Cómo hacer que los sistemas de ventilación sean más inteligentes

Una de las funciones principales de un sistema de ventilación es reponer el aire interior, evitando la acumulación de compuestos nocivos. En muchos casos, el flujo de aire requerido se establece en función de dos factores: la superficie del espacio en cuestión y el número de ocupantes. Para edificios en la ciudad de Nueva York, las tasas de ventilación están establecidas por el Código Mecánico de la Ciudad de Nueva York en la Tabla 403.3.

Por ejemplo, los requisitos de flujo de aire para una oficina son 5 CFM por persona y 0,06 CFM por pie cuadrado. Si un 1,000 pies cuadrados. oficina es utilizada por 10 personas, se requeriría la siguiente tasa de ventilación:

  • Flujo de aire basado en el área = 0,06 CFM/sq.ff. x 1,000 pies cuadrados = 60 CFM
  • Flujo de aire basado en la ocupación = 5 CFM/persona x 10 personas = 50 CFM
  • Flujo de aire total = 60 CFM + 50 CFM = 110 CFM

Puede dimensionar un sistema de ventilación según el área y la ocupación, y operar a CFM completo todo el tiempo, pero este no es el enfoque más eficiente. En el ejemplo de la oficina anterior, si 8 de los 10 ocupantes están fuera en una reunión, 110 CFM da como resultado una sobreventilación, una pérdida de potencia del ventilador.

Ahorro de energía con flujo de aire reducido

Hacer funcionar un sistema de ventilación a pleno rendimiento todo el tiempo puede no representar un gasto significativo en un área pequeña. Sin embargo, el desperdicio de energía es considerable para los edificios grandes: si un rascacielos usa su sistema de ventilación a pleno rendimiento durante un mes completo, es seguro que tendrá que pagar una factura de energía considerable.

Un modo de operación más inteligente es ajustar el flujo de aire según la ocupación, un concepto llamado ventilación controlada por demanda (DCV). Siempre que el sistema de ventilación mantenga el flujo de aire mínimo basado en pies cuadrados, el flujo de aire total se puede ajustar a medida que cambia la ocupación. Tenga en cuenta que solo puede implementar DCV si tiene un sistema de ventilación de volumen de aire variable (VAV), ya que el ajuste del flujo de aire no es posible con un sistema de volumen de aire constante (CAV).


Diseñe su sistema de ventilación para lograr la máxima eficiencia.


Algunos edificios modernos tienen sistemas de ventilación que también responden a la contaminación del aire. Por ejemplo, algunas actividades de limpieza y mantenimiento liberan compuestos nocivos durante los períodos de baja ocupación. Para eliminar estas sustancias más rápido, el flujo de aire se puede aumentar al valor máximo de diseño, incluso cuando la ocupación es baja.

El control del flujo de aire se puede lograr reduciendo el tiempo de ejecución de un ventilador, lo que reduce el CFM promedio. Sin embargo, un enfoque más de eficiencia energética es reduciendo la velocidad del ventilador en lugar de tiempo de ejecución, utilizando un variador de frecuencia (VFD).

  • Por ejemplo, reducir el tiempo de funcionamiento de un ventilador en un 10 % genera ahorros lineales, también del 10 %.
  • Por otro lado, la reducción de velocidad proporciona ahorro de energía cúbica con respecto a la velocidad. Un ventilador al 90 % de velocidad solo consume el 73 % de la potencia requerida a máxima velocidad (90 % al cubo es 73 %).

En este ejemplo simplificado, el control de velocidad proporciona un ahorro de energía del 27 %, mientras que un ciclo de trabajo reducido solo proporciona un ahorro del 10 %. Tenga en cuenta que los ahorros totales de la reducción de la velocidad solo se logran cuando el ventilador descarga libremente en un espacio abierto, y se reducen ligeramente cuando el ventilador debe superar la presión estática. Sin embargo, el control de velocidad es mucho más eficiente que el ciclo de trabajo reducido incluso cuando hay presión estática involucrada.

Control de los sistemas de ventilación en función de la ocupación

Para la ventilación controlada por demanda, el sistema debe estar equipado con una forma de medir la ocupación. Hay muchas maneras de lograr esto, y la mejor opción cambia según la aplicación.

  • Sensores de dióxido de carbono ofrecen la mayor precisión, pero también tienen el precio más alto. El metabolismo humano produce dióxido de carbono, y su concentración en el aire se puede correlacionar con el número de ocupantes en un espacio.
  • Contadores de personas en accesos a edificios son efectivos en aplicaciones donde la mayoría de los ocupantes se reúnen en la misma área, como restaurantes y auditorios. Estos dispositivos son menos efectivos cuando un edificio se divide en muchas áreas interiores con ocupación variable, ya que no hay forma de saber cómo se distribuyen los ocupantes.
  • Controles basados ​​en horarios son efectivos en áreas con patrones de ocupación predecibles, como las aulas. No es necesario detectar la ocupación directamente: se sabe de antemano y el sistema de ventilación se programa en consecuencia.

Los sensores de dióxido de carbono deben usarse en aplicaciones donde los contadores de personas y los controles basados ​​en horarios no pueden proporcionar un ajuste confiable del flujo de aire. Por ejemplo, son adecuados para edificios divididos en muchas áreas con ocupación aleatoria.

Además de reducir el consumo de energía de los sistemas de ventilación, el control basado en la ocupación genera ahorros en calefacción y refrigeración. Dado que se reduce el flujo de aire a través de los equipos de calefacción y aire acondicionado, también se reduce su rendimiento requerido.

Controlando los Sistemas de Ventilación Basados ​​en los Niveles de Contaminantes del Aire

El control de la ventilación basado en la ocupación genera ahorros de energía significativos, pero existen ciertas aplicaciones en las que este modo de operación puede comprometer la calidad del aire interior. Tenga en cuenta que algunas actividades liberan grandes cantidades de contaminantes del aire, incluso cuando lo llevan a cabo pocas personas. En estos casos, reducir el caudal de aire a un valor mínimo es contraproducente, ya que el sistema de ventilación tarda más en eliminar las sustancias nocivas de las zonas interiores.

Los dispositivos de monitoreo del aire se pueden implementar para realizar un seguimiento de los contaminantes clave, como los compuestos orgánicos volátiles (COV). Si la concentración de una sustancia no deseada está aumentando, el sistema de ventilación puede aumentar incluso durante los períodos de baja ocupación. Las siguientes son algunas situaciones en las que desearía aumentar la ventilación, incluso si la habitación está vacía:

  • Los productos de limpieza a menudo liberan COV, que irritan el sistema respiratorio humano y conducen a condiciones de salud más peligrosas con la exposición a largo plazo. La ventilación se puede utilizar a plena capacidad durante la limpieza y, posteriormente, durante el tiempo necesario para eliminar completamente estas sustancias.
  • Las paredes recién pintadas y los muebles nuevos también liberan compuestos nocivos. Un sistema de ventilación que responde a los contaminantes puede tener que trabajar más en edificios nuevos o después de renovaciones, pero se mejora la calidad del aire interior. Por ejemplo, los muebles de madera suelen estar impregnados de formaldehído, un VOC nocivo.

Conclusión

Instalar un sistema de ventilación que funcione con el flujo de aire nominal todo el tiempo puede parecer la opción más simple desde el principio, pero esto conduce a un desperdicio de energía significativo a largo plazo. Los sistemas de ventilación pueden volverse más inteligentes si están equipados con controles que respondan a la ocupación y la contaminación del aire, logrando la eficiencia energética mientras brindan calidad del aire interior.