Sectores de la industria Ventilación

Sistema de Vigas Frías una Nueva Forma de Ahorrar Energía en la Climatización

Las Vigas Frías (Chilled Beams) son sistemas energéticamente eficientes, que combinan enfriamiento radiante y ventilación convencional superior para así reducir el uso de energía, mejorar los niveles de confort y reducir el impacto arquitectónico de la ductería y otros sistemas mecánicos. Estos sistemas se han utilizado por toda Europa desde finales de los años 80’s, pero son raramente considerados en Estados Unidos de América y México

Las Vigas Frías (Chilled Beams) son sistemas energéticamente eficientes, que combinan enfriamiento radiante y ventilación convencional superior para así reducir el uso de energía, mejorar los niveles de confort y reducir el impacto arquitectónico de la ductería y otros sistemas mecánicos. Estos sistemas se han utilizado por toda Europa desde finales de los años 80’s, pero son raramente considerados en Estados Unidos de América y México, debido básicamente a la poca familiaridad que los sistemas tienen entre los ingenieros y diseñadores. Los sistemas han sido utilizados primordialmente en edificios comerciales y de oficinas, en donde un bajo costo de operación y una alta capacidad de enfriamiento son una atractiva combinación

En la búsqueda de sustentabilidad se han desarrollado muchas y muy diversas tecnologías, que permitan la eficiente utilización de energía para acondicionar confortablemente los espacios utilizados, igualmente deseamos que los impactos negativos a nuestro ambiente se reduzcan, así pues se han desarrollado tecnologías como las dobles fachadas, la inyección por desplazamiento desde el piso, los sistemas de volumen variable y otros.

Los sistemas de Vigas Frías (Chilled Beam), desarrollados en pro de la eficiente utilización de la energía, son una de las más recientes tecnologías utilizadas en los Estados Unidos de América y apenas explorados en nuestro país. Populares y muy utilizados en Europa, por más de una década, el sistema consiste en colocar serpentines de enfriamiento a la altura del techo para poder enfriar el aire caliente ascendente. El aire enfriado, baja entonces suavemente al nivel de ocupación, proveyendo un efecto de enfriamiento placentero con un mínimo de movimiento de aire.

Los ingenieros y diseñadores europeos inician sus proyectos con los sistemas de Vigas Frías (chilled beams) como base de partida, de igual manera que nosotros lo hacemos aquí con los sistemas VAV. Sin embargo, en Estados Unidos de América se ha reconocido que esta tecnología tiene mucho potencial y aplicaciones en oficinas, laboratorios, hospitales y clínicas de salud y hasta en centros de cómputo.

Principio de operación de la Viga Fría Activa (Active Chiled Beam)

El entusiasmo hacia esta tecnología está soportado por los importantes ahorros de energía que se pueden obtener, que pueden ser desde un 20% y hasta un 50%, dependiendo del tipo de sistema, del clima y del edificio. Los Laboratorios y Centros de Cómputo, que normalmente son lugares altamente equipados, son la aplicación ideal, ya que regularmente demandan un mayor número de cambios de aire por hora, que los que por código se establece, sólo para poder vencer la ganancia de calor generado por los equipos.

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA DE VIGAS FRÍAS (CHILLED BEAM)
El sistema de Vigas Frías es un sistema de acondicionamiento de aire, para enfriamiento, calefacción y ventilación en espacios en donde una buena temperatura interior y un control individual son apreciados. El sistema es un sistema “aire/agua”, que utiliza las buenas propiedades de transferencia de calor del agua y provee una buena y eficiente climatización interior.

Las Vigas Frías no son elementos estructurales de construcción, son componentes hidrónicos, por los que circula agua fría o caliente y son diseñados para inducir flujo de aire caliente o frío para climatizar un espacio. Su nombre se debe a su forma larga y delgada.

Existen tres tipos básicos de Vigas Frías (Chilled Beams): Activos, Pasivos y Multi-Servicios. En los tres casos el sistema alcanza su efecto de enfriamiento por convección al hacer pasar agua bombeada desde una unidad generadora de agua fría, entre 15 a 18 °C, por serpentines a lo largo de cada uno de los equipos. El sistema pasivo trabaja por proceso de convección natural, el aire caliente asciende hasta los serpentines, es enfriado, y entonces desciende libremente sin asistencia de ningún tipo de ventilador, hasta el nivel de ocupación. Mientras que el sistema activo ofrece mayor capacidad de enfriamiento por la utilización de inyección de aire primario, que se mezcla con el aire enfriado en los serpentines, causando así una convección inducida a través de los elementos y una distribución de aire frío desde el techo. El sistema activo puede ser también utilizado para calefacción. Una variante sobre las Vigas Frías Activas son las Vigas Frías de Multi-Servicios, la función principal es la misma, sin embargo, pueden integrar una amplia variedad de otros servicios del edificio como iluminación, sistemas de sonido, sistemas de TI, protección contra incendios (rociadores y detectores), fotoceldas, etc.

Diagrama esquemático de un sistema de Vigas Frías para enfriamiento y calefacción

El sistema activo provee un control efectivo de humedad, vía el aire primario administrado a través del equipo. El más común de los falsos conceptos con respecto a la tecnología es que la humedad interior se condensará en las Vigas Frías, especialmente en climas cálidos y de alta humedad. Indiscutiblemente el control de humedad es clave, para que el sistema funcione, se debe controlar la humedad internamente de tal manera que siempre esté por debajo del punto de rocío. Actualmente existen formas y controles que permiten mantener un estrecho monitoreo de la humedad.

VENTAJAS DEL SISTEMA
En ninguno de los dos sistemas, activo o pasivo, existen partes en movimiento por lo tanto típicamente son de larga vida y de bajo costo de mantenimiento. Las Vigas Frías pueden ser parte de un sistema de aire primario de volumen constante o de un sistema de aire de volumen variable. También pueden ser controlados regulando o aislando el flujo de agua a través del propio equipo. En todos los casos, es importante establecer apropiadamente la relación entre temperatura y humedad en el espacio a acondicionar, con la temperatura del agua fría administrada al sistema.

Esta tecnología no sólo ha probado ser por si sola más eficiente en uso de energía que otros sistemas convencionales equivalentes, adicionalmente reduce costo de hojas de metal por la eliminación de una cantidad considerable de ­ducto. Dependiendo del tipo de sistema utilizado, se puede requerir hasta un 50% ­menos ducto que el utilizado en un sistema ­convencional. Adicionalmente, esta tecnología utiliza agua más caliente (en el rango de 15 a 18 °C) que los sistemas convencionales (entre 6 a 7 °C) lo que significa más ahorro de energía y de dinero. Finalmente, las Vigas Frías pueden mezclarse casi con cualquier diseño de techo o plafón o incluso pueden colocarse por arriba del mismo para ocultarlos, sus novedosos diseños así lo permiten.

Los fabricantes de este tipo de equipos, ofrecen ahora Vigas Frías Multi-­Servicio. Éstas son unidades individuales que adicionalmente incluyen iluminación, rociadores contra incendio, bus de datos, etc. Combinando uno o varios de estos elementos en una sola unidad, se ofrece simplicidad en la instalación y un ahorro importante en los costos de mano de obra.

Análisis de inversión de una instalación de Vigas Frías vs. Sistema VAV en un laboratorio de(1,310-m2 )
Criterio Viga Fría Activa Viga Fría Activa c/iluminación Viga Fría Pasiva
Costo de las unidades de Viga Fría $350,300 $455,900 $397,260
Reducción en costo por disminución en capacidad de los componentes HVAC (ventiladores, ductos, chiller, etc.) $525,900 $497,000 $527,000
Costo neto -$175,600 -$41,100 -$129,740
Porcentaje del costo vs. sistema VAV 84% 96% 88%
Fuente: Affi liated Engineers, Cantidades en USD

OTRAS CONSIDERACIONES
Mientras que este tipo de sistema de acondicionamiento es virtualmente libre de mantenimiento, uno de sus principales retos es que se requiere un control preciso de la humedad para evitar la condensación. El control de la condensación es indispensable para cualquier sistema de Vigas Frías, especialmente en edificios con ventilación natural o con una programación de funcionamiento “vacío” para las noches y fines de semana, que tiene que ser regresado al modo “ocupado” en las mañanas. Además, las unidades de Vigas Frías deben ser localizadas apropiadamente, cuando son utilizadas en combinación con difusores convencionales, de tal modo que el patrón de distribución de aire desde las Vigas Frías no sea influenciado por los otros difusores.

DISEÑO DE SISTEMA
Un sistema de Vigas Frías puede ser diseñado para cumplir con todos los requerimientos de sustentabilidad para edificaciones, logrando eficiencias y ahorros verdaderamente considerables en el uso de energía y proveyendo de flexibilidad en el uso de espacios, además, garantizando una saludable y productiva climatización. El sistema puede ­brindar ­excelentes condiciones de climatización en el interior de un edificio en términos térmicos y acústicos, gracias a que ofrece amplios rangos de operación y en prácticamente todas las condiciones de ­instalación.

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Comentarios

5 comentarios en “Sistema de Vigas Frías una Nueva Forma de Ahorrar Energía en la Climatización

  1. QUIEN EN MEXICO DISTRIBUYE ESTOS PRODUCTOS Y DETALLES TECNICOS

    GRACIAS DE ANTEMANO POR LA RESPUESTA

  2. mE GUSTARA SABER COMO ES EL DIAGRAMA DE CONTROL DE UN SSITEMA DE VIGAS ACTIVAS, EN DONDE SE UTILIZARA LAS BAOMAS DE RECIRCULACION TANTO EN LA ENTRADA COMO LA SALIDA Y UN SENSOR DE ROCIO EN CADA VIGA.

    mil Gracias por la pronta Respuesta

  3. marcos chavez dice:

    De los edificios que ya cuentan con este sistema, que resultados se han tenido, ha sido positivo? han o no tenido problemas de condensación y que impacto se ha visualizado energéticamente?

    Saludos,

  4. Eric Mena Perez dice:

    Hola, me gustaria saber cuales son los criterios de diseño de este tipo de sistemas…

  5. ing.armando carrasco dice:

    Donde puedo consegir estos equipos en tijuana b.c.

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