados.
2. Menor presencia de insectos y parásitos. Un buen sistema de aire acondicionado reduce la presencia de parásitos e insectos en el ambiente. A estos animales no les agradan las temperaturas bajas ni las corrientes de aire.
3. Reducción de las necesidades de hidratación. En un ambiente muy caluroso, la sudoración de las personas es mayor y, por lo tanto, su necesidad de hidratación se incrementa. Al tener que hidratarse, el consumo de agua crecerá y los empleados interrumpirán de manera más asidua el desempeño de sus tareas. El aire acondicionado, por tanto, mejora la eficiencia de su labor.
4. Menos alergias. El aire natural contiene habitualmente muchas partículas alergénicas como polvo, polen, ácaros, hongos, que causan reacciones alérgicas en muchas personas. Un sistema HVAC utiliza filtros que impiden el paso de dichas sustancias evitando que se produzcan esas reacciones.
5. Disminución del efecto de los contaminantes. En la actualidad, todas las grandes ciudades producen gases tóxicos o dañinos que se desprenden de los vehículos automotores, como CO₂, NO, SO₂; y algunos que provienen de otras fuentes como ozono, CFC, etcétera. Sin embargo, a través de los sistemas HVAC, muchos de ellos son reducidos o eliminados mediante el uso de filtros en procesos de ventilación y acondicionamiento.

En consecuencia:

• Climatizar un ambiente con la temperatura ideal permite que los trabajadores tengan un mejor desempeño laboral. De esta manera pueden ejecutar de manera óptimas sus laborales diarias.
• Contribuye a disminuir enfermedades psicológicas como el estrés térmico. Esta es una condición mental que se desarrolla debido al sometimiento a temperaturas extremas, generalmente altas.
• Permite que los trabajadores sientan satisfacción laboral, beneficiando el trabajo en equipo y las relaciones interinstitucionales.

Hoteles
El segmento hotelero es un negocio que procura sus ingresos a partir de dos postulados básicos: confort y buen servicio. En el caso del primero, lo que un huésped busca es un lugar para descansar que sea cómodo, bien ubicado, que disponga de los elementos que necesita (internet, televisión, telefonía, amenidades, etcétera.) y que tenga un ambiente agradable.

Si el hotel está ubicado en una zona de playa, el aire acondicionado será un elemento decisivo: de nada sirve tener un establecimiento bien decorado y con todas las comodidades, si el huésped no podrá dormir por el calor.

Sin embargo, ofrecer las condiciones de confort adecuadas conlleva una serie de detalles que, de no ser considerados a tiempo, generarán costos extras al hotel, incomodidad a los huéspedes y aumentos en la factura de energía. Los beneficios más importantes son:

A. Captación de clientes: El principal objetivo de un hotel al contar con un buen equipo HVAC es el de la captación de clientes. Todos los clientes potenciales van a tener en cuenta la comodidad y la confortabilidad del hotel que están buscando, por lo que un aspecto muy negativo para la imagen del mismo sería que un turista se encontrase en pleno verano con elevadas temperaturas en el interior de su lugar de alojamiento. Sería un desastre total.

El establecimiento hotelero debe ser sinónimo de bienestar, un lugar donde el usuario se encuentre tan a gusto, que incluso le cueste salir, por lo que un buen sistema de enfriamiento es completamente necesario para atraer y retener al cliente.

B. Repercusión en la salud de los usuarios: Otro aspecto clave para tener en cuenta es la salud de los clientes. La tecnología HVAC incide en la salud de todos los usuarios de un hotel, tanto clientes como empleados. Las temperaturas extremas de algunas estaciones del año pueden provocar trastornos de salud, como es el caso de las congestiones en invierno, o los mareos y las dificultades para dormir a causa del excesivo calor durante el verano. Es fundamental para esta categoría tener siempre los equipos en óptimas condiciones.

C. Evitar los cambios bruscos de temperatura: Los fuertes cambios de temperatura son uno de los principales motivos por los que alguien puede enfermar, por lo que se deben evitar a toda costa. Ahí es donde el control de la temperatura y humedad se convierte en un factor crucial.

Impacto en la sustentabilidad 
Los costos de energía por HVAC representan entre un 30 y 40 por ciento del consumo total de los edificios, aproximadamente, y al alza considerando que el costo unitario por kilowatt se encarece día con día.

A medida que la presión internacional medioambiental continúa sobre los recursos naturales, las facturas de energía seguirán aumentando, para contrarrestarlo hay que desarrollar nuevas soluciones respetuosas con el medioambiente.

Por lo tanto, una decisión estratégica es utilizar sistemas altamente eficientes, compactos y sustentables para lograr un impacto contundente.

Acciones de los fabricantes
Tendencia al ecodiseño. Tal como lo menciona la Directiva para confort (regulación 2281/2016, que se aplica desde 2018 al mercado europeo y obliga a una adaptación del impacto ambiental de sus productos, un referente para otras directivas a nivel mundial), el ecodiseño es ahora requerido para todos los productos HVAC fabricados con el certificado C, y se efectuará en dos etapas: Etapa 1 o TIER 1, que inició en 2018; y el TIER 2, que entra en vigor en 2021.

La normativa obliga a los fabricantes a producir equipos con una mejor eficiencia energética a cargas parciales, minimizando el impacto ambiental.

Nuevos refrigerantes
Las regulaciones internacionales están promoviendo el phase-down o reducción en el uso de refrigerantes HFC de alto GWP, como el R-410A y R-134a. Esta reducción gradual se hace en dos etapas, teniendo como objetivo una reducción del CO₂ equivalente al 80 por ciento para 2030.

La medida promueve entre los fabricantes a adaptarse gradualmente a los refrigerantes de bajo GWP para conseguir el objetivo propuesto.

Para el mercado de enfriadoras y otros equipos de expansión directa se cuenta con nuevos refrigerantes alternativos de bajo GWP como el R-454B, R-32, R-513A, R1234ze, R1233zd, ofreciendo, aproximadamente, las mismas prestaciones de un refrigerante que ayudará a la reducción de emisiones de CO₂ a la atmósfera.

Controles de velocidad variable. Hoy más que nunca, los profesionales de la industria emplean una serie de estrategias para lograr la mayor eficiencia energética. Una de ellas es el uso de unidades de frecuencia variable (VFD), que son sistemas electrónicos que proporcionan un control de velocidad infinitamente variable de los motores de corriente alterna trifásicos.

Además, el compresor combina la potencia de entrada con la capacidad de refrigeración, por lo que soporta eficazmente los cambios de temperatura aun con carga parcial, lo que puede representar una reducción del 30 por ciento en el consumo eléctrico en comparación con un compresor de velocidad fija o modulado mecánicamente.

Sistemas VRF. El alto consumo energético es uno de los principales reclamos de los fabricantes de este tipo de equipos. Se estima que el ahorro que consiguen los sistemas VRF oscila de media entre el 11 y el 20 por ciento.

IoT y Big Data. Los equipos de climatización inteligentes combinan tecnología, acceso a niveles sin precedentes de datos y analítica sofisticada para recolectar, interpretar y actuar continuamente ante los datos de sistemas y controles de edificios para optimizar el desempeño operacional. Los sensores y controladores inteligentes incorporados en los equipos y conectados a la web alimentarán este análisis sofisticado de datos. La analítica inteligente será capaz de estudiar patrones de uso del sistema y aprender de experiencias pasadas. Los operadores de edificios podrán enfocar los recursos internos en otras prioridades y reducir los retos asociados con una falta de especialistas calificados.

En resumen, mayor productividad, ahorro de energía, control preciso de la temperatura, menor ruido y mayor comodidad son algunos de los beneficios que hacen de los sistemas HVAC una medida necesaria muy efectiva en edificios de alto desempeño.
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Jorge Waldemar Sosa
Líder en productos y servicios para la industria de los edificios inteligentes, con más de 20 años de experiencia en BMS, HVAC, CCTV, F&S. Actualmente, es consultor LEED GA, miembro del IMEI y provee asesoría, comisionamiento y supervisión en proyectos de ingeniería.